運(yùn)營(yíng)高速公路隧道仰拱二襯拆換施工技術(shù)

摘要：隨著我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域投資規(guī)模的不斷擴(kuò)大和投融資形式的創(chuàng)新，山區(qū)高速公路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)里程快速增長(zhǎng)。隧道作為山區(qū)高速公路的重要組成部分，在不良地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)施工缺陷等多種因素綜合作用下，隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的高速公路隧道出現(xiàn)病害，其中以襯砌開(kāi)裂、滲漏水、變形侵限、路面起拱等最為常見(jiàn)，嚴(yán)重影響了隧道的交通安全運(yùn)營(yíng)。在此，以某運(yùn)營(yíng)高速公路特長(zhǎng)隧道病害處治為例，探討仰拱、二襯拆換施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：公路隧道;仰拱二襯;拆除施作;施工技術(shù)

0 引言

某運(yùn)營(yíng)高速公路特長(zhǎng)隧道單洞長(zhǎng)約七公里，系高瓦斯隧道，左、右洞內(nèi)均不同程度出現(xiàn)了二襯混凝土腐蝕粉化、開(kāi)裂、滲水，仰拱隆起、電纜溝錯(cuò)臺(tái)等嚴(yán)重病害（部分段落仰拱、二襯均有嚴(yán)重病害），病害呈不連續(xù)分布狀態(tài)?？紤]社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)收益，采取單向封閉、逐一處治的交通組織形式，始終保持一側(cè)正常通行。重難點(diǎn)在于仰拱、二襯拆換施工技術(shù)安全。

1病害成因分析

1.1特殊的地形、地質(zhì)原因：隧址區(qū)為“三山夾兩槽” 的地貌形態(tài)，地表溪溝發(fā)育，多條溪溝橫穿隧道頂部;巖層陡傾，洞身發(fā)育3 處斷層，節(jié)理及小褶皺發(fā)育，巖層破碎，巖體滲透系數(shù)大。

1.2水文條件影響：隧址區(qū)巖溶溶洞水、巖溶裂隙水、孔隙裂隙水等地下水都較豐富。經(jīng)檢測(cè)，隧址區(qū)地下水?dāng)y帶硫酸鹽腐蝕性介質(zhì)，混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能較低，在干濕交替以及地下水壓高的特殊環(huán)境下，腐蝕作用加快。

1.3 巖溶空洞及坍塌影響：施工過(guò)程中，洞身附近可能存在未揭露的巖溶空洞，隧道建成后，隨著地下水通道的調(diào)整，部分巖溶空洞可能坍塌或重新填充;另外，施工過(guò)程中部分段落曾發(fā)生塌方或超挖過(guò)大，雖施工進(jìn)行回填、注漿等加固措施，但在隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中因圍巖壓力的重新調(diào)整使得襯砌受壓不均，產(chǎn)生裂縫。

1.4質(zhì)量缺陷原因：

1.4.1 二次襯砌混凝土厚度不足，背后存在空洞、不密實(shí)等現(xiàn)象。隧道建成后，地下水需重新尋找新的排泄通道，在應(yīng)力釋放和地下水的作用下，圍巖可能產(chǎn)生松弛荷載，增大襯砌壓力，導(dǎo)致襯砌開(kāi)裂及滲水。

1.4.2 襯砌混凝土強(qiáng)度偏低，混凝土內(nèi)部孔隙率過(guò)大，抗?jié)B性較差。

1.4.3 局部段落襯砌厚度不足，未完全按設(shè)計(jì)要求設(shè)置鋼筋，初支未設(shè)置鋼架，結(jié)構(gòu)承載能力降低。

1.4.4 仰拱開(kāi)挖深度與設(shè)計(jì)不符、基底混凝土不密實(shí)、局部存在虛渣等。

1.4.5 排水盲溝堵塞或部分環(huán)向、縱向、橫向排水盲溝連接不牢固，排水不暢，導(dǎo)致襯砌后水壓上升或基底長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài)。

2 主要流程

機(jī)電設(shè)施遷改 → 樁號(hào)復(fù)核 → 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置 → 空洞掃描標(biāo)記 → 瓦斯引排及監(jiān)測(cè) → 初支加固 → 仰拱拆換 → 二襯拆換 → 其他裂縫處治 → 路面機(jī)電恢復(fù)。

3 重點(diǎn)工藝

3.1監(jiān)控量測(cè)

病害處治期間須通過(guò)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的分析和判斷，對(duì)支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測(cè)，并據(jù)此制定相應(yīng)的施工措施，以確保洞室周邊巖體的穩(wěn)定以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

3.1.1 監(jiān)控量測(cè)主要為洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)，其必測(cè)項(xiàng)目主要有：二襯及初期支護(hù)狀態(tài)觀測(cè)、水平收斂及拱頂下沉觀測(cè)、仰拱隆起觀測(cè)、周邊位移觀測(cè)。

