隧道二次襯砌裂縫處治技術(shù)的應(yīng)用

摘要：文章結(jié)合高速公路隧道病害處治實(shí)例，介紹了隧道二次襯砌裂縫產(chǎn)生的原因、襯砌裂縫處治方案及施工工藝，并闡述了隧道襯砌裂縫處治技術(shù)在公路隧道病害處治中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：隧道;二次襯砌;裂縫處治

0 引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)的不斷推進(jìn)，部分公路已運(yùn)營(yíng)多年，隨著時(shí)間推移，受溫度應(yīng)力、巖層蠕變、不均勻沉降、施工方法不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊懀糠止匪淼赖亩我r砌產(chǎn)生裂縫，如不及時(shí)對(duì)這些裂縫進(jìn)行處治，將影響公路運(yùn)營(yíng)安全。因此，隧道襯砌裂縫處治技術(shù)在隧道病害處治中將有廣泛的應(yīng)用前景。

1 工程概述

某高速公路隧道是復(fù)工建設(shè)項(xiàng)目，為小凈距隧道，凈空為10.75 m×5 m。左洞起訖樁號(hào)為ZK58+615.5～ZK58+865，長(zhǎng)249.5 m;右洞起訖樁號(hào)為YK58+620～YK58+872，長(zhǎng)252 m。進(jìn)、出口端洞門型式均為端墻式。該隧道復(fù)工前左右線洞身二襯、端墻式洞門、電纜溝、路面基層已施作。

經(jīng)外觀質(zhì)量檢測(cè)，該隧道左、右洞二次襯砌出現(xiàn)較多裂縫，裂縫寬度多超過(guò)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度限值，特別是左線出口靠近洞口段落多處襯砌已被剪斷。

對(duì)該隧道左洞二次襯砌采用沖擊回波法進(jìn)行16處裂縫深度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)左洞二次襯砌所抽檢裂縫中，裂縫深度最小為13.63 cm，最大達(dá)54.85 cm（位于ZK58+630左邊墻，屬于環(huán)向裂縫），抽檢裂縫中有15條為結(jié)構(gòu)性裂縫。對(duì)該隧道右洞二次襯砌采用沖擊回波法進(jìn)行18處裂縫深度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)右洞二次襯砌所抽檢裂縫中，裂縫深度最小為13.57 cm，最大達(dá)49.97 cm（位于YK58+667左邊墻，屬于斜向裂縫），抽檢裂縫中有12條為結(jié)構(gòu)性裂縫。

在無(wú)損檢測(cè)裂縫深度的基礎(chǔ)上，采用鉆芯法（常規(guī)鉆頭+加長(zhǎng)鉆桿）抽取該隧道左、右洞9處典型裂縫進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)量測(cè)芯樣與孔內(nèi)裂縫，發(fā)現(xiàn)裂縫深度均>23 cm，結(jié)果與無(wú)損檢測(cè)結(jié)果基本吻合。

對(duì)該隧道仰拱采用鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)原施工單位未按設(shè)計(jì)進(jìn)行仰拱施工，仰拱位置基本為夾有虛渣或者全部是虛渣。

2 隧道襯砌裂縫產(chǎn)生原因及機(jī)理分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查及檢測(cè)結(jié)果，該隧道襯砌裂縫產(chǎn)生原因及機(jī)理分析如下：

（1）該隧道位于剝蝕丘陵地貌，自然坡度為10°～40°，植被較密，以灌木為主，地表未見(jiàn)滑坡、崩塌發(fā)育。隧道埋深0.5～65 m，圍巖主要為泥盆系下統(tǒng)蓮花山組中風(fēng)化泥質(zhì)細(xì)砂巖，局部漸變?yōu)槟鄮r或砂巖，節(jié)理發(fā)育，各組節(jié)理傾角陡緩不一，傾向各異，對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定影響較大。

