淺埋深隧道襯砌空洞綜合處治技術(shù)

范文斌

（山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司， 山西 晉中 030600）

0 引言

淺埋設(shè)隧道結(jié)構(gòu)中，隧道圍巖襯砌結(jié)構(gòu)病害是最常見和最典型的病害之一，由于襯砌結(jié)構(gòu)失效，導(dǎo)致襯砌與圍巖之間的相互協(xié)調(diào)變形能力被明顯削弱，尤其對于淺埋深隧道而言，由于設(shè)計(jì)埋深較小，襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)略低于深埋深隧道，本身襯砌結(jié)構(gòu)相對薄弱，一旦出現(xiàn)襯砌病害，無疑是雪上加霜，直接影響到隧道圍巖的穩(wěn)定性。通過工程實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的隧道襯砌結(jié)構(gòu)病害均起源于隧道圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)滲水、凍脹等病害，最終導(dǎo)致襯砌與圍巖之間出現(xiàn)不同程度的空洞，一旦在外部荷載擾動作用下，將造成嚴(yán)重的隧道襯砌塌方或者大規(guī)模的襯砌脹裂。因此，為了最大程度延長隧道襯砌使用壽命，在日常養(yǎng)護(hù)施工過程中，必須采取針對性的綜合處治措施，制定相應(yīng)的處治方案，在保證處治質(zhì)量和效率的前提下，盡量控制施工總造價(jià)。

1 淺埋深隧道襯砌空洞處治方式確定

隧道圍巖襯砌空洞處治的主要作用一方面是加強(qiáng)原隧道襯砌的強(qiáng)度和剛度，防止因襯砌空洞引起的襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力松弛，削弱襯砌和圍巖的協(xié)調(diào)變形能力，保證襯砌內(nèi)部應(yīng)力響應(yīng)條件和抗壓變形始終處于規(guī)范限定的范圍內(nèi)；另一方面，采用砂漿填充襯砌內(nèi)空洞，密實(shí)襯砌結(jié)構(gòu)，防止空洞長期存在導(dǎo)致圍巖滲透水分集聚，引起水壓和冬季凍脹破壞。在公路隧道襯砌空洞處治施工過程中，常用的處治方式包括：混凝土填充處治、泄水法、錨桿加固法及內(nèi)表面加固法幾種。混凝土填充處治法是采用高壓噴射設(shè)備將混凝土砂漿準(zhǔn)確填充到空洞位置，起到空洞填充和密封的效果，填充處治法是空洞治理過程中最常見也是最有效的技術(shù)措施之一；泄水法針對于圍巖穿越地下水工況，由于地下水徑流穿越襯砌空洞，為了防止地下水長期浸泡侵蝕，通過人工泄水降低地下水水位，從而規(guī)避地下水徑流對襯砌空洞的影響；錨桿加固法，在襯砌空洞位置支設(shè)錨桿，從而阻止空洞向隧道內(nèi)一側(cè)繼續(xù)變形的趨勢，且錨桿的拉拔作用對于圍巖襯砌的大變形、松動的處治效果也較為明顯；襯砌內(nèi)表面加固法主要適用于已經(jīng)開裂且裂縫發(fā)展的襯砌結(jié)構(gòu)，在襯砌內(nèi)表面進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，能夠約束裂縫繼續(xù)發(fā)展，一般情況下，內(nèi)表面處治技術(shù)和混凝土填充處治技術(shù)聯(lián)合使用。

2 填充注漿技術(shù)在淺埋深隧道襯砌空洞處治過程中的應(yīng)用

以淺埋深公路隧道為研究對象，由于隧道埋深較淺，隧道圍巖洞頂?shù)母采w層厚度較小，且大部分淺埋深隧道圍巖節(jié)理發(fā)育顯著，破碎性工況明顯。錨定桿加固處治需要強(qiáng)度較高且厚度較大的圍巖作為受力點(diǎn)，淺埋深隧道無法使用錨桿加固處治技術(shù)，襯砌內(nèi)表面處理聯(lián)合混凝土填充處治技術(shù)適用于破壞程度嚴(yán)重的襯砌結(jié)構(gòu)。因此，在絕大多數(shù)的淺埋深隧道襯砌空洞處治施工實(shí)踐中，混凝土填筑法的使用最為廣泛和實(shí)用。