3.1.2 監(jiān)控量測(cè)應(yīng)與初支注漿加固同步進(jìn)行，貫穿于初支加固、仰拱拆換、二襯拆換全過(guò)程。

3.2瓦斯引排及監(jiān)測(cè)

該隧道為高瓦斯隧道，經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)，瓦斯可能聚集于二襯混凝土背后，尤其是二襯背后空洞位置。故在對(duì)初支進(jìn)行注漿打孔加固前，應(yīng)進(jìn)行瓦斯引排及監(jiān)測(cè)。

3.2.1 掃描二襯混凝土背后空洞并標(biāo)記。

3.2.2 在空洞段落的兩側(cè)拱腳先行鉆孔，并采用空壓機(jī)單側(cè)壓入空氣，逐步向空洞附近打孔并通風(fēng)，始終對(duì)另一側(cè)的孔口采用瓦檢儀進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè);打孔采用注水鉆桿。

3.2.3 隧道進(jìn)行內(nèi)混合通風(fēng)（射流風(fēng)機(jī)、斜井豎井、橫通、局扇）。

3.3初支加固

因二襯混凝土大面積開(kāi)裂，故考慮圍巖應(yīng)力突破初支承載極限。為確保二襯混凝土拆除后的初支（圍巖）穩(wěn)定，故在二襯混凝土拆除前采用注漿小導(dǎo)管對(duì)二襯背后圍巖徑向注漿加固。

3.3.1 注漿時(shí)縱向應(yīng)由下坡方向向上坡方向進(jìn)行，橫向應(yīng)先注邊墻孔、兩側(cè)孔、再注拱頂孔。

3.3.2 注漿過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)密觀察襯砌狀況，若發(fā)現(xiàn)襯砌有異常、變形、開(kāi)裂或已有裂紋有加速發(fā)育趨勢(shì)等，應(yīng)立即停止注漿，并調(diào)整處治方案。

3.3.3 控制注漿壓力，防止過(guò)度注漿造阻塞既有排水通道，避免積水重新尋找并建立其他通道，進(jìn)而對(duì)未出現(xiàn)病害的段落造成后續(xù)影響。

3.3.4 注漿小導(dǎo)管應(yīng)在二襯混凝土外預(yù)留足夠的長(zhǎng)度，壓漿完畢后，將露出的錨桿彎折成一定的角度，同時(shí)與既定切割工縫互不影響;在切割及鑿除的過(guò)程中，利用錨桿對(duì)已切割成獨(dú)立單元的二襯混凝土起到一定的懸吊作用，防止在切割、鑿除過(guò)程中發(fā)生不受控制的坍塌。

3.4仰拱拆換

病害段仰拱拆換應(yīng)先于二襯拆換進(jìn)行。仰拱拆換完畢后再拆換二襯，可以為二襯混凝土（及臺(tái)車模板）提供堅(jiān)實(shí)基底，防止二襯混凝土澆筑完畢后變形開(kāi)裂。

3.4.1 實(shí)施半幅同側(cè)開(kāi)挖、跳槽分段開(kāi)挖，預(yù)留施工通道的同時(shí)，也為另一側(cè)洞內(nèi)交通事故應(yīng)急救援提供通道。

3.4.2 仰拱每次拆除長(zhǎng)度不宜超過(guò) 5.0m，拆除時(shí)應(yīng)從高程高處往低處進(jìn)行，并設(shè)置臨時(shí)集水坑，及時(shí)抽排積水，避免長(zhǎng)期浸泡基底基巖。

3.4.3 仰拱混凝土拆除后，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)及開(kāi)挖后的實(shí)際情況，采用 I18 及以上型鋼鋼架對(duì)拱墻凝土進(jìn)行支頂（型鋼縱向間距≤ 50cm，型鋼高度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定），防止二襯失穩(wěn)。

3.4.4 仰拱拆除時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，必要時(shí)增加型鋼橫撐或鎖腳錨桿等臨時(shí)防護(hù)措施。

3.4.5 拆除段仰拱施工中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土澆筑工藝，澆筑仰拱及仰拱回填混凝土前，應(yīng)先做好兩端既有不拆除段的刷毛處理，同時(shí)按要求做好施工縫的防水處理。邊墻加深段，原邊墻底應(yīng)進(jìn)行刷毛處理，確?，F(xiàn)澆邊墻與原有邊墻底的密貼，不得留有空洞或縫隙。