（2）隧道出口左洞洞頂坡面揭示覆蓋層為紫紅色黏土，厚約1～2 m，下伏基巖為紫紅色厚層-中厚層狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖，厚度為15～20 m，往下為紫紅色厚層-中厚層狀中風(fēng)化砂巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖層產(chǎn)狀：52°/NW∠36°，巖層切層外傾。

（3）經(jīng)分析，造成隧道二襯出現(xiàn)裂縫的主要原因如下：①隧道出洞方案為交錯(cuò)出洞，左洞右側(cè)出現(xiàn)臨空面，無(wú)支擋防護(hù)，為坡體變形創(chuàng)造條件;②隧道長(zhǎng)期處于偏壓狀態(tài)，左側(cè)坡體長(zhǎng)時(shí)間受坡體偏壓作用而產(chǎn)生蠕動(dòng)變形;③坡體巖層產(chǎn)狀為切層順向，在坡腳出現(xiàn)臨空面和偏壓的共同作用下，巖層出現(xiàn)順層位移，對(duì)隧道襯砌進(jìn)行擠壓;④隧道仰拱未按設(shè)計(jì)施工，為回填虛渣，基礎(chǔ)承載力不夠，產(chǎn)生沉降。在上述幾點(diǎn)因素共同作用下，隧道二次襯砌出現(xiàn)較嚴(yán)重裂縫。

3 處治方案

（1）為使洞口平衡，減小地形偏壓影響，在右洞出口段接長(zhǎng)明洞，新增明洞洞門與左線洞門平行，以增加坡體抗滑阻力。明洞采用SM-A型襯砌結(jié)構(gòu)。

（2）在左洞洞頂邊坡增加錨索防護(hù)（見(jiàn)圖1），對(duì)洞頂淺層圍巖進(jìn)行錨固防護(hù)，防止后期替換二襯時(shí)圍巖發(fā)生較大的應(yīng)力松弛。防護(hù)長(zhǎng)度為40 m，樁號(hào)為ZK58+825～ZK58+865，沿路線方向設(shè)置2排，錨索長(zhǎng)度為30 m，錨固長(zhǎng)度為12 m，入射角與水平線夾角為30°，錨索縱向和橫向間距均為4 m。

（3）對(duì)檢測(cè)結(jié)果中仰拱未施作段（原設(shè)計(jì)有）補(bǔ)做仰拱。補(bǔ)做仰拱采用厚度為50 cm的鋼筋格柵C30混凝土，格柵拱架型號(hào)為20 cm（寬）×38 cm（高），主筋為25 mm的HRB400鋼筋，格柵拱架中心間距為40 cm，格柵拱架墊板采用M20×400高強(qiáng)鋼螺桿錨入拱墻二襯底部（見(jiàn)圖2）。

（4）待仰拱補(bǔ)做完畢后，對(duì)檢測(cè)結(jié)果中拱圈二襯結(jié)構(gòu)性裂縫在拱圈密集分布或有嚴(yán)重缺陷段落的二襯拱墻進(jìn)行加固的方案為：將二襯拱墻全環(huán)拆除，重新澆筑C30鋼筋混凝土。對(duì)檢測(cè)結(jié)果中二襯結(jié)構(gòu)性裂縫在兩側(cè)邊墻密集分布的二襯拱墻進(jìn)行加固的方案為：鑿除二襯邊墻，重新澆筑C30鋼筋混凝土。對(duì)檢測(cè)結(jié)果中二襯拱墻分布有較短的斜縱向裂縫及較嚴(yán)重的環(huán)向裂縫的二襯拱墻進(jìn)行加固的方案為：粘貼8 mm厚鋼板加固。詳見(jiàn)圖3～5。

4 施工工藝

4.1 補(bǔ)做鋼筋格柵仰拱施工工藝

補(bǔ)做鋼筋格柵仰拱施工工藝為：測(cè)量布點(diǎn)→鉆孔、清孔→安裝89×6 mm鎖腳鋼花管→注漿→鑿除舊有路面、開(kāi)挖仰拱、清理虛渣→恢復(fù)預(yù)埋100HDPE縱向波紋管、橫向?qū)堋惭b鋼筋格柵→立模、澆筑仰拱混凝土→仰拱回填。

