高速公路運(yùn)營(yíng)隧道襯砌開(kāi)裂變形專項(xiàng)檢查

賴劉保，胡方小，陳龍桂，梁國(guó)卿

(1.杭州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310006；2.江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司，江西 南昌 330029)

1 引 言

隨著高速公路隧道服役期限的加長(zhǎng)，病害問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。本文以泉南高速公路隧道定期檢查發(fā)現(xiàn)的襯砌開(kāi)裂變形為例，介紹了開(kāi)展類似檢查項(xiàng)目的方法原理，然后對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行分析，最后分析了病害的成因。

YK474+980～990段襯砌開(kāi)裂變形位于自路面6.0～6.5 m范圍左拱腰部位，破損面積約2 m2、相對(duì)變形量約5 cm。為查明YK474+980～990段襯砌開(kāi)裂變形的成因、范圍、程度等情況，對(duì)YK474+960～YK475+010實(shí)施專項(xiàng)檢查，完整掌握病害的詳細(xì)資料，為其是否實(shí)施處治以及采用何種處治措施等提供技術(shù)依據(jù)。

2 檢查項(xiàng)目

針對(duì)此次專項(xiàng)檢查工作，首先收集了隧道設(shè)計(jì)、施工、竣工、養(yǎng)護(hù)等資料，然后采用激光斷面儀進(jìn)行了二襯橫斷面輪廓檢測(cè)，超聲回彈綜合法和鉆芯取樣進(jìn)行襯砌強(qiáng)度檢查，通過(guò)裂縫測(cè)寬儀、游標(biāo)卡尺對(duì)襯砌病害位置、范圍進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，利用探地雷達(dá)進(jìn)行了無(wú)損檢查，并對(duì)隧道洞外地表進(jìn)行了地質(zhì)調(diào)查，最后將收集資料和現(xiàn)場(chǎng)檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析整理。

2.1 資料及地質(zhì)調(diào)查

收集了隧道的施工設(shè)計(jì)文件、工程竣工圖、土建結(jié)構(gòu)經(jīng)常檢查記錄表、襯砌開(kāi)裂現(xiàn)場(chǎng)檢查記錄以及定檢報(bào)告等資料，并對(duì)隧道洞外地表環(huán)境進(jìn)了調(diào)查。

2.2 襯砌開(kāi)裂檢查

現(xiàn)場(chǎng)利用高空作業(yè)車(chē)平臺(tái)著重對(duì)隧道右洞YK474+980～990進(jìn)行了襯砌開(kāi)裂調(diào)查和檢測(cè)。檢查前需鑿除開(kāi)裂區(qū)域附近防火涂料及破損混凝土。對(duì)寬度小于2 mm的裂縫，采用混凝土裂縫測(cè)寬儀測(cè)量其寬度。對(duì)寬度大于2 mm的裂縫，則采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺直接進(jìn)行裂縫測(cè)量。

2.3 襯砌無(wú)損檢查

采用探地雷達(dá)進(jìn)行襯砌厚度、空洞等檢查。將天線與隧道襯砌表面緊密貼合，沿測(cè)線滑動(dòng)，由雷達(dá)距離輪觸發(fā)進(jìn)行快速連續(xù)采集。為保證雷達(dá)距離剖面上的各測(cè)點(diǎn)位置和隧道里程一致，儀器操作員在測(cè)量時(shí)每隔10 m打標(biāo)記。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求，選用500 mHz屏蔽天線，在邊墻和拱部共布置了9條測(cè)線，雷達(dá)測(cè)線布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 雷達(dá)測(cè)線布置示意圖

2.4 隧道橫斷面檢查

測(cè)量了隧道YK474+960、YK474+965、YK474+970、YK474+975、YK474+980、YK474+982、YK474+984、YK474+986、YK474+988、YK474+990、YK474+995、YK475+000、YK475+005、YK475+010共計(jì)14處橫斷面，并以K474+005為標(biāo)準(zhǔn)斷面對(duì)YK474+982、YK474+984、YK474+986、YK474+988、YK474+990等5處橫斷面進(jìn)行了比對(duì)，從而測(cè)得隧道結(jié)構(gòu)相對(duì)變形量。

2.5 襯砌強(qiáng)度檢查

采用超聲回彈綜合法和鉆孔取芯法進(jìn)行襯砌強(qiáng)度檢查，兩種方法如下。

(1)超聲回彈綜合法

在YK474+980～990段距左邊墻底1.3 m高處布置超聲回彈檢測(cè)區(qū)域。首先鑿除襯砌表面防火涂料，布置10個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)均為40 cm×40 cm正方形，測(cè)區(qū)內(nèi)測(cè)試16個(gè)回彈測(cè)點(diǎn)。相鄰兩測(cè)點(diǎn)的間距不小于30 mm，測(cè)點(diǎn)距構(gòu)件邊緣的距離不小于50 mm。超聲測(cè)試采用平測(cè)法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)點(diǎn)布置在回彈測(cè)試的同一測(cè)區(qū)內(nèi)，每一測(cè)區(qū)布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

(2)鉆孔取芯法

在超聲回彈測(cè)區(qū)5、測(cè)區(qū)7和測(cè)區(qū)10進(jìn)行取芯，所有芯樣按規(guī)范加工后再進(jìn)行混凝土強(qiáng)度抗壓試驗(yàn)。

