高速公路隧道施工期間突水突泥引發(fā)仰拱開裂整治技術(shù)研究

馬俊

摘 要：突水突泥是巖溶地區(qū)高速公路隧道施工期間最嚴重、最常見的工程災(zāi)害，不但危及隧道施工安全，同時對修建完畢的隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大破壞。本文針對某在建隧道施工期間突水突泥發(fā)生后出現(xiàn)隧道仰拱起鼓開裂問題，通過現(xiàn)場實測調(diào)研分析，分析隧道仰拱起鼓開裂原因，提出相應(yīng)的防治技術(shù)，對于類似工程條件下的災(zāi)害防治具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：公路隧道;突水突泥;仰拱開裂

0 前言

隧道水害引發(fā)的仰拱填充、軌道等起鼓或襯砌結(jié)構(gòu)開裂是非常難以處理且危害較大的工程災(zāi)害之一，其主要發(fā)生在巖溶發(fā)育、巖溶管道聯(lián)通性較好地區(qū)，也有部分發(fā)生在與地表聯(lián)通性較強的斷層破碎帶或塌方冒頂區(qū)域。近年來，隨著中國高鐵的飛速發(fā)展、高鐵隧道的增多，其引發(fā)的危害正逐步突顯，具有突發(fā)、后果嚴重、整治困難等特性。根據(jù)目前出現(xiàn)的隧道水害情況，其破壞形式可分為：①高壓水引發(fā)隧道結(jié)構(gòu)破壞;②高壓水引發(fā)仰拱填充層上鼓，造成其上的軌道結(jié)構(gòu)上鼓;③高壓水直接引發(fā)軌道板上鼓;④地下水重分布引發(fā)膨脹類巖土膨脹，造成結(jié)構(gòu)破壞。對于水害分類，按地下水來源可分為巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)水害兩種;按發(fā)生時間可分為開通行車后和開通行車前水害兩種。發(fā)生在開通行車后的水害所造成的社會影響極大且整治難度最大。

本文通過對在建在建高速隧道施工期間突水突泥發(fā)生后出現(xiàn)隧道仰拱起鼓開裂問題，通過現(xiàn)場實測調(diào)研分析，分析隧道仰拱起鼓開裂原因，提出相應(yīng)的防治技術(shù)措施及建議。

1 工程概況

楊林隧道為雙向六車道分離式隧道，長度為2 950 m。隧道正洞凈寬14 m，凈高5 m，緊急停車帶凈寬16.75 m，凈高5 m，設(shè)計參數(shù)主要為C25噴射混凝土厚度29 cm，Φ8雙層鋼筋網(wǎng)15 cm×15 cm，I22b鋼拱架，間距60 cm，預(yù)留變形量15 cm，400 g/m2土工布及PVC防水板，全環(huán)防水，C35防水氣密性鋼筋混凝土襯砌厚70 cm。2017年11月26日突水發(fā)生后，設(shè)計院將K19+879～K19+921段落襯砌設(shè)計調(diào)整為SFts類型，與SF5w襯砌類型的主要設(shè)計區(qū)別為仰拱拱圈由C35防水氣密性鋼筋混凝土厚70 cm調(diào)整為100 cm厚，二襯鋼筋環(huán)向主筋縱向間距由20 cm調(diào)整為10 cm，增加全環(huán)2 m×2 m梅花型布置長6 m全環(huán)徑向注漿，注漿壓力0.5 MPa～2 MPa。

2 仰拱填充開裂情況

2017年11月26日晚，楊林隧道右幅出口掌子面施工至K19+903處，在隧道掌子面右側(cè)拱腳外側(cè)發(fā)生突水災(zāi)害事故，10分鐘內(nèi)突水約120 000 m3，后經(jīng)專家組調(diào)查確定為地下暗河突水。

2018年8月1號到8月6號，宜良縣龍興村周邊連降暴雨，地表水滲入到暗河，河道水暴漲，造成地下暗河來水量劇增，K19+903突水口處突水在8月6日達到頂峰，突水量達到7 000 m3/h，突水水頭噴射13 m遠，該處隧道初支變形開裂，拱頂多處出現(xiàn)股狀出水。K19+950～K19+770段仰拱填充出現(xiàn)不同程度的開裂，且部分地段出現(xiàn)錯臺及隆起。開裂段仰拱施工段落及時間：

①施工里程：K19+960～K19+921;施工時間：2017.11.25?-2018.3.27;

②施工里程：K19+921～K19+879;施工時間：2018.6.1- 2018.6.18;

③施工里程：K19+879～K19+770;施工時間：2018.4.14 -2018.5.24。

3 仰拱開裂原因分析

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合前期勘察資料、設(shè)計資料、施工情況及水量監(jiān)測情況進行分析，造成本次仰拱填充起拱變形的原因如下：

隧道開挖暴露巖質(zhì)大部分為灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、紫紅色鈣質(zhì)泥巖和輕微變質(zhì)的淺綠色泥巖，較堅硬，但水浸泡稍軟，為較軟質(zhì)巖，圍巖級別判斷為V1級，設(shè)計襯砌類型為SF5w，設(shè)計為C35防水鋼筋混凝土厚70 cm，二襯可以承受0.1 MPa的靜水壓力。區(qū)域內(nèi)急降暴雨使大量降水通過附近地表幾個塌陷坑迅速滲入地下暗河，造成山體內(nèi)地下暗河來水劇增，隧道周邊山體飽水，隧道內(nèi)突水口涌水量成倍增加。該段為瓦斯隧道設(shè)防段，全環(huán)防水設(shè)計，橫向無排水管，且仰拱底部無泄水設(shè)計。隧道周邊圍巖破碎富水，短時內(nèi)地下水位急劇上漲，水壓劇增，來水方向洞內(nèi)右邊墻山體擠壓力較大，地下仰拱部位排水不暢，地下水位上漲導(dǎo)致仰拱被水抬起，開裂。