（1）準(zhǔn)備工作：施工前，對(duì)現(xiàn)有路面、電纜槽等高程進(jìn)行測(cè)量，按縱向2 m間距測(cè)量布點(diǎn)，并標(biāo)注89×6 mm鎖腳鋼花管位置。

（2）鉆孔、清孔：按縱向間距200 cm于兩側(cè)電纜溝底部外角處外45°打設(shè)長(zhǎng)6 m89×6 mm鎖腳鋼花管（鋼管長(zhǎng)度可根據(jù)具體圍巖情況進(jìn)行調(diào)整，圍巖相對(duì)較好段落以嵌入基巖1 m為準(zhǔn)）。鎖腳鋼花管鉆孔采用潛孔鉆。鉆孔后，用高壓風(fēng)將孔內(nèi)石粉吹干凈。

（3）安設(shè)鋼花管：成孔后，安裝89×6 mm鎖腳鋼花管。鋼花管就位前應(yīng)對(duì)鋼花管進(jìn)行全面檢查，如加工情況等，檢測(cè)是否順直，并應(yīng)除銹，就位時(shí)應(yīng)慢而穩(wěn)。

（4）鋼花管注漿：鋼花管安裝完成后，向管內(nèi)注1∶1水泥漿液，注漿壓力為1.5～2.0 MPa，要保證注漿飽滿[1]。

（5）仰拱開(kāi)挖及清理：將補(bǔ)做仰拱段劃分成多個(gè)段落，鋼花管注漿完成后，用破碎錘將原有路面鑿除掉，為保證施工安全，每段每次鑿除長(zhǎng)度≤3 m。每次路面鑿除清理完后，用破碎錘向下進(jìn)行仰拱開(kāi)挖，人工修整到位，及時(shí)清理虛渣。

（6）布設(shè)排水管：仰拱開(kāi)挖完成后，用鉆桿清理原橫向排水管，保證圍巖背后的水能順利排出，并采用100HDPE橫向排水管接長(zhǎng)原橫向排水管至雙側(cè)側(cè)向盲溝。原縱、橫向排水管損壞的應(yīng)更換。

（7）安裝鋼筋格柵：安裝20 cm（寬）×38 cm（高）鋼筋格柵，格柵拱架中心間距為40 cm。為保證新增設(shè)仰拱與二次襯砌連接可靠，格柵拱架墊板采用M20×400高強(qiáng)鋼螺桿錨入拱墻二襯底部，錨入深度≥35 cm。若下排螺桿對(duì)應(yīng)位置為虛渣，可換用M20×2000螺桿錨入二襯背后圍巖中，并擠注水泥藥卷錨固（見(jiàn)圖6）。

（8）澆筑仰拱：安裝模板，澆筑50 cm厚C30仰拱混凝土。

（9）仰拱回填：采用C15混凝土回填仰拱。

（10）施工注意事項(xiàng)：仰拱填充部位的混凝土及硬巖開(kāi)挖應(yīng)采用液壓機(jī)械方式進(jìn)行分裂，不得采用傳統(tǒng)炸藥爆破，并保證澆筑仰拱混凝土拱底無(wú)虛渣。原二襯拱墻底部與仰拱間隔位置應(yīng)先切割分離。相鄰段路面的鑿除和仰拱的開(kāi)挖必須在上一段仰拱填充混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后才能開(kāi)始。

4.2 二襯拱墻全環(huán)拆除重建施工工藝

二襯拱墻全環(huán)拆除重建施工工藝為：測(cè)量標(biāo)注拆除范圍→徑向注漿預(yù)加固→分區(qū)分塊拆除開(kāi)裂二襯→防排水設(shè)施布設(shè)→布設(shè)鋼筋、預(yù)埋件→混凝土澆筑。