3 結(jié)果分析

3.1 資料及地質(zhì)調(diào)查

通過(guò)對(duì)隧道施工設(shè)計(jì)文件、工程竣工圖整理分析，YK474+980～990段上覆圍巖分為三層，上層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，中間層為弱風(fēng)化砂巖、底層為微風(fēng)化砂巖。此段隧道橫穿底層微風(fēng)化砂巖，圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)，隧道埋深約150 m。襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)為復(fù)合式襯砌，采用φ22水泥砂漿錨桿對(duì)圍巖進(jìn)行加固，布設(shè)為φ6鋼筋網(wǎng)(焊接)25×25，濕噴10 cm厚C25混凝土初期支護(hù)，初支后預(yù)留5 cm變形量，二襯為35 cm厚的C25模筑防水混凝土。

YK474+980～990段并未處于斷層帶，隧道地表及周?chē)h(huán)境調(diào)查未發(fā)現(xiàn)山體失穩(wěn)滑坡、地表開(kāi)裂、塌陷等現(xiàn)象。

3.2 襯砌開(kāi)裂檢查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，開(kāi)裂部位可見(jiàn)防水板及土工布，并且襯砌背后脫空。初步認(rèn)為二襯施工質(zhì)量不佳，澆筑混凝土?xí)r牽扯防水板脫落，致使襯砌背后產(chǎn)生空洞。在圍巖壓力長(zhǎng)期作用下，襯砌開(kāi)裂破損。

3.3 襯砌無(wú)損檢查

距路面高5.3 m測(cè)線的典型雷達(dá)圖像如圖2所示，YK474+980～990段雷達(dá)空洞位置與襯砌開(kāi)裂檢查基本相符。雷達(dá)檢測(cè)二襯最小厚度為21 cm，最大厚度為49 cm，平均厚度為30.9 cm?，F(xiàn)場(chǎng)取芯實(shí)測(cè)厚度30 cm，小于二襯設(shè)計(jì)厚度35 cm，不滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 測(cè)線距路面高5.3 m左拱腰典型雷達(dá)圖像

3.4 隧道橫斷面檢查

選取相鄰段YK475+005的襯砌輪廓斷面為標(biāo)準(zhǔn)斷面(完好斷面)，通過(guò)與YK474+980～990范圍內(nèi)檢測(cè)斷面比較，從而得出YK474+980～990段襯砌的相對(duì)變形量大小。圖3是橫斷面YK474+984的檢查結(jié)果。

圖3 隧道橫斷面YK474+984檢查結(jié)果

將襯砌開(kāi)裂段YK474+980～990最大變形量與YK475+005標(biāo)準(zhǔn)斷面比較，其結(jié)果如下表1所示。

表1 隧道斷面最大變形量檢測(cè)對(duì)比結(jié)果

3.5 襯砌強(qiáng)度檢測(cè)

(1)超聲回彈綜合法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，得到襯砌混凝土超聲回彈檢測(cè)結(jié)果，詳見(jiàn)表2。

表2 超聲回彈綜合法檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)表2計(jì)算得到襯砌強(qiáng)度推定値，如表3所示。

表3 襯砌混凝土強(qiáng)度推定值

(2)強(qiáng)度驗(yàn)證

在左邊墻鉆孔取芯3個(gè)，并在室內(nèi)試驗(yàn)室進(jìn)行混凝土抗壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 混凝土抗壓試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》“單個(gè)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值不再進(jìn)行數(shù)據(jù)舍棄，而應(yīng)按有效芯樣試件混凝土抗壓強(qiáng)度中最小值確定”，故K474+980～990襯砌抗壓強(qiáng)度為26.4 MPa，符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3.6 綜合分析

通過(guò)襯砌開(kāi)裂檢查可知，YK474+980～ 990段自路面5.7～6.4 m范圍左拱腰襯砌開(kāi)裂變形，襯砌開(kāi)裂最小寬度1.8 mm，最大寬度70 mm。經(jīng)過(guò)雷達(dá)圖像分析，空洞范圍縱向?yàn)閅K474+980～990，環(huán)向?yàn)樽月访?.9～6.8 m范圍。隧道激光斷面儀檢測(cè)襯砌變形量為5.4～10.6 cm。采用超聲回彈檢測(cè)法測(cè)得襯砌強(qiáng)度推定值為25.1 MPa，鉆孔芯樣單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值26.4 MPa ，均大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，襯砌強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

YK474+980～990段并未處于斷層帶、破碎帶且地面及周?chē)襟w并未出現(xiàn)山體失穩(wěn)、山體開(kāi)裂等現(xiàn)象，襯砌強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)專項(xiàng)檢查發(fā)現(xiàn)，襯砌開(kāi)裂處可見(jiàn)防水板及土工布，襯砌存在空洞、厚度不滿足設(shè)計(jì)要求，斷面相對(duì)變形較大。綜合分析可判定此次病害產(chǎn)生的原因?yàn)橐r砌施工質(zhì)量不佳，混凝土澆筑過(guò)程中牽扯防水板，致使其脫落形成空洞，在圍巖壓力及襯砌自重長(zhǎng)期作用下，襯砌開(kāi)裂破損、變形。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)隧道襯砌開(kāi)裂變形進(jìn)行專項(xiàng)檢查，得出以下結(jié)論。

(1)通過(guò)資料收集、地質(zhì)調(diào)查、隧道橫斷面檢測(cè)、襯砌強(qiáng)度驗(yàn)證、無(wú)損檢測(cè)等手段進(jìn)行專項(xiàng)檢查，詳細(xì)查明了襯砌開(kāi)裂變形的成因及范圍，為隧道養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料。

(2)運(yùn)營(yíng)隧道專項(xiàng)檢查的方法種類較多，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)選擇合適的檢測(cè)方法，綜合分析后才能更準(zhǔn)確的獲得病害原因。建議做結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，分析襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)安全狀況。