4 仰拱開裂處治方案

4.1 施工順序

第一步，先行施工止水帷幕;第二步，處治上游開裂段;第三步，按設(shè)計方案處治涌水;第四步，按設(shè)計方案處治涌水段及下游段仰拱問題。見圖1。

根據(jù)原施工情況，為確保安全，以仰拱開裂最末端的二襯延伸一板為開裂處治起止點，即開裂處治里程為K19+740～K19+879，自K19+740里程開始，向K19+879方向處治。本次仰拱開裂處置長度139 m，共計12板二襯，每板二襯范圍內(nèi)分三節(jié)次開挖，每節(jié)次開挖長度2 m～6 m不等（視每板二襯長度而定），共開挖24節(jié)次，跳挖施工，以策安全。施工時，現(xiàn)場設(shè)置兩名專職安全員進行全程監(jiān)督旁站，當隧道二襯出現(xiàn)危險性變形或仰拱出現(xiàn)突涌水征兆時，安全員組織施工人員快速的從小里程方向和K19+905車行通道處疏散、撤離。

根據(jù)二襯長度劃分施工段落，并以K19+740-K19+752段12 m長二襯中間段K19+743-K19+749共6 m為第一施工開挖節(jié)，且作為仰拱返工試驗段。施工程序如下：使用大型混凝土切割機切割施工分界線→破碎機鑿除原施工填充砼→清理混凝土塊→破除仰拱混凝土并人工切割仰拱內(nèi)鋼筋→拆除變形鋼拱架→清理基底（抽水）→安設(shè)鋼拱架→噴射混凝土→鋪設(shè)防水板→綁扎仰拱鋼筋→支立仰拱模板→澆筑仰拱混凝土→支立仰拱填充模板→澆筑仰拱填充混凝土→跳至下一板二襯中心段施工。

4.2 防水板搭接施工

仰拱鋼架、噴混凝土初支完成后，鋪設(shè)防水板，防水板縱向與原二襯背后防水板焊接，搭接寬度25 cm，環(huán)向與上一版仰拱背后防水板搭接，搭接寬度25 cm。鑿除仰拱混凝土時，要保護預(yù)留的防水板接頭，防止破損。

4.3 仰拱混凝土與原二襯砼連接施工

新澆筑的仰拱混凝土，與原二襯砼設(shè)置高30 cm縱向連接后澆帶，支立模板20 cm，留灌注口10 cm，采用斜槽灌注C50微膨脹砼，采用小直徑振搗棒振搗密實。

4.4 仰拱注漿施工

為保證本次仰拱開裂處治的施工質(zhì)量，首先在楊林隧道右幅K19+879～K19+921段對仰拱進行注漿加固，形成止?jié){墻。注漿設(shè)計如下：

注漿孔按漿液擴散半徑1.5 m布設(shè)（見圖2、圖3），注漿孔按梅花型布置，注漿孔徑50 mm，孔深6 m。孔口管采用Φ42 mm壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長0.5 m。孔口管應(yīng)埋設(shè)牢固，并有良好的止?jié){措施。注漿鉆孔原則上沿徑向設(shè)置，并適當考慮與巖層層面的關(guān)系。注漿量Q=π×R2×l×n（R為漿液擴散半徑，本隧道取值為1.5 m;l為鉆孔深度，本段落取6 m;n為圍巖填充率，本段落取值為5%），本注漿量為初擬，注漿填充率及注漿擴散半徑應(yīng)進行現(xiàn)場注漿試驗確定，注漿完畢后應(yīng)進行注漿效果檢查，原則上注漿完后圍巖滲透系數(shù)應(yīng)小于10-7m/s。施工中，注漿量達到設(shè)計注漿量或注漿壓力達到設(shè)計終壓時，可結(jié)束注漿。

注漿采用水泥漿液，注漿參數(shù)如下：水泥漿液水灰比 0.5：1～0.8：1（重量比）;注漿壓力：0.5 MPa～2.0 MPa。

待仰拱初支完成混凝土終凝后，在初支面上按設(shè)計要求采用手持式風鉆打設(shè)注漿孔，打設(shè)順序自兩側(cè)向中間打設(shè)，打設(shè)完畢后，安設(shè)孔口管，注漿閥，并注漿。注漿孔跳鉆施工，避免施工干擾，同時保證圍巖注漿飽滿。注漿施工完畢后，可隨即開展仰拱施工。

4.5 仰拱處治過程中變形監(jiān)測

在K19+879～K19+752二襯段每板布置3個觀測點，拱頂沉降觀測點及凈空位移觀測點，布點采用反射片，利用全站儀對準反射片十字中心，測讀隧道周邊某兩點相應(yīng)位置的變化。仰拱根據(jù)裂縫走向，每5 m左右布置一組裂縫觀測點，布點采用鋼筋頭，頂部割十字叉。利用全站儀觀測每組裂縫監(jiān)測點，測讀仰拱高程有無變化，利用游標卡尺量測兩鋼筋頭頂部距離，測讀裂縫寬度有無繼續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

對突水突泥水害引起的隧道結(jié)構(gòu)病害治理進行整治，首先要對結(jié)構(gòu)裂損原因進行分析，綜合采取恰當?shù)膽?yīng)急處理與永久處理措施。通過對隧道水害的情況進行分析，提出的防治措施可以對類似工程起到積極的指導(dǎo)作用。

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