絕大多數(shù)的襯砌空洞集中出現(xiàn)在隧道圍巖拱頂、拱腰位置，混凝土回填注漿處治施工技術(shù)選定以襯砌空洞直徑值為基準(zhǔn)。空洞直徑較小的襯砌結(jié)構(gòu)，考慮實(shí)用高壓單孔注漿技術(shù)，一方面可以防止多孔注漿壓力過大導(dǎo)致的外噴現(xiàn)象，還能防止孔道內(nèi)插入注漿過多導(dǎo)致的注漿管擠壓變形問題；空洞直徑較大的隧道襯砌，為了滿足同步注漿處治要求，提高注漿效率，便于一次性排進(jìn)空洞內(nèi)集聚的空氣，有助于提高注漿速率，建議同時插入多根注漿管注漿。襯砌空洞注漿材料選取必須兼顧強(qiáng)度和施工和易性兩方面因素，淺埋深隧道襯砌空洞處治一般使用水泥混凝土材料，混凝土骨料屬于細(xì)集料類型，水泥混凝土注漿材料非常適用于大規(guī)模的隧道襯砌處治施工中，因其取材廣泛，原材料價(jià)格低廉。除了使用混凝土材料外，部分襯砌空洞病害程度較低的位置，也可以使用水泥砂漿或者水泥凈漿處治，為了提高砂漿的施工和易性，降低水泥用量，以間接控制水泥水化熱影響，可添加比例適當(dāng)?shù)姆勖夯也牧希皾{填筑料一般使用在直徑小于50mm 的空洞中，水泥混凝土及粉煤灰改性混凝土一般適用于直徑大于50mm 的空洞中。除了使用粉煤灰改性外，在水泥混凝土注漿材料中可以添加一定比例的減水劑控制拌合用水量，從而間接控制水泥水化熱的不良影響，為了提高空洞處治后的密實(shí)度指標(biāo)，可以在水泥混凝土中添加一定比例的膨脹劑，通過改善注漿材料在空洞內(nèi)的流動性，提升空洞內(nèi)的注漿密實(shí)度。

由于空洞混凝土填充施工屬于隱蔽工程，施工人員無法通過肉眼直觀觀測空洞內(nèi)填筑密實(shí)情況，單純依靠注漿量無法準(zhǔn)確判定目標(biāo)空洞位置是否被填充密實(shí)，尤其使用水泥砂漿或者水泥混凝土類材料填充過程中，由于混凝土凝結(jié)硬化節(jié)段水分大量蒸發(fā)，水泥混凝土?xí)霈F(xiàn)不同程度的干縮現(xiàn)象，已填充滿的空洞在干縮后與原空洞之間存在細(xì)微裂隙，導(dǎo)致填充混凝土材料與襯砌空洞接觸不良，此外，應(yīng)內(nèi)部空氣氣栓影響、注漿管路阻塞等因素均會造成不同程度的注漿不密實(shí)問題。為了保證目標(biāo)空洞的注漿質(zhì)量達(dá)到養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)要求，建議在空洞對應(yīng)襯砌外側(cè)布設(shè)應(yīng)力傳感器，并在相同拱高位置的其他非空洞位置布設(shè)應(yīng)力傳感器，選定過個對比試驗(yàn)組，分別采用不同的注漿壓力和不同注漿量充入相同類型的注漿材料，觀測注漿凝結(jié)硬化過程中的應(yīng)力傳感器變化情況，對比空洞對應(yīng)襯砌位置在不同時間點(diǎn)的應(yīng)力傳感器監(jiān)測值和與相同拱高位置的的非空洞位置的應(yīng)力值，借助縱向?qū)Ρ群蜋M向?qū)Ρ葍煞N方式，以獲取最佳的注漿處治參數(shù)。

3 總結(jié)

綜合以上論述內(nèi)容可知，埋深深度、圍巖節(jié)理發(fā)育及圍巖破碎程度不同對應(yīng)的襯砌空洞處治技術(shù)也不盡相同；淺埋深隧道襯砌厚度較小，且大部分隧道襯砌空洞病害嚴(yán)重程度較低，不適用于錨桿加固法和內(nèi)表面處治聯(lián)合混凝土填充法，相較而言，單純的混凝土填充處治法非常適用于空洞病害嚴(yán)重程度較低的淺埋深隧道，通過工程實(shí)踐檢驗(yàn)，該處治技術(shù)相對可靠，工程經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢顯著，建議推廣。