重慶某隧道病害調(diào)查分析與治理對(duì)策

林亮倫，杜清超，徐志武

(重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400016)

0 引言

隨著重慶基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，隧道建設(shè)迅猛發(fā)展。研究表明，相當(dāng)比例的已建隧道不同程度地存在著襯砌裂縫、滲漏水和襯砌背后空洞等問(wèn)題。隧道病害影響隧道結(jié)構(gòu)的正常使用，甚至威脅到隧道內(nèi)的行車安全。隧道襯砌結(jié)構(gòu)型式種類多，所穿越的地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多變。因此，結(jié)合隧道施工情況、圍巖條件和現(xiàn)場(chǎng)隧道病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)，分析隧道病害產(chǎn)生的原因，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的治理對(duì)策十分必要，具有現(xiàn)實(shí)作用和指導(dǎo)意義。

2005年，代高飛等考慮勘察、設(shè)計(jì)和施工因素，結(jié)合隧道應(yīng)力分布和受載情況，分析隧道病害原因和整治措施[1]。2011年陳健蕾等針對(duì)貴州省46座隧道滲漏水情況的調(diào)查，分析滲漏水病害產(chǎn)生的原因[2]。2012年徐學(xué)深對(duì)浙江某隧道裂縫調(diào)查，提出表面涂抹法、鑿槽封縫法的裂縫處治方法[3]。

1 隧道病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)

重慶某隧道長(zhǎng)1645m，為單洞雙車道隧道。隧道橫穿銅鑼?shí){背斜形成的背斜山。隧道出口坡角22°～30°，斜坡表層為厚3～6m的崩坡積塊碎石土覆蓋，塊碎石土呈松散結(jié)構(gòu)，其下伏巖體為侏羅系中下統(tǒng)自流井組泥巖夾薄層砂巖，為極軟巖，為Ⅴ級(jí)圍巖。隧道進(jìn)口坡角13°～18°，斜坡表層覆蓋殘坡積土層，厚度2.4～2.8m，基巖為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三段薄-中層狀灰?guī)r，為較堅(jiān)硬巖，為Ⅴ級(jí)圍巖。洞身段以灰?guī)r為主，局部夾砂巖及煤線，圍巖級(jí)別為Ⅳ～Ⅴ級(jí)。隧道結(jié)構(gòu)按新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，為單洞雙車道隧道，采用復(fù)合式襯砌。

1.1裂縫統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裂縫形態(tài)、寬度和分布位置進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1、表2和表3所示。隧道裂縫主要集中于洞身段K0+500～600，裂縫種類主要為環(huán)向裂縫和斜向裂縫，裂縫寬度大多數(shù)小于0.5mm，為微觀裂縫。

表1 裂縫形態(tài)統(tǒng)計(jì)表

表2 裂縫寬度統(tǒng)計(jì)表

1.2滲漏水統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)滲漏水部位、位置、滲水量和滲透形態(tài)進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4、表5和表6所示。隧道滲漏水病害主要分布于洞口段K1+500～616。滲漏水主要發(fā)生在隧道邊墻部位，滲漏水形態(tài)為浸濕，主要表現(xiàn)為施工縫滲水和裂縫滲水。

表3 裂縫位置統(tǒng)計(jì)表

表4 滲漏水形態(tài)統(tǒng)計(jì)表

表5 滲漏水部位統(tǒng)計(jì)表

表6 滲漏水位置統(tǒng)計(jì)表

1.3襯砌背后空洞統(tǒng)計(jì)

隧道拱頂、左右拱腰及左右邊墻部位布置5條縱向測(cè)線進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)襯砌背后脫空情況，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7和表8。襯砌背后空洞主要分布于拱頂部位，空洞位置主要分布于隧道的洞口段K1+200～600。

