隧道襯砌厚度極嚴(yán)重不足施工整治方法探討

高 濤 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司寧波工務(wù)段

某隧道病害主要表現(xiàn)為襯砌厚度極嚴(yán)重不足，局部出現(xiàn)襯砌混凝土剝離（圖1）。拱腰處對(duì)剝離段進(jìn)行面積約0.8 m2～1.0 m2鑿除拓寬排查，該處襯砌厚度不足5 cm，襯砌混凝土內(nèi)部僅僅設(shè)置單層鋼筋。鑿孔探測，圍巖極破碎，夾雜黃色沙粒，有少量水滲出。初期支護(hù)鋼拱架及噴射混凝土結(jié)構(gòu)較完整，隧道二次襯砌混凝土較密實(shí)無疏松，強(qiáng)度保持較好。該段襯砌混凝土平均厚度僅10 cm 左右，并且臨近拱部范圍襯砌厚度僅為3 cm～5 cm，臨近隧道拱頂處二次襯砌存在局部脫空，敲擊時(shí)明顯有空音。經(jīng)多次排查發(fā)現(xiàn)，隧道病害范圍縱向約8 m，環(huán)向約6 m。

圖1 隧道病害位置示意圖

1 施工方法

1.1 病害處二襯內(nèi)輪廓測量

對(duì)已經(jīng)探明的病害范圍，沿縱向方向向兩端個(gè)延伸3 m，采用全站儀測量現(xiàn)有二襯結(jié)構(gòu)的凈空尺寸。根據(jù)量測結(jié)果，確定臨時(shí)鋼拱架的半徑，并進(jìn)行臨時(shí)鋼拱架的加工。每節(jié)鋼拱架長度為1.8 m-2.2 m。

1.2 臨時(shí)鋼架支撐（圖2）

圖2 臨時(shí)鋼拱架示意圖

為確保施工安全，施工中需采取臨時(shí)鋼架支撐。臨時(shí)鋼架采用工20 a，間距每米1 榀，鋼架半徑根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測隧道襯砌內(nèi)輪廓擬定。臨時(shí)鋼架底部焊接200 mm×200 mm 的鋼墊板，支承于隧道溝槽蓋板面上，施工中應(yīng)確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)固。臨時(shí)鋼架在隧道邊墻部分采用ф20 植筋固定，植筋深度不小于30 cm，環(huán)向間距40 cm，植筋采用A 級(jí)膠。為增加鋼架穩(wěn)定性，隧道邊墻部分臨時(shí)鋼架設(shè)置Φ22 縱向連接筋，環(huán)向間距1.0 m。

1.3 隧道拱部周邊圍巖徑向注漿

為改善隧道襯砌背后圍巖狀況，以提高襯砌背后圍巖的自穩(wěn)和自承能力，在臨時(shí)鋼架支撐后，對(duì)病害地段的隧道拱部周邊圍巖進(jìn)行5 m 徑向注漿加固。注漿管采用Φ42 mm 壁厚3.5 mm鋼花管，間距1.5 m×1.5 m，梅花型布置。

在管口安設(shè)灌漿嘴，從低到高灌注注漿材料注漿采用純水泥漿，水灰比0.5：1～1：1.5，注漿壓力：初壓為0.2 MPa～0.3 MPa，終壓為1.0 MPa～1.5 MPa。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓后穩(wěn)定10 min，可結(jié)束注漿。封孔作業(yè)：停泵后立即封閉孔口閥門，拆卸和清洗管路，割除外露鋼管，待漿液凝固后用塑膠泥封堵孔口，保證封孔后結(jié)構(gòu)不滲水、漏水。

隧道軸線分左右逐段壓注，由兩端向中央，由低處向高處依次注漿；注漿是一項(xiàng)連續(xù)作業(yè)，不得任意停泵，以防堵塞管路（圖3）。

圖3 隧道注漿孔布置圖

1.4 侵限初期支護(hù)更換

1.4.1 原初支鋼拱架置換

鋼拱架置換與二襯混凝土重筑采取分區(qū)作業(yè)方式，將病害區(qū)域沿縱向每4 m 劃分一個(gè)作業(yè)區(qū)域，每個(gè)作業(yè)區(qū)域分A、B、C 三個(gè)作業(yè)單元進(jìn)行施工。先施做A 單元，待澆筑混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后在施做C 單元，C 單元澆筑的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再施做B單元（圖4）。

圖4 分區(qū)作業(yè)示意圖

先根據(jù)鉆探結(jié)果首先在A 作業(yè)單元內(nèi)每榀侵限初期支護(hù)鋼拱架左右兩側(cè)10 cm 處用切割機(jī)切縫，用電鉆或風(fēng)鎬將范圍內(nèi)的混凝土鑿除，然后將原鋼拱架分段割除。采用弧形靠尺確定二襯欠挖厚度，將欠厚圍巖鑿除至設(shè)計(jì)深度。清理圍巖表面，噴射5 cm的混凝土封閉掌子面，以確保圍巖穩(wěn)定。對(duì)于接觸網(wǎng)吊柱基座等特殊構(gòu)件部位，2 m 范圍內(nèi)的混凝土不得隨意鑿除，若影響到施工，及時(shí)反饋設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場確認(rèn)，制定專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案。在原鋼拱架割除的端部焊接連接板，用螺栓將置換鋼拱架與原鋼拱架連接在一起。安裝置換鋼拱架時(shí)應(yīng)自下而上應(yīng)分段連接。然后鉆設(shè)錨栓，鋪設(shè)10 cm×10 cm 鋼筋網(wǎng)片，將鋼筋網(wǎng)片與錨栓和鋼拱架焊接咋一起，噴射20c m混凝土。因天窗時(shí)間較短，在鑿除混凝土?xí)r應(yīng)均勻鑿除，且必須保證同一里程處的鋼拱架的置換必須在一個(gè)天窗點(diǎn)內(nèi)完成。置換的鋼拱架間的二襯用鋼帶與錨栓加以保護(hù)。

