祁家大山隧道套襯加固方案

羅鵬

摘 要：祁家大山隧道出現(xiàn)了拱腳沉降、變形侵限、路面隆翹等嚴(yán)重病害，通過(guò)全面檢測(cè)并分析病害原因，提出增設(shè)鋼筋混凝土套襯、仰拱及仰拱底中心排水溝的加固方案。隧道加固后已通車(chē)運(yùn)營(yíng)，取得了較好的整治效果。

關(guān)鍵詞：隧道；病害；套襯；加固

中圖分類(lèi)號(hào)：U475.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）15-0090-02

1 工程概況

G312線(xiàn)祁家大山隧道建成于1995年，起訖樁號(hào)K1897+ 335～K1898+195，全長(zhǎng)860m，縱坡1.57%。建筑限界凈寬10.5m，凈高5m。隧址區(qū)上覆第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土，下伏新近系甘肅群粉砂質(zhì)泥巖，圍巖級(jí)別為Ⅳ、Ⅴ級(jí)。隧道采用二次模筑襯砌，淺埋段一次襯砌全斷面厚度45cm，采用25號(hào)鋼筋混凝土，設(shè)置35cm厚仰拱，采用25號(hào)混凝土；深埋段一次襯砌全斷面厚度40cm，采用25號(hào)混凝土，不設(shè)仰拱設(shè)置35cm厚封底層，采用15號(hào)混凝土。全隧道二次襯砌厚度均為35cm，采用25號(hào)混凝土。隧道兩次襯砌中間敷設(shè)防水土工布，一次襯砌左右兩側(cè)邊墻布置15×15cm預(yù)制縱向排水溝與防水土工布銜接。洞內(nèi)路面為20cm厚30號(hào)混凝土面板，淺埋段仰拱和路面之間采用15號(hào)片石混凝土填充，深埋段未設(shè)置仰拱，無(wú)仰拱填充。

2 運(yùn)營(yíng)期間病害處治

1996年3月至5月，洞內(nèi)路面及電纜溝蓋板出現(xiàn)縱橫向裂縫，至9月襯砌出現(xiàn)環(huán)向及縱橫向裂縫，拱腳沉降、電纜溝蓋板隆翹等病害。1997年1月至1998年底，經(jīng)連續(xù)兩年的洞身沉降與收斂觀測(cè)及鉆孔探測(cè)，收集施工、監(jiān)理原始資料，分析施工中的塌方及處理、防排水施工完成情況及滲漏水原因后，1998年針對(duì)洞內(nèi)病害采用“鉆孔壓漿加固基底，滲管盲溝導(dǎo)排，路面加鋪層”方案進(jìn)行處治，基本抑制了病害發(fā)展，但對(duì)洞身襯砌未做處理。

2003年3月以來(lái)襯砌頂部裂縫發(fā)生掉塊，局部段落裂縫發(fā)展夾少量滲水，同時(shí)路面出現(xiàn)多處縱向裂縫3～6mm不等，右側(cè)人行道出現(xiàn)縱向裂縫與拱腳下沉。2003年5月，對(duì)襯砌厚度及襯砌背后空隙與回填狀況，裂隙水分布、襯砌斷面變形及沉降、襯砌混凝土強(qiáng)度等進(jìn)行了檢測(cè)。2006年采用“局部拱周壓漿加固、鋼支撐補(bǔ)強(qiáng)，完善排水系統(tǒng)”方案對(duì)隧道病害段襯砌進(jìn)行加固，滿(mǎn)足了安全保通的要求，但隧道病害仍在不斷發(fā)展。

3 病害情況調(diào)查

為全面深入了解病害情況，分析病害產(chǎn)生的原因，提出安全經(jīng)濟(jì)的加固方案，在收集原有資料的基礎(chǔ)上，需對(duì)隧道進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)，病害主要表現(xiàn)為：襯砌裂縫；襯砌掉塊；襯砌滲漏水；人行道縱向裂縫及拱腳下沉；路面裂縫、破損及沉陷；隧道凈空侵限。