表7 襯砌背后空洞部位統(tǒng)計(jì)表

表8 襯砌背后空洞位置統(tǒng)計(jì)表

2 病害原因分析

2.1裂縫

各種形式的裂縫出現(xiàn)的原因各不相同[4-5]。根據(jù)裂縫發(fā)育部位、形態(tài)及寬度等參數(shù)，初步分析隧道襯砌開裂原因如下：

1）隧道縱向沉降。隧道穿越銅鑼?shí){背斜、巖溶和煤層不良地質(zhì)。隧道在施工過(guò)程中，由于各種原因?qū)е滤淼赖鼗至硬痪鶆?。在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中隧道可能出現(xiàn)縱向不均勻沉降，導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)環(huán)向裂縫。

2）施工原因。檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)隧道襯砌背后脫空等質(zhì)量缺陷，隧道襯砌在荷載作用下可能在缺陷部位產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。

3）襯砌應(yīng)力集中。隧道加寬段、預(yù)留洞室等交叉部位，可能導(dǎo)致應(yīng)力集中、襯砌開裂。

4）混凝土劣化。由于隧道排水、通風(fēng)條件的限制，容易引起混凝土劣化。在荷載和溫度變化等作用下，容易造成劣化襯砌開裂。

5）荷載作用。隧道裂縫主要集中于洞身段K0+500～600，該段隧道埋深為53～134 m，圍巖為角礫巖夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶發(fā)育，以溶洞、溶蝕裂隙、溶孔為主，多充填粘土夾石塊。隧道施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，可能發(fā)生松動(dòng)或變形現(xiàn)象，形成圍巖荷載，作用于襯砌結(jié)構(gòu)上后，可能使襯砌結(jié)構(gòu)開裂。該影響因素下襯砌結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)斜向及縱向裂縫。

2.2滲漏水

隧道洞身襯砌存在施工縫滲水和裂縫滲水現(xiàn)象，初步分析主要原因如下：

1）防排水系統(tǒng)未充分發(fā)揮作用。隧道周圍裂隙水的含鈣化學(xué)物質(zhì)和混凝土析出物易造成隧道排水系統(tǒng)堵塞，防水板施工質(zhì)量未完全達(dá)到設(shè)計(jì)目的，存在破損、漏焊或松脫部位，導(dǎo)致地下水通過(guò)防水板存在縫隙的部位進(jìn)入二次襯砌背后。施工縫部位存在施工質(zhì)量問(wèn)題，防水效果不佳。

2）襯砌存在裂縫，且襯砌背后脫空。地下水進(jìn)入防水板和二次襯砌間之后，通過(guò)襯砌上的貫通裂縫滲出。

隧道滲漏水病害主要分布于洞口段K1+500～616，隧道洞口為淺埋，上覆3～6m的崩坡積塊碎石土。施工過(guò)程中洞口邊坡曾出現(xiàn)垮塌，隧道上部用土回填，且未設(shè)置有效的截排水措施，造成地表降水于隧道頂部匯集。隧道襯砌水壓力大，引起滲漏水病害。

2.3二襯脫空

根據(jù)檢查報(bào)告脫空位置、長(zhǎng)度，結(jié)合施工實(shí)際情況，初步分析二襯脫空主要原因如下：

1）二次襯砌脫空在拱頂，主要是因?yàn)榉忭敼に嚳刂莆催_(dá)到預(yù)期效果，及泵送混凝土的凝固收縮。

2）拱腰部位脫空是由于該部位局部平整度不滿足要求，防水板鋪掛沒(méi)有保留適當(dāng)?shù)乃沙诙?，防水板未與初期支護(hù)緊貼，防水板緊繃導(dǎo)致個(gè)別部位二襯混凝土不能充分填充。

3）施工時(shí)二襯混凝土未振搗充分，混凝土供應(yīng)量不足，又在混凝土未初凝前急于拆管，造成未自穩(wěn)的混凝土掉落，形成漏斗或空洞。

4）隧道洞口段上覆回填土（圖1），回填土細(xì)顆粒伴隨滲漏水進(jìn)入隧道洞內(nèi)，造成隧道襯砌背后脫空。

圖1 隧道洞口上覆回填土

3 隧道病害治理對(duì)策

3.1裂縫治理

裂縫寬度為0.2～0.5mm，采用表面直接涂抹法處理，裂縫寬度大于0.5mm，采用鑿槽，填充環(huán)氧樹脂及環(huán)氧砂漿處理，裂縫寬度小于0.2mm，如若穩(wěn)定且并未繼續(xù)發(fā)育，可不予處理。