（1）測(cè)量定位：根據(jù)檢測(cè)單位檢測(cè)報(bào)告對(duì)需要拆除重建的二襯放樣定位，并用紅油漆詳細(xì)標(biāo)記拆分區(qū)塊。

（2）注漿加固：破損嚴(yán)重、圍巖較差及滲漏水嚴(yán)重段落的二襯拆除，須在鑿除二襯拱墻前完成徑向超前注漿加固。即在起拱線以上打入5.5 m長(zhǎng)42×4 mm注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管呈@100（環(huán)）×120（縱）cm梅花布置，注漿導(dǎo)管外傾60°。導(dǎo)管端部盡可能焊接在初支型鋼鋼架上，導(dǎo)管孔間采用快硬水泥卷堵塞止?jié){。注漿漿液采用42.5級(jí)水泥配置，水灰比為0.8∶1，摻入水玻璃含量為水泥用量的3%～5%，水玻璃規(guī)格為35 Be，模數(shù)為2.4～2.8[2]。

（3）鑿除破損二襯：使用液壓墻鋸對(duì)拆除區(qū)域二襯進(jìn)行切割分塊，采用破碎錘拆除二襯，左右側(cè)跳槽分塊鑿除二襯混凝土，每次鑿除長(zhǎng)度為200～300 cm。鑿除施工按“先拱后墻，從上到下”的原則進(jìn)行，施工縫處預(yù)留25 cm進(jìn)行人工拆除，拆除過(guò)程注意保護(hù)防水板。每段二襯混凝土拆除完成后及時(shí)清理拆除物。

（4）布設(shè)防排水設(shè)施：拆除二襯后人工清理初期支護(hù)面的防水板，檢查初期支護(hù)情況，對(duì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)損壞或已經(jīng)變形侵占二襯限界的初期支護(hù)進(jìn)行更換。初期支護(hù)處理完成后，重新順接排水管、鋪設(shè)土工布及防水板，對(duì)兩端二襯施工縫進(jìn)行人工鑿槽，并安裝橡膠止水帶和止水條。

（5）安裝鋼筋、預(yù)埋件：根據(jù)具體段落的襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋布置圖，在二襯鑿除端頭采用改性環(huán)氧類A級(jí)膠植筋，植入主筋深入原二襯長(zhǎng)度為40 cm。

（6）澆筑混凝土：重新澆筑C30水泥混凝土，混凝土摻入微膨脹劑。待新澆筑二次襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，方可進(jìn)行下一塊二次襯砌鑿除澆筑。對(duì)新老混凝土形成的冷縫采用注環(huán)氧類裂縫修補(bǔ)膠進(jìn)行封閉。

（7）施工注意事項(xiàng)：二襯鑿除前應(yīng)根據(jù)裂縫實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分塊，并采用紅油漆標(biāo)出分塊輪廓。鑿除重新澆筑二次襯砌施工中，嚴(yán)禁左右側(cè)邊墻同時(shí)鑿除，必須采用跳槽鑿除，并嚴(yán)格控制每次鑿除長(zhǎng)度，防止邊墻二次襯砌鑿除后引起拱部發(fā)生變形及坍塌。鑿除重新澆筑二次襯砌施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，每個(gè)鑿除分塊部位應(yīng)至少有一個(gè)監(jiān)控量測(cè)斷面。

4.3 二襯邊墻鑿除重做施工工藝

僅鑿除邊墻重做二襯的施工工藝為：待仰拱補(bǔ)做完畢后，左右側(cè)跳槽分塊鑿除邊墻混凝土，每次鑿除長(zhǎng)度為200～300 cm，鑿除高度為邊墻最高裂縫外側(cè)30～50 cm，清理鑿除物，重新順接排水管，鋪設(shè)土工布及防水板，在二襯鑿除端頭采用改性環(huán)氧類A級(jí)膠植筋（植入主筋深入原二襯長(zhǎng)度為40 cm），然后重新澆筑C30鋼筋混凝土（摻入微膨脹劑）。