3.1 隧道凈空斷面

采用激光斷面儀對(duì)凈空斷面進(jìn)行檢測(cè)，除K1897+339 ～K1897+379段及K1897+439處外，均不符合設(shè)計(jì)要求； K1897+629～K1897+885、K1897+905～K1897+959、K1897+988～K1898+038、K1898+058～K1898+155段實(shí)測(cè)輪廓線(xiàn)侵入設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)較大。

3.2 襯砌厚度及強(qiáng)度

采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)襯砌混凝土厚度進(jìn)行檢測(cè)，襯砌厚度合格率為72.9%。采用回彈法對(duì)襯砌強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，襯砌強(qiáng)度推定值均不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3.3 襯砌裂縫

檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)62條襯砌裂縫，總長(zhǎng)378.2m，主要分布于K1897+335～K1897+535、K1897+935～K1898+195段。裂縫主要分布在邊墻及拱腰范圍，其中左邊墻及拱腰裂縫的數(shù)量占裂縫總數(shù)量的29%，右邊墻及拱腰裂縫的數(shù)量占裂縫總數(shù)量的55%；拱頂裂縫數(shù)量占裂縫數(shù)量的16%。裂縫類(lèi)型以豎向裂縫和環(huán)向裂縫為主，其中豎向裂縫43條，占裂縫總數(shù)的77%；縱向裂縫7條，占裂縫總數(shù)的9%；斜向裂縫1條，占裂縫總數(shù)的1%；環(huán)向裂縫11條，占裂縫總數(shù)的13%。

3.4 襯砌滲漏水

檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)襯砌滲漏水28處，集中在K1897+395～K1897+500、K1897+635～K1897+785、K1898+180～K1898+195段落，滲水類(lèi)型以施工縫點(diǎn)狀滲水和線(xiàn)狀滲水為主，有少量點(diǎn)狀滲水；該段滲漏水致使襯砌混凝土腐蝕、剝落。

3.5 襯砌背后空洞

檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)襯砌背后空洞21處，主要分布在拱頂及左右拱腰，單測(cè)線(xiàn)累計(jì)長(zhǎng)度325m，占隧道總長(zhǎng)的37.7%。

3.6 隧道仰拱及仰拱填充

采用地質(zhì)雷達(dá)與鉆芯取樣結(jié)合的方法對(duì)仰拱厚度及填充密實(shí)性進(jìn)行檢測(cè)。采用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)時(shí)，在距路面中線(xiàn)左側(cè)2m布置測(cè)線(xiàn)，鉆芯取樣每90m抽查1處。經(jīng)檢測(cè)，仰拱填充不密實(shí)段落共14處，累計(jì)長(zhǎng)度369m；10處仰拱鉆芯取樣中，淺埋段檢測(cè)4處，深埋段檢測(cè)6處；經(jīng)檢測(cè)，淺埋段4處仰拱厚度不符合設(shè)計(jì)要求，深埋段除1處總厚度符合設(shè)計(jì)要求外，其他5處總厚度不符合設(shè)計(jì)要求。

3.7 洞內(nèi)路面

檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土路面出現(xiàn)縱向、橫向及斜向裂縫；局部段落路面破損嚴(yán)重，存在沉陷、隆翹。

4 病害原因分析

4.1 地質(zhì)原因

隧道穿越第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土及新近系甘肅群粉砂質(zhì)泥巖，粉砂質(zhì)泥巖未見(jiàn)水時(shí)其強(qiáng)度較高，遇水后強(qiáng)度衰減較大，經(jīng)地下水長(zhǎng)期滲透，物理特性發(fā)生變化，圍巖壓力增大；隧道底部未設(shè)置仰拱，未形成封閉結(jié)構(gòu)，拱腳及基底的強(qiáng)度不足，襯砌變形加大，產(chǎn)生過(guò)度沉降，引起襯砌開(kāi)裂、凈空侵限及路面隆翹。

4.2 結(jié)構(gòu)原因

隧道襯砌厚度和強(qiáng)度不足，造成結(jié)構(gòu)抗彎能力減??；無(wú)仰拱、仰拱厚度不足及填充不密實(shí)，致使襯砌不能形成封閉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力不合理，易產(chǎn)生襯砌裂縫。