3.5二襯混凝土拆換

仰拱強(qiáng)度達(dá)到要求后，拆換病害段二襯混凝土。

3.5.1 采用液壓墻鋸切割法進(jìn)行拆除，采用鋼筋混凝土重新澆筑（腐蝕段采用 C45 抗硫酸鹽鋼筋水泥混凝土）。

3.5.2 拆除按照“先拱后墻、邊拆邊換、先加固后拆換”“先支后破、縱向分段、環(huán)向分塊”的原則，采用機(jī)械破除的方式進(jìn)行。

3.5.3 每 6m左右設(shè)置一個(gè)拆除單元，拆除前對(duì)拆除段兩端采用Ⅰ20 環(huán)向臨時(shí)鋼拱架進(jìn)行鎖定每次縱向破除長(zhǎng)度不超過(guò) 2m，待縱向 6m 全部拆除完成后一次澆筑新的二襯混凝土。

3.5.4 拱墻混凝土拆除應(yīng)從處治段中部往兩端拆除，當(dāng)拆除作業(yè)接近兩端不拆除段時(shí)，應(yīng)在分界處解除縱向 0.5～1.0m 范圍內(nèi)的襯砌，斷開(kāi)兩端銜接，避免拆除時(shí)對(duì)不拆除段產(chǎn)生牽引作用。

3.5.5 拆除后應(yīng)對(duì)初支進(jìn)行檢查、修復(fù)，內(nèi)容主要包括是否開(kāi)裂、變形、侵限及鋼架完整性等。

3.5.6 拆除區(qū)域應(yīng)警戒，禁止一切人員進(jìn)入;拆除設(shè)備操作人員（設(shè)備操作室）應(yīng)始終置于環(huán)向臨時(shí)鋼拱架下。

3.5.7 縱向分段切割時(shí)，應(yīng)控制切縫角度和切割深度。

3.5.8 車行橫通交叉口處受力結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，拆除此段落二襯混凝土?xí)r應(yīng)進(jìn)一步縮短縱向單次破除長(zhǎng)度，破除混凝土后及時(shí)采用臨時(shí)鋼拱架對(duì)初支進(jìn)行支撐加固;進(jìn)一步縮短二襯恢復(fù)縱向長(zhǎng)度。

3.6注意事項(xiàng)

3.6.1 為消除或降低隧址區(qū)腐蝕性水可能帶來(lái)的后續(xù)影響，病害處治過(guò)程應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)防排水設(shè)施的布置，對(duì)地下水按“以疏排為主、以堵為輔”的原則進(jìn)行整治。排水管宜采用大直徑HDPE管，可以有效抗腐蝕、抗結(jié)晶體附著。另建議適當(dāng)增加檢查井的數(shù)量，便于后期開(kāi)展檢查維護(hù)。

3.6.2 混凝土地材及施工用水的選擇應(yīng)遠(yuǎn)離該山系，基本技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求執(zhí)行。

3.6.3 施工過(guò)程中必須落實(shí)好各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求、嚴(yán)格控制施工質(zhì)量;整治段處治后不得出現(xiàn)襯砌滲漏水和襯砌開(kāi)裂等現(xiàn)象，否則，將可能再次誘發(fā)侵蝕現(xiàn)象。

3.6.4 整治施工時(shí)，由混凝土專業(yè)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制，并在施工過(guò)程中，由質(zhì)量控制方抽取試樣進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)混凝土耐久性關(guān)鍵參數(shù)（抗腐蝕和抗?jié)B性能）重點(diǎn)控制。

3.6.5 含腐蝕性介質(zhì)的軟巖膨脹軟化周期長(zhǎng)、長(zhǎng)期發(fā)展變化規(guī)律復(fù)雜，為保障隧道運(yùn)營(yíng)期襯砌結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，建議開(kāi)展隧道圍巖、襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及環(huán)境水變化的長(zhǎng)期監(jiān)控工作。

3.6.6 混凝土恢復(fù)過(guò)程中應(yīng)注意預(yù)留、預(yù)埋機(jī)電設(shè)施安裝孔洞及支架。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)營(yíng)高速公路隧道病害處治，應(yīng)本著“安全第一、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行”的總體原則，需要運(yùn)營(yíng)方關(guān)注社會(huì)影響、施工安全、交通安全、工期效益等諸多方面的因素。由于隧道工程具有一定隱蔽性，處治過(guò)程中應(yīng)做到“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工”，組建強(qiáng)大的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，針對(duì)客觀實(shí)際，及時(shí)調(diào)整施工工藝。整治完成后，應(yīng)加強(qiáng)隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員的培訓(xùn)，科學(xué)的開(kāi)展隧道養(yǎng)護(hù)管理工作，避免“重建設(shè)、輕養(yǎng)護(hù)”的思想，對(duì)隧道病害應(yīng)做到“早發(fā)現(xiàn)、早處理”，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物的使用壽命，從而帶來(lái)較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：于占強(qiáng) ，學(xué)歷：本科，高級(jí)工程師。