高速公路隧道襯砌開裂的整治

劉曉蕾

摘要：針對某高速公路隧道的特殊地質(zhì)條件，在施工中出現(xiàn)的襯砌開裂屈服現(xiàn)象，分析襯砌開裂產(chǎn)生的原因，在隧道投入運(yùn)營前采取相應(yīng)的加固整治工程措施治理病害。

關(guān)鍵詞：公路隧道;襯砌開裂;加固整治

一、地質(zhì)條件

1.工程地質(zhì)條件

地質(zhì)分布如圖1所示。修筑路段表層廣泛分布第四系崩坡積松散層，下伏基巖為元古界小羊街組上亞組的花崗片麻巖。圍巖類別為Ⅱ～Ⅲ類。第四系松散層堆積物可根據(jù)成因類型劃分為：第四系人工填土層（Qml）、第四系沖洪積卵礫層（Qal+pl）、第四系崩坡積層（Qcol+dl），元古界小羊街組（Ptxb）。這些巖土體具有如下特征：①人工填土層（Qml），由于是回填欠固結(jié)土，結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)強(qiáng)度低。②層沖洪積層（Qal+pl）卵礫層，中密狀，具有一定的力學(xué)強(qiáng)度。③崩坡積層（Qcol+dl）為散體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)強(qiáng)度低，易產(chǎn)生淺層劃移。④強(qiáng)風(fēng)化基巖，呈散體—碎裂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，隧道修建時，易產(chǎn)生坍塌，側(cè)壁失穩(wěn)。⑤中等風(fēng)化基巖，呈塊狀—碎裂結(jié)構(gòu)，具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，隧道修建時，局部會產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象。白色花崗巖片麻巖層，其傾向與山坡傾向相反，巖體具片麻構(gòu)造。節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化巖體呈碎裂-散體結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)疏松，中等風(fēng)化巖體呈塊狀—碎裂結(jié)構(gòu)，具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，穩(wěn)定性稍好，由于風(fēng)化的差異性，存在強(qiáng)風(fēng)化的包裹體。

圖1 ?隧道地質(zhì)剖面圖

2.水文地質(zhì)條件

筑路段以基巖裂隙水為主要地下水類型，含水介質(zhì)為弱富水性的花崗片麻巖，大氣降水的垂直入滲為主要補(bǔ)給徑，具有水位埋藏深且不穩(wěn)定、水力聯(lián)系弱的特點(diǎn)，排泄受地形控制，坡底河流或局部崖腳是常見的排泄部位，排泄方式為沿溝谷流向曼薩河徑流或點(diǎn)狀泉。據(jù)勘測其間調(diào)查，擬建隧道進(jìn)口有一泉點(diǎn)，偶測流量為0.2l/s，在隧道出口段“V”型溝谷有一常年水流，偶測流量為8.0l/s。因此，常常構(gòu)成多個相對獨(dú)立的次級水文地質(zhì)單元。

二、襯砌出現(xiàn)的病害

根據(jù)各單位提供的資料及多次現(xiàn)場勘察的結(jié)果，二次襯砌的破壞段主要集中在隧道出口的K235+900～K235+970段，而且中隔墻、邊墻和拱各部分均發(fā)生嚴(yán)重破壞。破壞情況歸納如下：

1.中隔墻

中隔墻的沉降縫和施工縫均發(fā)生橫向錯位，一般錯位3～6cm，最大的錯位達(dá)12.5cm。中隔墻有下沉現(xiàn)象，隔墻頂部和起拱線相交部位有連續(xù)貫通的裂縫。中隔墻頂部局部混凝土壓碎，成塊脫落。墻體內(nèi)的鋼筋變形凸出，嚴(yán)重部位中隔墻墻體有折斷、錯位現(xiàn)象，個別部位錯位達(dá)25cm。

2.邊墻

上、下行線邊墻均有明顯的縱向和斜向裂縫，縫寬0.3～20mm。

3.拱頂

上行線的拱頂有許多縱向裂縫，主要分布在K235+900～K235+940段，縫寬0.3～10mm。這些裂縫表明該處拱圈斷裂。特別在K235+900～K235+910段，拱與中隔墻的錯位達(dá)30cm。下行線的裂縫主要分布在K235+970～K235+940段，縫寬度0.3～15mm。

三、襯砌裂縫產(chǎn)生原因分析

1.地質(zhì)因素

隧道所處山體整體性雖然具有穩(wěn)定性，隧道圍巖的不穩(wěn)定主要存在于基礎(chǔ)以上部位。存在三個不可忽視得非穩(wěn)定區(qū)， 這三個非穩(wěn)定區(qū)具有共同的特征，就是其巖體都是由砂、粘土與塊石組成的松散層。

