隧道工程襯砌及病害處治論述

孫典進(jìn)

[摘要]文章結(jié)合某工程實(shí)例，從工程概況、隧道病害情況、病害原因、病害處治方案及病害處治施工這幾方面進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

[關(guān)鍵詞]襯砌開裂；隧道基底加固；襯砌加固；病害處治

一、工程概況

某隧道為雙向4車道分離式隧道，長度為1055m，屬長隧道，最大埋深約150m，全隧道設(shè)置人行橫洞2座，車行橫洞1座。隧道于2009年3月開工，2010年6月貫通，2012年7月通車運(yùn)營。隧址區(qū)地層劃分為：第四系坡殘積層（Qdl+el）、和石炭系下統(tǒng)巖層（cl）巖性以砂質(zhì)灰?guī)r、砂巖、泥巖為主，除此之外，尚包含石英砂巖、頁巖、含炭質(zhì)的頁巖和泥巖等多種巖性，多以互層狀分布。隧道穿越地層巖性為石炭系下統(tǒng)泥巖，圍巖以Ⅳ、v級(jí)圍巖為主。隧址區(qū)地下水主要為埋藏于第四系覆蓋層中的孔隙水和基巖中的裂隙水，屬包氣帶中的重力滲入水類型。地下水僅靠大氣降水補(bǔ)給，向坡下滲透排泄或以泉水形式出露地表，儲(chǔ)量有限，而且受降雨影響明顯。隧道按照新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以錨、噴、網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)為初期支護(hù)，模筑混凝土為二次支護(hù)措施，Ⅴ級(jí)圍巖段二次襯砌采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，Ⅳ級(jí)圍巖段二次襯砌采用c25素混凝土結(jié)構(gòu)。明洞采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，隧道病害嚴(yán)重段穿越地層巖性為中風(fēng)化泥巖，呈薄一中厚層狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀平緩，不利隧道開挖，其中泥巖遇水易軟化，飽和抗壓強(qiáng)度Rc=12MPa，屬軟巖，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)圍巖。

二、隧道病害情況

1.襯砌裂縫情況：隧道裂縫主要集中在隧道邊墻檢修道以上1～1.5m高度范圍，以縱向、斜向裂縫為主，單條裂縫最大長度近125m，裂縫寬度在1.2～4.5mm，裂縫為貫穿性結(jié)構(gòu)裂縫，并伴有輕微錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

2.路面病害情況：隧道路面病害主要為路面網(wǎng)狀裂縫、破損以及路面中部隆起，其中隆起最大處達(dá)5cm。

3.檢修道病害情況：隧道檢修道病害主要為檢修道側(cè)墻擠壓變形錯(cuò)位，向隧道中心方向位移。

三、病害原因分析

1.地質(zhì)原因。該段隧道穿越地層巖性為中風(fēng)化泥巖，呈薄一中厚層狀構(gòu)造，巖飽和抗壓強(qiáng)度Rc=12MPa，屬軟巖，具有弱膨脹性，遇水易軟化和產(chǎn)生膨脹，且隧道埋深較大（100m左右）。綜合考慮地質(zhì)與埋深情況，隧道襯砌承擔(dān)的圍巖壓力較大，隧道邊墻基礎(chǔ)可能存在承載力不足的問題。

2.勘察設(shè)計(jì)原因。該段泥巖具有強(qiáng)度低、有遇水易軟化的等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)地質(zhì)特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足，未按規(guī)范要求（《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范>>JTG D70-2004第8.1.4條第2款要求）“在Ⅳ～Ⅵ級(jí)圍巖條件下，圍巖自穩(wěn)能力差，側(cè)壓力較大，地基承載力弱…。Ⅳ～Ⅵ級(jí)圍巖兩車道隧道宜采用帶有仰拱的襯砌斷面形式?！痹O(shè)置仰拱，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)形式欠妥。

3施工原因?？赡艽嬖谟龅綄?shí)際地質(zhì)情況與原設(shè)計(jì)不符時(shí)，未能進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

4.排水系統(tǒng)堵塞?？赡艽嬖诖硕闻潘到y(tǒng)堵導(dǎo)致隧道基地軟化膨脹，承載力不足，引起病害。通過上述分析，隧道基底軟化膨脹、承載力不足是襯砌病害產(chǎn)生的主要原因，因此隧底加固為病害處治的關(guān)鍵，須要對(duì)隧道底部基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固。

