八里關(guān)隧道病害整治

杜鋒濤，馮 博，張毅濤，趙 新

(1.漢中公路管理局，陜西漢中 723000;2.中非國際建設(shè)工程有限公司，陜西西安 710650)

0 引言

近年來，隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，公路隧道修建里程不斷增加，隧道病害也隨之頻發(fā)。目前，中國對公路隧道的病害治理進行了大量的研究，如王春景等采用結(jié)構(gòu)-荷載結(jié)構(gòu)模型，提出了一套行而有效的隧道安全評價辦法［1］;余健等通過室內(nèi)大比例相似模型的破壞試驗，對隧道不同補強模式做了大量研究［2］;孫彬等對隧道背后脫空的病害進行了研究，認為背后脫空會造成應(yīng)力結(jié)構(gòu)變化，從而導(dǎo)致隧道出現(xiàn)襯砌裂縫、襯砌腐蝕等病害［3］;雷升祥等在分析隧道病害基本特征及病害成因基礎(chǔ)上，提出了內(nèi)套拱法等8種基本襯砌補強方法［4］;趙旭東針對隧道滲漏水，提出了綜合治理的原則，采用注漿、鑿槽堵漏等具體整治措施［5］;劉會迎等分析了中國己建鐵路隧道滲漏水情況，得出了隧道滲漏水的主要形式和成因，闡述了滲漏水的治理措施［6］。但是國內(nèi)缺少對隧道病害全面、系統(tǒng)的治理方法及隧道狀況的評價系統(tǒng)，工程中只能根據(jù)經(jīng)驗判斷提出養(yǎng)護治理辦法。

本文依托八里關(guān)隧道病害整治工程實例，針對隧道裂縫、隧道滲漏水、襯砌脫空等具體病害進行綜合治理，使加固后的隧道使用功能和安全性得以恢復(fù)。

1 工程概況

八里關(guān)隧道位于G316國道漢中市留壩縣姜窩子鎮(zhèn)八里關(guān)村南100 m處，隧道長82 m，進口(漢中方向)里程樁號為K2235+405，出口(留壩方向)里程樁號為K2235+487，洞身支護為曲墻式。隧道設(shè)計為雙向兩車道，隧道凈寬10.5 m，凈高5.0 m。

2 隧道病害及原因分析

八里關(guān)隧道運營已達13年，隧道襯砌混凝土存在較多的斜向、縱向及環(huán)向裂縫，部分裂縫存在滲漏水現(xiàn)象，襯砌背后存在多處脫空及不密實現(xiàn)象，局部段落襯砌混凝土強度不滿足設(shè)計要求。隧道襯砌破損、開裂及滲漏水的原因分析如下。

(1)由襯砌混凝土強度不足或者施工質(zhì)量較差而引起拱腰或拱頂混凝土破損、開裂及滲漏水［7］。

(2)隧道滲漏水不斷侵蝕襯砌混凝土，導(dǎo)致襯砌混凝土強度降低，破損開裂。

(3)由于排水系統(tǒng)不暢，圍巖內(nèi)部水壓升高，對圍巖裂隙產(chǎn)生潤滑，降低了圍巖的自承能力，作用在襯砌上的壓力過高使其產(chǎn)生開裂、滲漏水［8］。

3 病害治理方案

3.1 襯砌病害治理及結(jié)構(gòu)補強處治方案

由于八里關(guān)隧道襯砌厚度及局部強度不滿足要求，洞頂存在脫空，有部分縱向、斜向裂縫的問題，故需對全隧道采取全斷面花管注漿加固圍巖噴射混凝土套拱的措施。

3.1.1 安全性驗算

八里關(guān)隧道圍巖條件為Ⅴ級和Ⅵ級，縱向裂縫發(fā)育，Ⅴ級圍巖段落最大埋深為40 m，Ⅵ級圍巖段落最大埋深為10 m。采用荷載結(jié)構(gòu)法對這兩種圍巖條件下隧道襯砌結(jié)構(gòu)進行安全性檢算。

噴射混凝土施工完成后，鋼筋網(wǎng)可以很好的與噴射混凝土結(jié)合，起到防止噴射混凝土開裂的作用，因此Ⅴ級圍巖段將16 cm厚噴射鋼筋混凝土和原45 cm二次襯砌簡化為一個61 cm厚的單側(cè)配筋的鋼筋混凝土二次襯砌進行安全系數(shù)驗算;Ⅵ級圍巖段將16 cm厚噴射鋼筋混凝土和原50 cm二次襯砌簡化為一個66 cm厚的單側(cè)配筋的鋼筋混凝土二次襯砌進行安全系數(shù)驗算。經(jīng)驗算，所有截面的安全系數(shù)均滿足規(guī)范的要求，因此可以說明襯砌加16 cm厚噴射鋼筋混凝土的加固方案可以滿足隧道襯砌的安全要求。