4.4 粘貼鋼板加固施工工藝

粘貼鋼板加固施工工藝為：混凝土表面處理→鋼板定型防銹處理→安裝錨固鋼板→周邊密封→配膠及壓灌膠→固化。

（1）混凝土表面處理：安裝鋼板前需完成二襯裂縫的外觀處治，然后用金剛片打磨混凝土粘合表面，直至露出砂石新面層。

（2）鋼板定型防銹處理：對(duì)8 mm厚鋼板進(jìn)行除銹、打磨處理，按50 cm寬進(jìn)行切割，采用彎曲機(jī)械按隧道內(nèi)輪廓半徑對(duì)鋼板進(jìn)行定型，按設(shè)計(jì)尺寸搭設(shè)螺栓孔。

（3）安裝錨固鋼板：根據(jù)螺栓間距設(shè)置M22×300化學(xué)螺栓（見(jiàn)圖7），螺栓采用改性環(huán)氧類A級(jí)膠后錨固。將鋼板托起懸掛在各螺栓上，擰緊螺母，為控制注膠層厚度，可在部分M22螺栓上設(shè)置一定厚度的墊片。留排氣孔在灌注粘貼面周邊，于灌膠處設(shè)置灌膠嘴，每隔0.5～1 m插入軟管作為排氣管，鋼板周邊各角點(diǎn)均設(shè)置排氣管[3]。

（4）周邊密封：使用改性環(huán)氧樹脂植筋膠或者粘鋼膠作為封邊膠，使鋼板周邊縫隙、膨脹螺栓及注嘴周圍間隙密封。

（5）配膠及壓灌膠：使用粘鋼膠作為粘結(jié)膠，根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明及廠家提供的參數(shù)進(jìn)行配膠，攪拌均勻后倒入灌漿容器，用灌漿機(jī)從注漿嘴壓力注入膠液。注膠工作保持低壓低速，當(dāng)臨近注膠嘴中有膠液流出時(shí)，將當(dāng)前注膠嘴封閉，移至出膠的注膠嘴繼續(xù)注膠。注膠的同時(shí)用橡皮錘敲擊鋼板，由聲音判斷膠液流動(dòng)情況及膠液是否注滿。注膠從隧道左右兩側(cè)鋼板最低位置開(kāi)始注入，向拱頂逐步推進(jìn)，最后一個(gè)排氣管應(yīng)在維持注入壓力的情況下封閉，以防膠層脫空[4]。

（6）固化：注膠施工后最初幾小時(shí)應(yīng)注意檢查是否有流膠現(xiàn)象，以防脫膠。常溫（25 ℃）下固化≥3 d，固化溫度降低，固化時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)[5]。

（7）施工注意事項(xiàng)：施工完畢3 d內(nèi)不要沖擊鋼板。灌注粘鋼施工前，對(duì)鋼板表面涂阻銹劑2度進(jìn)行防腐處理，粘鋼施工完成后按照洞內(nèi)裝飾顏色噴涂面漆。

5 實(shí)施效果

該方案實(shí)施后，隧道二次襯砌得到妥善加固，洞口邊仰坡未發(fā)現(xiàn)有開(kāi)裂、滑塌等跡象，處于穩(wěn)定狀態(tài)。二次襯砌未出現(xiàn)新的裂縫，經(jīng)過(guò)粘貼鋼板加固的裂縫沒(méi)有變寬變深的情況，處于穩(wěn)定狀態(tài)。該隧道的裂縫處治效果比較理想。

6 結(jié)語(yǔ)

在公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，隧道裂縫處治是一項(xiàng)重要的工作。本文介紹的仰拱處治、拆除重建二次襯砌、粘貼鋼板加固二次襯砌處治方案是對(duì)二次襯砌較嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性裂縫的有效處理措施，且經(jīng)過(guò)實(shí)踐，由于其具有施工安全性、處治效果好等特點(diǎn)，有較大的推廣價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：張朝斌（1987—），工程師，從事建設(shè)工程監(jiān)理工作。