第一個非穩(wěn)定區(qū)位于隧道出口段，里程K235+940～+965區(qū)段，波速小于1.0km/s，強(qiáng)度低。隧道圍巖為塊石與砂粘土堆積，砂粘土比例較大。由于地形較陡，飽水后重力不穩(wěn)定，易變形流動，對隧道產(chǎn)生較大的側(cè)向推力。目前已經(jīng)造成隧道的側(cè)移和襯砌破壞。

第二個非穩(wěn)定區(qū)在隧道頂部，位于K235+820～+940之間，厚度5～20m，產(chǎn)生的節(jié)理裂隙帶與開挖松動有關(guān)。裂隙帶中充填砂與粘土，模量低、強(qiáng)度差，遇有垂向節(jié)理帶時易塌方冒頂。K235+879～+889處的塌方冒頂就有此種原因。該松散層飽水后有向左側(cè)滑動的可能性，對拱頂產(chǎn)生側(cè)向建立，造成拱頂襯砌變形。特別是K235+920～+940段尤為明顯，拱頂施工縫的錯臺達(dá)8cm。

第三個非穩(wěn)定區(qū)為山坡淺表松散層，厚5～15m，主要分布在隧道前半段的山坡上，面積較。松散層以砂為主，混有并留有大量風(fēng)化殘余塊體。由砂和殘留塊體構(gòu)成的山坡淺表松散層，穩(wěn)定性很差，飽水后易流動，形成淺表滑坡。

2.施工影響

在不良地質(zhì)地段進(jìn)行大跨度公路施工使洞口圍巖受到擾動，改變了圍巖的受力狀態(tài)。

四、加固措施

1.加固的指導(dǎo)思想

加固要求：K235+900～K235+970段破壞混凝土經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)后，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度不小于原設(shè)計。為達(dá)到此目的，加固的指導(dǎo)思想是：

加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計在結(jié)構(gòu)變形停止、裂縫不再發(fā)展、基礎(chǔ)不再沉陷的前提下進(jìn)行。充分利用已破壞的二次襯砌結(jié)構(gòu)的殘余強(qiáng)度和剛度，在不拆除已破壞的結(jié)構(gòu)殘體上進(jìn)行粘鋼加固，使其恢復(fù)強(qiáng)度和剛度。加固后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度滿足原設(shè)計二襯和500mm內(nèi)襯的強(qiáng)度和剛度，并有一定的安全儲備。加固后，二襯混凝土、粘貼的鋼板、工字鋼、新增內(nèi)襯套聯(lián)合變形，共同工作。墻伸縮縫處的“平移錯臺”，加固時保持“柔性可動”，不作剛性處理，中隔墻施工縫處產(chǎn)生的“錯臺”和起拱線處產(chǎn)生的“水平錯臺”，加固時按剛性加固處理。

2.加固方法

2.1 對裂縫及破損混凝土進(jìn)行化學(xué)灌漿及修補(bǔ)處理，具體方法如下：

對于小于0.3mm的縫隙采用YZJ-1型結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行表面封堵;對于大于0.3mm至3mm以內(nèi)的裂縫采用YZJ-5型灌注結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行灌縫處理;對于大于3mm以上的裂縫，先鑿出混凝土松動部分，然后采用高強(qiáng)微膨脹無收縮化學(xué)灌漿材料進(jìn)行灌縫處理;對于破損混凝土，采用插筋及高于原混凝土強(qiáng)度的纖維混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)及修形。

2.2 對于拱腳、中隔墻及錯臺處，將錯臺部位的屈服筋混凝土鑿開，重新焊接一定長度的鋼筋替代屈服筋（搭接長度按規(guī)范規(guī)定），將錯臺部分重新澆筑高于原混凝土強(qiáng)度的纖維混凝土并修形，以便后續(xù)粘結(jié)鋼板之用。

2.3 對于邊墻，中隔墻的處理，首先進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿，形成穩(wěn)定的基礎(chǔ)。對邊墻、中隔墻局部加強(qiáng)處理，首先灌縫，其次粘鋼、植筋將鋼板鎖住。對于拱頂及邊拱采用對拱外圈進(jìn)行灌漿處理，將周圍松散堆積物灌漿后形成拱圈，厚度8～10m。

五、加固效果

在加固施工前后，對隧道襯砌進(jìn)行了收斂觀測和拱頂下沉量測。從量測的結(jié)果來看，洞內(nèi)襯砌收斂量測在加固施工前，最嚴(yán)重地段平均為每天收斂值為0.62mm，加固施工結(jié)束后，最嚴(yán)重的斷面平均每天收斂變形量為0.049mm。拱頂下沉在加固前變化最大點(diǎn)平均為每天0.83mm，加固施工后變化最大點(diǎn)平均為每天0.054 mm。

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