3.1.2 隧道建筑界限要求

通過隧道襯砌內(nèi)輪廓激光斷面的掃描，結(jié)果表明該隧道除邊墻襯砌內(nèi)輪廓與設(shè)計輪廓緊貼外(無侵限)，拱頂襯砌均有富余量。如采用16 cm厚噴射混凝土套拱后，人行道內(nèi)側(cè)稍微侵限，但寬度均大于60 cm，基本不影響行人、行車安全，如圖1所示。

3.2 隧道襯砌后空洞注漿處治方案

圖1 八里關(guān)隧道套拱建筑限界設(shè)計

在需要治理的脫空處鉆設(shè)2排注漿邊孔，同時在注漿邊孔之間鉆注漿中孔，從2個注漿邊孔開始壓注水泥漿液(水灰比為1∶1)，當注漿壓力逐步升至0.5 MPa且穩(wěn)定10 min以上時，減慢進漿速度，漿液從注漿中孔流出時，結(jié)束邊孔注漿，然后從注漿中孔壓注水泥漿液;由于拱頂襯砌厚度大部分偏薄，施工時應(yīng)控制好注漿壓力，并設(shè)置襯砌臨時支護措施，同時密切觀察襯砌變形位移及周圍裂縫的發(fā)展情況，確保施工安全。

3.3 隧道滲漏水處治方案

隧道襯砌滲漏水的原因有很多，主要可分為自然環(huán)境，防排水結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工，防排水設(shè)施及襯砌完整性這3大因素，而滲漏水的治理應(yīng)根據(jù)圍巖的水文地質(zhì)條件進行綜合分析判斷［9-10］。本工程滲漏水治理方案采取以排為主，以堵為輔，以截、堵、排相結(jié)合的原則進行，利用直接堵漏、注漿堵水和刻槽埋半管引排等方法進行滲漏水處治。3.3.1 襯砌施工縫滲漏水處治方案

在二次襯砌施工縫位置通過刻槽埋管的方式，設(shè)置環(huán)向排水，輔以槽內(nèi)鉆孔排水管道，降低襯砌背后水位，將施工縫處的環(huán)向出水引入電纜溝槽排出洞外。施工步驟如下。

(1)沿開槽方向固定2根木條，用鋸槽機順扁鋼鋸出2條縫后，用氣動風(fēng)鏟鑿除兩縫之間混凝土，手工將槽底修鑿平整，環(huán)氧樹脂膩子找平(找平施工縫兩側(cè)的基礎(chǔ)，以便橡膠條鋪設(shè)平順，防止半管內(nèi)水向兩側(cè)流出，嚴禁膩子覆蓋施工縫，施工縫兩側(cè)槽底各3 cm內(nèi)不得涂抹找平膩子)。

(2)沿槽方向，按50 cm間距鉆孔，置Φ8 mm螺絲。

(3)將Ω管安裝在槽內(nèi)，緊固Ω管兩邊螺絲，使半管與槽接觸密實。

(4)檢查安裝情況，管內(nèi)加水檢查滲漏水情況，如有滲漏水現(xiàn)象則重新安裝。

(5)環(huán)氧樹脂砂漿填充鑿槽。

泄水孔采用直徑為50 mm鉆頭成孔，內(nèi)設(shè)1.5 m長、直徑Φ50 mm的不銹鋼管，鉆孔位置在滿足施工可行性的前提下沿邊墻腳盡量靠下。鋼管末端150 cm內(nèi)管壁單側(cè)間隔15 cm開孔，且用土工布包裹，防止土砂進入，如圖2所示。