鑿槽并填充環(huán)氧樹脂及環(huán)氧砂漿處理的施工步驟 （圖2、圖3）：

1）將待施工的混凝土表面及周圍清洗干凈。

圖2 鑿槽填充法示意圖

圖3 裂縫治理現(xiàn)場(chǎng)照片

2）沿裂縫方向開鑿6cm寬、5cm深的矩形槽。

3）在槽底充填10mm厚的環(huán)氧樹脂，再在環(huán)氧樹脂上填充上40mm厚的環(huán)氧砂漿。

3.2滲漏水治理

點(diǎn)滲漏處理采用瞬間堵漏劑和高效防水劑直接堵塞治理，并在出水點(diǎn)周圍不小于40cm的范圍內(nèi)抹厚度1～2mm的水泥基滲透結(jié)晶性防水材料。面狀滲漏水處治采用直接涂抹法處治，抹面防水材料采用水泥基滲透結(jié)晶性防水材料。施工縫及環(huán)向縫滲水采用鑿槽埋管結(jié)合主動(dòng)引流的方法治理?？v向及斜向縫滲水處治采用鑿槽埋管法進(jìn)行處治(圖4，圖5）。

圖4 鑿槽埋管處治示意圖

圖5 鑿槽埋管處治現(xiàn)場(chǎng)照片

線滲漏水處治的施工步驟為：

1）將待施工的混凝土表面及周圍清洗干凈；

2）沿滲水部位水平方向左右兩側(cè)各50 cm開一外寬8cm內(nèi)寬10cm、深5cm的梯形槽，將A50mm的半管嵌入槽中；

3）沿滲水點(diǎn)向下開一外寬8cm內(nèi)寬10cm、5cm深的梯形槽，直至電纜槽底部，將A50mm的半管嵌入槽中，并引到縱向排水暗溝中；

4）用環(huán)氧樹脂填實(shí)半管周圍；

5）梯形槽其余空間用環(huán)氧砂漿充填實(shí)。

3.3襯砌背后脫空治理

二襯脫空處治采用二襯背后注漿法。注漿管采用鋼管，管徑42 mm，間距2m；拱頂脫空范圍內(nèi)梅花形布置注漿孔，也可根據(jù)空洞分布情況沿空洞周邊設(shè)置；出氣孔鋼管應(yīng)盡量頂至空洞最高貼近防水板處，防止空洞未充分注漿而出氣孔已出漿的情況發(fā)生。注漿孔深度根據(jù)隧道襯砌厚度、空洞范圍綜合確定。

空洞注漿壓力以不影響隧道襯砌及排水系統(tǒng)為原則，結(jié)合壓漿材料和施工方法，合理確定注漿壓力，具體宜控制在0.5～1.0MPa，并應(yīng)控制壓漿影響范圍；有空洞有水的情況下，應(yīng)先設(shè)置排水孔排水完全后，然后再進(jìn)行壓注。注漿順序應(yīng)從低處孔向高處孔進(jìn)行。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)重慶某隧道的病害全面調(diào)查統(tǒng)計(jì)、分析病害產(chǎn)生的原因以及治理對(duì)策，得出以下結(jié)論：

1）對(duì)隧道裂縫、滲漏水和襯砌背后空洞病害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，隧道裂縫主要分布于洞身段，以環(huán)向裂縫為主，多數(shù)裂縫寬度小于0.5mm；隧道滲漏水和襯砌背后空洞病害主要分布于洞口段。

2）根據(jù)隧道病害的分布規(guī)律，結(jié)合施工過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，綜合分析得出隧道病害產(chǎn)生的原因。

3）針對(duì)隧道裂縫、滲漏水以及襯砌背后脫空病害分布規(guī)律和產(chǎn)生的原因，提出了相應(yīng)有針對(duì)性的治理對(duì)策。