千枚巖地層中隧道襯砌破壞整治施工技術(shù)

徐彬軒

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司公路隧道分公司， 四川 成都 610200）

1 工程背景

1.1 隧道基本情況

國道317線薛城隧道位于雜谷腦河左岸高山中，山坡地形陡峻，地形坡度35°—45°，山坡覆蓋層較薄，大部分地段基巖直接出露。履蓋層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積卵石層、更新統(tǒng)崩坡積層碎石土層，下伏基巖為泥盆系統(tǒng)維關(guān)群下組千枚巖、炭質(zhì)千枚巖。隧道大部分所處地層圍巖主要構(gòu)成為灰、深灰色千枚巖，其礦物成分主要為石英、絹云母、綠泥石等，變晶結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造，片理面具微弱絲絹光澤；隧道中部所處地層分布有灰黑、黑色炭質(zhì)千枚巖。隧道圍巖級(jí)別以Ⅳ、Ⅴ級(jí)為主。

1.2 隧道原施工情況

隧道于2008年11月開工建設(shè)，2011年3月建成通車。2013年3月，隧道在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)了邊墻開裂、路面沉隆、邊墻水溝變形等病害，且隨著時(shí)間推移，病害仍逐漸擴(kuò)展。2014年，針對(duì)隧道病害進(jìn)行了全隧整治，2015年繼續(xù)開通。其中，K29+398—+443里程段落，對(duì)仰拱病害采用新增樹根樁和拆除重建鋼筋砼仰拱的措施進(jìn)行處治；對(duì)拱墻病害，采用新增設(shè)20cm格柵鋼纖維噴射砼套襯進(jìn)行處治。K30+360—+430里程段落，對(duì)仰拱病害分段采用了基底注漿和新增樹根樁措施進(jìn)行處治；對(duì)拱墻病害，采用裂縫修補(bǔ)和新增15cm鋼纖維噴射砼套襯進(jìn)行處治。

1.3 隧道現(xiàn)狀情況

歷經(jīng)兩年多的運(yùn)營(yíng)，薛城隧道逐步表現(xiàn)出路面開裂、下沉等情況，其中K29+395—+443里程48m段落，隧道左側(cè)邊墻套襯砼出現(xiàn)破碎開裂并大面積剝落現(xiàn)象。最嚴(yán)重K29+395—+410段剝落面積約10m2、厚度約12cm，格柵拱架外露、扭曲變形。K30+360—+430里程70m段落中，隧道拱頂套襯砼出現(xiàn)砼剝離掉塊、錯(cuò)臺(tái)位移等現(xiàn)象。最嚴(yán)重的K30+403里程前后，隧道拱頂套襯砼出現(xiàn)面積約20m2剝離，其中近施工縫處拱頂偏左1.5m處有長(zhǎng)5m、寬0.8m、厚15cm的剝離砼已脫落掉塊。

2 隧道病害原因分析

薛城隧道發(fā)生以上病害是多方因素綜合作用的結(jié)果，根據(jù)當(dāng)前隧道現(xiàn)場(chǎng)的病害表現(xiàn)，結(jié)合原有施工情況和2013年病害處治情況，綜合分析襯砌結(jié)構(gòu)破壞病害發(fā)生的直接原因是隧道圍巖壓力的不斷發(fā)展增大，超出了結(jié)構(gòu)的承載能力，最后導(dǎo)致襯砌（和套襯）結(jié)構(gòu)的破壞。1、薛城隧道穿越千枚巖地層這一地質(zhì)條件是發(fā)生病害的主要原因。2、隧道總體按IV級(jí)圍巖建設(shè)，支護(hù)參數(shù)偏弱，襯砌結(jié)構(gòu)無法承受持續(xù)變化增大的圍巖壓力。3、隧道本次出現(xiàn)病害段落，在原有施工過程中，曾發(fā)生過坍方、初支變形開裂等情況，處治施工時(shí)可能存在局部空洞現(xiàn)象，在圍巖壓力分布不均的情況下，襯砌結(jié)構(gòu)更易受損破壞。4、施工過程可能存在二襯施工過早的缺陷。當(dāng)初支變形收斂穩(wěn)定前便進(jìn)行二襯施工，導(dǎo)致二襯在成形時(shí)就過多分擔(dān)了圍巖壓力。當(dāng)圍巖壓力繼續(xù)增大時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)便受損破壞。

3 整治施工技術(shù)