4.3 施工原因

隧道襯砌混凝土施工采用小模板澆筑，施工縫多且密，防水的薄弱部位較多。隧道未設(shè)置中心排水溝，兩側(cè)邊墻縱向排水盲溝未經(jīng)養(yǎng)生進(jìn)行安裝，其強(qiáng)度較低，在鋪設(shè)上層混凝土?xí)r受壓破壞，造成堵塞失效，襯砌周?chē)叵滤荒苷Ｅ判梗r砌周?chē)畨毫υ龃?。endprint

4.4 溫度原因

隧道位于季節(jié)性冰凍區(qū)，早晚溫差大，襯砌內(nèi)部溫度應(yīng)力隨氣溫循環(huán)變化，造成襯砌開(kāi)裂，施工縫滲水在凍融循環(huán)的作用下防水效果逐漸惡化，加劇了滲漏水。襯砌混凝土澆注過(guò)程中水化熱過(guò)大或混凝土澆筑體積較大時(shí)，澆注后易因降溫和混凝土收縮而拉裂。

5 病害處治方案

5.1 襯砌裂縫修補(bǔ)

采用低壓注環(huán)氧樹(shù)脂漿法對(duì)大于0.2mm的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。先在裂縫位置上貼白膠布，再用窄毛刷沾漿沿裂縫來(lái)回涂刷封縫，大約10分鐘后，揭去白膠布，露出小縫，粘貼注漿嘴。注漿操作時(shí)先用補(bǔ)縫器吸取注漿液，插入注漿嘴，用手推動(dòng)補(bǔ)縫器活塞，使?jié){液通過(guò)注漿嘴壓入裂縫，當(dāng)相鄰的嘴中流出漿液時(shí)，就可拔出補(bǔ)縫器，堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿，水平縫一般從一端到另一端逐個(gè)注漿，注漿壓力為0.15～0.2MPa。

5.2 襯砌背后空洞回填

采用混凝土鉆芯機(jī)鉆φ42mm的注漿孔，注漿孔穿透原襯砌；并在孔內(nèi)安放φ36×3mm注漿鋼管，注漿孔在長(zhǎng)度大于3m的段落按3m間距設(shè)置一處；注漿材料為水泥漿液，水泥漿水灰比1：1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

5.3 套襯加固

襯砌裂縫及空洞處治完后，在原襯砌內(nèi)側(cè)設(shè)置40cm厚C30鋼筋混凝土套襯，并設(shè)置60cm厚C30鋼筋混凝土仰拱與套襯連接成環(huán)，與原襯砌組合形成二次模筑結(jié)構(gòu)共同承載，解決原襯砌開(kāi)裂、侵限變形問(wèn)題。新增套襯結(jié)構(gòu)與原二次襯砌間設(shè)置復(fù)合防水層，重新設(shè)置位于仰拱以下的中心排水溝，通過(guò)設(shè)置環(huán)向、縱向及橫向排水管形成完善的防排水系統(tǒng)解決隧道滲漏水及原排水系統(tǒng)堵塞問(wèn)題。加固后的隧道滿(mǎn)足設(shè)計(jì)行車(chē)速度40km/h凈空要求，隧道建筑限界凈寬9.5m，凈高5m。

根據(jù)沉降和變形病害嚴(yán)重程度不同，凈空未侵限和侵限小于10cm的段落，套襯內(nèi)設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)；凈空侵限界于10～20cm的段落，套襯內(nèi)設(shè)單層鋼筋網(wǎng)和H175型鋼拱架，拱架間距1m；凈空侵限大于20cm的段落，套襯內(nèi)設(shè)單層鋼筋網(wǎng)和H175型鋼拱架，拱架間距75cm。為保證隧道底部拆除時(shí)上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，先采用無(wú)縫鋼管在兩側(cè)拱腳部位進(jìn)行注漿鎖腳，然后全斷面拆除部分原有邊墻和電纜槽混凝土，拆除時(shí)采用跳槽施工，每個(gè)段落控制在2～3m，確保安全。

5.4 防排水系統(tǒng)