四、病害處治方案比選

（一）襯砌增加仰拱（方案一）

在原來沒有設(shè)置仰拱的原結(jié)構(gòu)上增設(shè)仰拱，改善隧道受力性狀，限制隧道底部和邊墻變形，根據(jù)原隧道結(jié)構(gòu)情況，新增仰拱曲率半徑為12.5m，結(jié)構(gòu)采用40cm厚型鋼骨架混凝土。具體的實(shí)施步驟如下：①拆除隧道檢修道：②在隧道兩側(cè)墻腳以100cm縱向間距向下設(shè)置2根6m長φ127×5mm注漿鎖腳鋼管樁，穩(wěn)定拱腳，保護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)安全：③拆除隧道路面和排水溝④開挖隧底至隧道仰拱設(shè)計(jì)標(biāo)高；⑤在邊墻底腳通長設(shè)置連接鋼板，連接鋼板通過錨栓固定，與鋼管樁結(jié)合處采用鋼筋幫焊：⑥設(shè)置I20a鋼架，縱向間距75cm，與隧道邊墻連接鋼板連接。采用錨栓連接后，騎縫焊接；⑦澆筑仰拱混凝土；③隧道中心水溝恢復(fù)；⑨仰拱回填并依次恢復(fù)路面、排水邊溝與檢修道。

（二）隧底注漿加固（方案二）

對(duì)隧道基底注漿加固，提高地基承載能力。注漿加固深度為墻腳以下5m范圍，注漿漿液為水泥一水玻璃雙液漿。具體的實(shí)施步驟如下：①拆除隧道檢修道：②在隧道兩側(cè)墻腳以100cm縱向間距向下設(shè)置2根6m長φ127×5mm注漿鎖腳鋼管樁，穩(wěn)定拱腳，保護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)安全：③拆除隧道路面和排水溝；④開挖隧底至隧道墻腳設(shè)計(jì)標(biāo)高并整平：⑤按100×100cm間距梅花形布設(shè)5m長φ89X4mm注漿鋼管樁，采用水泥一水玻璃雙液漿對(duì)地基進(jìn)行注漿加固；⑥設(shè)置I20a鋼架，縱向間距75cm，與隧道邊墻連接鋼板連接。采用錨栓連接后，騎縫焊接；⑦隧道中心水溝恢復(fù)；③澆筑鋪底混凝土并依次恢復(fù)路面、排水邊溝與檢修道。

（三）方案對(duì)比從結(jié)構(gòu)受力、施工質(zhì)量控制、施工安全、施工難度四方面對(duì)以上2個(gè)處治方案進(jìn)行了綜合對(duì)比，各方案優(yōu)缺點(diǎn)如下：①襯砌增加仰拱方案優(yōu)點(diǎn)：隧道結(jié)構(gòu)受力性能好：限制隧道底部邊墻變形效果：施工質(zhì)量控制容易：通過設(shè)置鋼拱架能限制施工中邊墻變形，保護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)安全。②襯砌增加仰拱方案缺點(diǎn)：隧道基底地基條件未能改善：施工工藝較復(fù)雜且施工組織較復(fù)雜。③隧底注漿加固方案優(yōu)點(diǎn)：隧道地基承載力好：施工組織較簡單。④隧底注漿加固方案缺點(diǎn)：地基加固質(zhì)量控制較難：注漿加固初期，漿液中水會(huì)軟化地基：施工中可能需要設(shè)置臨時(shí)支撐限制隧道邊墻變形。通過以上綜合對(duì)比，最終確定采用襯砌增加仰拱方案（方案一）對(duì)隧道病害進(jìn)行處治。

五、病害處治施工

對(duì)隧道進(jìn)行交通封閉后，按照襯砌增加仰拱方案處治隧道襯砌病害，具體的實(shí)施步驟與前述一致，此外還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①每次拆除段落應(yīng)不超過5m，并應(yīng)盡早澆筑仰拱。②施工中應(yīng)對(duì)中心排水管內(nèi)流水進(jìn)行臨時(shí)引排并應(yīng)注意保護(hù)接口，防止堵塞。③鋼管樁縱向應(yīng)間隔施工，單側(cè)應(yīng)依次施工，以避免邊墻基礎(chǔ)因局部掏空或地基軟化而下沉失穩(wěn)。襯砌增加仰拱方案施工完成后，還需對(duì)襯砌裂縫進(jìn)行處治。襯砌裂縫處治采用設(shè)置錨桿和注漿填充方案處治，沿裂縫方向按100cm間距梅花型布置2排單根長度3m的+22早強(qiáng)藥卷錨桿，錨桿墊板鑿槽設(shè)置，墊板槽深度應(yīng)滿足錨桿尾部埋入襯砌內(nèi)緣1cm。另外在裂縫的端部以外再多布置一根錨桿。錨桿施工完成后對(duì)裂縫用環(huán)氧膠液注漿加固。

六、結(jié)束語

病害處治完成后，經(jīng)過半年運(yùn)營過程中的監(jiān)控，病害已停止發(fā)展，達(dá)到了處治目標(biāo)，為運(yùn)營安全提供了有力保障。通過以上論述，以期為類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考。