3.1 測(cè)量控制

隧道建筑凈空限界是保證行車安全通行于隧道的重要參數(shù)。薛城隧道已經(jīng)歷過一次病害處治，由于隧道不同段落采用了不同厚度的套襯加固措施、施工誤差的存在和隧道運(yùn)營(yíng)中發(fā)生的結(jié)構(gòu)緩慢持續(xù)變形，隧道現(xiàn)有的凈空斷面必然尺寸多樣且不規(guī)則。同時(shí)，新建套襯的厚度又是確保隧道整治效果的重要指標(biāo)。因此，整治施工前必須對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)凈空斷面進(jìn)行精確測(cè)量，平衡控制好隧道設(shè)計(jì)凈空和二襯厚度的關(guān)系，以便既能保證隧道整治施工過程安全，又能保證隧道整治后運(yùn)營(yíng)和往來行車的安全。

薛城隧道為直線單坡隧道，整治段落的縱斷面控制以段落起止點(diǎn)的路面設(shè)計(jì)標(biāo)高為控制點(diǎn)，處治段落按設(shè)計(jì)坡度順接前后路段即可。

隧道橫斷面控制，根據(jù)隧道現(xiàn)場(chǎng)凈空復(fù)測(cè)結(jié)果，在首要滿足隧道設(shè)計(jì)凈空的條件下，確保新建套襯施工厚度不小于設(shè)計(jì)厚度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際凈空無法同時(shí)滿足隧道設(shè)計(jì)凈空條件和新建套襯厚度要求時(shí)，才對(duì)上一次處治增加套襯或原有二襯進(jìn)行拆除施工，以確保該項(xiàng)條件的滿足。

3.2 臨時(shí)加固處理

臨時(shí)加固采用安裝I20b工字鋼拱架加固形式。根據(jù)前期測(cè)量的襯砌斷面形式，在加工場(chǎng)將鋼拱架分節(jié)制作成形，現(xiàn)場(chǎng)拼裝就位。鋼拱架全環(huán)用4m長(zhǎng)φ22藥卷錨桿按1m間隔焊接鎖固于襯砌表面，拱架與襯砌表面的空隙用鋼墊板和木楔墊填緊密。拱架每榀間距1m，用連接鋼筋焊接成一體。

3.3 圍巖注漿加固處理

圍巖的加固處理按周邊圍巖加固和深層圍巖加固兩部分配套進(jìn)行。周邊圍巖加固采用5m長(zhǎng)φ42小導(dǎo)管進(jìn)行環(huán)向注漿加固，小導(dǎo)管縱向間距1.5m、環(huán)向間距1.5m，交錯(cuò)成梅花型布置。注漿采用純水泥漿，水灰比控制在0.4左右。深層圍巖加固采用8m長(zhǎng)φ28中空注漿錨桿進(jìn)行環(huán)向注漿加固，錨桿縱向間距1.5m，環(huán)向間距1.5m，呈梅花型交錯(cuò)布置于兩環(huán)小導(dǎo)管中間。注漿采用M30水泥砂漿。

鉆孔采用風(fēng)鉆成孔。鉆孔方向垂直于襯砌表面，以便鎖定錨板，保證錨固效果。

注漿施工嚴(yán)格按配合比制拌漿液。注漿作業(yè)采用注漿壓力和注漿量雙控制。注漿壓力按分級(jí)升壓法調(diào)整，由小到大逐步加大注漿壓力至1MPa，終孔壓力控制在1.5MPa。當(dāng)單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求值，可結(jié)束注漿。當(dāng)單孔注漿量超過設(shè)計(jì)的注漿量且注漿壓力無明顯變化時(shí)，需暫停一段時(shí)間待漿液初凝后再補(bǔ)充注漿至注漿壓力升至設(shè)計(jì)值方可結(jié)束。

注漿作業(yè)是利用原有套襯或二襯結(jié)構(gòu)作為止?jié){墻，但注漿施工作業(yè)過程中，安排專人加強(qiáng)對(duì)套襯和二襯變形情況的觀察，嚴(yán)防過大變形發(fā)生安全事故。同時(shí)認(rèn)真填寫注漿記錄，隨時(shí)分析和調(diào)整注漿參數(shù)。

3.4 鋼管樁加固處理

為改善隧道邊墻基礎(chǔ)承載能力不足的缺陷，采用4m長(zhǎng)直徑φ250的鋼管樁對(duì)邊墻墻角進(jìn)行加固。鋼管樁布置于新建套拱腳處，縱向間距1.2m，鉆進(jìn)方向按與垂直方向向外呈30°和15°隔孔布置。注漿采用M30水泥砂漿。