（1）洞內(nèi)。1）切槽引排。原襯砌滲漏水嚴(yán)重段落環(huán)向施工縫采用切槽引排處理，排水暗槽由拱頂延伸至拱腳縱向排水盲溝；暗槽切成后，清除干凈后方可埋管，排水半圓管埋置好后，用PE-U排水管卡和塑料膨脹螺絲固定排水半圓管；填塞含有堵漏材料的普通硅酸鹽水泥砂漿密封，最后模筑C30防水混凝土。2）環(huán)向半圓管排水。原襯砌混凝土滲漏水輕微或未滲水段落環(huán)向施工縫，采用環(huán)向排水半圓管處理，排水半圓管敷設(shè)好后，用PE-U排水管卡和塑料膨脹螺絲固定排水半圓管。3）墻腳泄水孔。原襯砌混凝土滲漏水嚴(yán)重段落在距原人行道10cm處二襯墻腳按6m間距打設(shè)泄水孔，孔內(nèi)安裝φ50PE排水管，管頭用雙層無(wú)紡布包裹。4）復(fù)合防水層。施工縫處理完后，在新作套襯與原襯砌之間設(shè)置一層復(fù)合防水層，要求在鋪掛防水層前處理好原襯砌滲漏水，不得有明水。5）止水條、止水帶。內(nèi)側(cè)套襯變形縫在襯砌結(jié)構(gòu)形式變化處及暗洞段按縱向60m間距設(shè)置，另在隧道進(jìn)、出口段連續(xù)設(shè)置三道。由于隧道地下水發(fā)育，施工縫及沉降縫處均設(shè)置帶排水孔的背貼式橡膠止水帶。6）中心排水溝。將原混凝土路面、15號(hào)片石混凝土回填及混凝土仰拱或15號(hào)封底混凝土拆除，增設(shè)仰拱底部中心排水溝，通過(guò)設(shè)置橫向排水管將匯集到縱向排水管的地下水和通過(guò)切槽引排匯集的施工縫及裂縫位置處的滲漏水引入中心排水溝排出隧道。

（2）洞外。為防止隧道外路面水進(jìn)入隧道內(nèi)，在隧道出口設(shè)置路面截水溝，攔截出口路面積水并引流至隧道洞外兩側(cè)的邊溝中，匯入到附近涵洞排至自然溝谷。

5.5 路面

隧道內(nèi)路面破損嚴(yán)重，拆除水泥混凝土路面、15號(hào)片石混凝土回填及混凝土仰拱或封底混凝土，增設(shè)仰拱底部中心排水溝，澆筑仰拱后回填C15混凝土，再澆筑26cm厚水泥混凝土路面板，然后施做9cm厚瀝青混凝土路面層。

6 結(jié)論與體會(huì)

（1）隧道產(chǎn)生病害的過(guò)程極復(fù)雜，包括地質(zhì)、結(jié)構(gòu)及施工等因素，祁家大山隧道加固處治前詳細(xì)收集了隧道設(shè)計(jì)和文獻(xiàn)資料，對(duì)隧道進(jìn)行了全面檢測(cè)，找到病害產(chǎn)生的正真原因。提出增設(shè)套襯、重設(shè)仰拱和完善防排水系統(tǒng)的處治方案，較好地解決了隧道病害問(wèn)題。實(shí)踐證明，采用的處治措施是合理、有效的，可為今后類(lèi)似工程提供借鑒。

（2）該隧道處治的關(guān)鍵在于對(duì)地下水的處理，保證施工后隧道內(nèi)地下水排泄暢通是病害處治成功的必要條件。該隧道出現(xiàn)如此嚴(yán)重的病害，其原因就是受設(shè)計(jì)施工理念限制，對(duì)地下水的處理重視程度不夠。

（3）仰拱作為隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)體系的重要組成部分，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。因其屬于隱蔽工程，往往受重視程度不夠，監(jiān)管力度不足；在施工中應(yīng)引起高度重視，進(jìn)行過(guò)程控制，強(qiáng)化質(zhì)量驗(yàn)收，將仰拱施工質(zhì)量作為隧道施工質(zhì)量信用評(píng)價(jià)和質(zhì)量評(píng)定的重要內(nèi)容。

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