圖2 施工縫滲漏水處治

3.3.2 非施工縫滲漏水處治方案

對于裂縫寬度大于0.5 mm、滲水量較大的隧道縱向及斜向縫滲水，采用刻槽埋管結(jié)合主動引流的方法治理。

對于存在滲漏水現(xiàn)象的斜向、縱向裂縫，將裂縫周圍混凝土表面的反堿、灰塵、油污、表面涂層及其他外來物清理干凈，并鑿除疏松、空鼓和蜂窩結(jié)構(gòu)，除去積水和明水;沿裂縫延伸方向鑿出10 cm寬、7 cm深的槽，鑿槽埋管長度應(yīng)向未漏水裂縫處延伸且不小于10 cm;若附近有施工縫滲水時，將滲漏水引入施工縫位置的環(huán)向排水管中;施工過程中在排水管搭接位置刷一層瞬間堵漏劑，將搭接處搭接密實;在距裂縫軸線兩邊不小于25 cm，共50 cm的范圍內(nèi)環(huán)向涂刷1～2 mm厚水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。當附近無施工縫滲水時，可在斜向裂縫中間位置向下開槽直至電纜槽底部，將Φ50 mm的Ω管埋入槽中，通過電纜槽引到排水邊溝中。

圖3 非施工縫滲漏水處治

3.3.3 襯砌裂縫處治方案

對于襯砌裂縫(不滲漏水)處，根據(jù)裂縫寬度治理方案分為表面封閉法和注射法，裂縫寬度小于0.2 mm的可采用表面封閉法治理，裂縫寬度大于0.2 mm的可采用注射法治理。

(1)表面封閉法(裂縫寬度小于0.2 mm)施工工藝。首先用鋼絲刷或風(fēng)砂槍將裂縫兩側(cè)各寬5 cm、深3 mm的混凝土表面的反堿、灰塵、油污、表面涂層及其他外來物清理干凈，并鑿除疏松、空鼓和蜂窩結(jié)構(gòu);其次，對裂縫涂刷2～3遍配置好的封閉材料(SHO BOND#101#高分子樹脂主劑和硬化劑按重量比7:3比例混合，配制前需精準稱量?；旌蠒r需充分攪拌，混合均勻)，涂抹總厚度不應(yīng)小于2 mm，后用高分子樹脂材料在原襯砌表面再刷一次，厚度小于1 mm。

(2)注射法(裂縫寬度大于0.2 mm)主要方法及原理。該方法是選擇合適的材料，通過注漿方法將低黏度高強度材料注入已產(chǎn)生的裂縫中(可滲入寬僅0.02 mm的裂紋末端)，完成對裂縫的徹底修復(fù)。同時注漿過程中，利用緩慢均勻的壓力可以將裂縫中積存的空氣壓入混凝土的毛細孔中排出，避免產(chǎn)生空氣氣阻，從而保證混凝土修復(fù)質(zhì)量。

3.3.4 點狀滲漏水處治方案

(1)直接堵漏法。在隧道滲漏水位置水壓不大且混凝土結(jié)構(gòu)密實性良好時，采用直接堵漏法。點滲漏處理主要采用“立止水”堵水材料和“優(yōu)止水”防水材料應(yīng)用直接堵塞法治理，并在出水點周圍不小于Φ40 cm的范圍內(nèi)抹厚度1～2 mm的水泥基滲透結(jié)晶性防水材料［11］。施工工藝流程為:基層清理、鑿槽，用“立止水”堵漏劑堵漏，用“優(yōu)止水”防水劑填充開槽，用水泥基滲透結(jié)晶性防水材料抹面封閉，修復(fù)飾面，場地清理，檢查驗收。

(2)注漿堵漏法［12］。當隧道局部水壓較大且混凝土層內(nèi)有薄弱點時，直接堵漏法無法解決點狀滲漏水問題，需采用注漿堵漏法施工。主要要求為:對排查出的滲漏水部位進行表面清理，找出滲水點，用粉筆畫圈明示;使用電鉆對標明的滲水點進行鉆孔，深度約10～20 cm，埋設(shè)注漿頭，注漿頭口中心對正鉆孔位置，然后用堵水速凝砂漿封堵注漿頭周圍;用清洗機往注漿管內(nèi)注水，壓力大于1 MPa，檢查四周出水點，如有跑水、冒水處則用速凝堵水砂漿封堵;注漿材料選擇雙組份高聚合物化學(xué)漿，注漿壓力為0.5 MPa，可根據(jù)實施情況調(diào)整，注漿管與注漿頭連接好，灌漿開始逐漸升壓，使?jié){液沿漏水通道推進;最后重新打開閘閥如有水滲出繼續(xù)注漿，直到閘閥無水滲漏。

4 結(jié)語

通過對八里關(guān)隧道襯砌滲漏水病害的治理，有效地改善了隧道的運營狀況。經(jīng)過2個雨季，襯砌未出現(xiàn)滲漏水情況。施工完成后隧道外觀明顯改善，極大提高了行車安全。從社會經(jīng)濟效益看，延長了隧道的使用壽命，產(chǎn)生了較為明顯的經(jīng)濟效益。

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