3.5 套襯處理

由于部分整治段落的凈空尺寸和新建套襯厚度值無法同時(shí)滿足要求，上一次處治增加的套襯結(jié)構(gòu)必須拆除。

既有套襯拆除是極其危險(xiǎn)的工作，稍有不慎，將造成隧道坍塌等事故發(fā)生。為減少安全風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)既有套襯進(jìn)行分段拆除，一般破損路段每次拆除范圍不超過6米，破損嚴(yán)重、拆除厚度較深的地段，每次拆除范圍不超過3米。拆除作業(yè)前加強(qiáng)作業(yè)面照明，清理現(xiàn)場(chǎng)人員，警戒封閉作業(yè)區(qū)域。拆除作業(yè)從環(huán)向施工縫處開始，將拆除段與非拆除段的臨時(shí)拱架連接鋼筋切割斷開，分解拆除段內(nèi)臨時(shí)拱架。破碎機(jī)停于非拆除段襯砌下，將破碎頭伸入拆除區(qū)進(jìn)行拆除作業(yè)。拆除由點(diǎn)至面、逐榀進(jìn)行，先全環(huán)用較小力量將套襯擊打出裂縫，再加大力量由下至上逐步破碎剝離套襯層。機(jī)械拆除過程中，安全人員注意對(duì)作業(yè)面的觀察，嚴(yán)范掉塊、坍方等風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定情況時(shí)，及時(shí)停機(jī)撤離。

既有套襯破碎拆除后，及時(shí)對(duì)凈空進(jìn)行復(fù)測(cè)，以確保新套襯厚度和行車限界空間。若仍舊不足，視差值再次進(jìn)行局部襯砌破碎拆除。

新做套襯采用高于一般隧道襯砌砼強(qiáng)度的C40鋼筋砼，厚度不少于30cm。由于圍巖加固的小導(dǎo)管和錨桿施工破壞了隧道原有的防水系統(tǒng)，所在，必須在新套襯砼施工前，分別在隧道拱腳、起拱線、縱、環(huán)向施工縫等部位布設(shè)常規(guī)的亂絲排水盲溝、止水帶、止水條等設(shè)施。

為保證新舊砼的連接，原襯砌表面進(jìn)行鑿毛處理，同時(shí)，在既有拱腳砼面進(jìn)行植筋處理，將二襯鋼筋植入仰拱砼內(nèi)不小于20cm，并與鋼管樁焊接。全環(huán)鋼筋綁扎成形后，在拱腳處打設(shè)2根φ25藥卷錨桿，并與襯砌鋼筋焊接成整體。當(dāng)隧道凈空斷面尺寸滿足要求時(shí)，臨時(shí)工字鋼拱架可以不拆除，作為永久支護(hù)體系與襯砌鋼筋焊接成一體，澆筑進(jìn)新套襯中。

新套襯砼采用為6米長(zhǎng)全液壓模板襯砌臺(tái)車澆筑。澆筑長(zhǎng)度在舊套襯拆除段視拆除分段情況確定，非拆除段按6米確定。

4 結(jié)語

薛城隧道整治施工僅耗時(shí)兩個(gè)月便恢復(fù)通車；施工過程中，沒有發(fā)生安全、質(zhì)量事故；整治完畢后，經(jīng)監(jiān)控量測(cè)反映，襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無明顯變化。

此次整治施工的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)千枚巖地層隧道的襯砌破壞病害的預(yù)防和整治，主要從兩方面著手，一是對(duì)易遇水軟化變形的隧道圍巖進(jìn)行加固，二是適當(dāng)提高襯砌承壓能力。對(duì)既有隧道的整治，必須做好凈空斷面復(fù)測(cè)工作。盡量在現(xiàn)有凈空尺寸內(nèi)平衡凈空限界與二襯厚度的關(guān)系，盡量避免拆除原有襯砌結(jié)構(gòu)，減少施工安全風(fēng)險(xiǎn)。重視圍巖注漿加固作業(yè)。對(duì)隧道初支外圍巖層進(jìn)行注漿加固，以增加圍巖自穩(wěn)性，形成穩(wěn)定圈層包裹隧道結(jié)構(gòu)。注漿水泥漿液宜采用0.4左右的較小值水灰比，以減少用水量，避免過多用水導(dǎo)致千枚巖軟化。