1.4.2 鑿除缺陷混凝土及欠挖圍巖

同一作業(yè)區(qū)內(nèi)連續(xù)更換3 榀鋼拱架后，拆除作業(yè)區(qū)內(nèi)的鋼帶，鑿除混凝土至原設(shè)計(jì)輪廓。鑿除混凝土應(yīng)自下而上均勻鑿除，圍巖鑿除至原設(shè)計(jì)輪廓線每鑿除1.5 m×1.5 m，應(yīng)立即對(duì)圍巖噴射5 cm 的混凝土，封閉掌子面，然后在鑿除其他混凝土，依次進(jìn)行。鑿除混凝土?xí)r，缺口應(yīng)內(nèi)寬外窄，形成倒梯形，對(duì)于新澆筑混凝土有夾持作用。切口表面應(yīng)粗糙，但結(jié)構(gòu)應(yīng)致密，不得留有松散、氣泡、裂隙等，混凝土切口四周鑿毛標(biāo)準(zhǔn)為凹凸差不小于6 mm 的粗糙面。全部鑿除后，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片噴射20 cm 的混凝土。掛網(wǎng)噴射混凝土必須在一個(gè)天窗時(shí)間內(nèi)完成。

1.4.3 修補(bǔ)、恢復(fù)隧道二襯防排水系統(tǒng)

在開鑿過程中做好防水板、土工布的保護(hù)，對(duì)于靠近防水板的混凝土，操作規(guī)范，采用小型切割機(jī)開鑿，確保外漏的防水板完整，無破損，否則，擴(kuò)大開鑿范圍，直到露出完整的防水板為止。

露出防水板與新鋪設(shè)的防水板采用專用的電熱融器進(jìn)行焊接連接，局部損壞的及時(shí)補(bǔ)焊修復(fù)，新鋪設(shè)的防水板松緊合適，密貼至圍巖面，但不能過緊。每根錨栓在靠近防水板與二襯內(nèi)側(cè)外包一道遇水膨脹止水條，避免錨栓起到流水引排作用。

1.5 混凝土澆筑

1.5.1 植筋

在二次襯砌中部環(huán)、縱向植入Φ16 的螺紋鋼，環(huán)、縱向間距20 cm，植入深度按30 cm、50 cm 交替布置。植筋采用A 級(jí)錨固劑錨固。如二次襯砌內(nèi)存在完好鋼筋，可利用既有鋼筋，確保澆筑混凝土與鋼筋有效粘結(jié)，連接牢固。

1.5.2 安裝錨栓

利用臨時(shí)鋼架作為支撐，在臨時(shí)鋼架上鋪設(shè)模板，結(jié)合二次襯砌鋼筋和錨栓和鋼帶對(duì)模板進(jìn)行固定。錨栓采用Φ 16螺紋鋼錨栓，間距環(huán)向縱向40 cm，嵌入巖石不小于40 cm。錨栓必須進(jìn)行張拉試驗(yàn)，確保拉拔力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1.5.3 涂刷混凝土界面劑

為了有效增強(qiáng)新舊混凝土之間的粘結(jié)力，沿新舊混凝土結(jié)合部，涂刷混凝土界面劑。界面劑是由水泥等無機(jī)膠凝材料、填料、聚合物膠粉和相關(guān)的外加劑組成的粉狀物。具有高黏結(jié)力，優(yōu)秀的耐水性、耐老化性，使用時(shí)按一定比例摻水?dāng)嚢枋褂谩?/p>

1.5.4 模板安裝

在襯砌表面鋪設(shè)模板，混凝土開鑿量超出1.5 m 1.5 m 的面積，采用鋼模板，鋼模板上需設(shè)置接地，接地鋼筋采用Φ16的螺紋鋼，接地鋼筋與每塊鋼模板采用雙面焊接，焊接牢固可靠，并接入隧道溝槽內(nèi)的縱向接地鋼筋或接地端子。也可以參照隧道內(nèi)接觸網(wǎng)接地方式，接地鋼筋間隔一定距離用鋼卡固定在隧道二次襯砌的混凝土表面上。

1.5.5 澆筑混凝土

通過灌料孔灌入C30 微膨脹自密實(shí)混凝土，混凝土現(xiàn)場按照設(shè)計(jì)配合比，采用滾筒式拌合機(jī)機(jī)械拌制，應(yīng)具有較好的流動(dòng)性。在砼灌注前，由專業(yè)技術(shù)人員及監(jiān)理工程師，對(duì)于混凝土的質(zhì)量做好過程檢測工作。采用插入式震搗器搗固，充分回填鑿開的孔洞及二襯脫空不密實(shí)部位。封口模板做特殊設(shè)計(jì)，在靠近拱頂位置預(yù)留30×30 孔洞，該處設(shè)活動(dòng)板，利用孔洞澆筑最后的混凝土，封口處預(yù)埋直徑25 mm 的注漿管，待混凝土強(qiáng)度上升后對(duì)孔洞未澆筑密實(shí)部位進(jìn)行壓力注漿。

針對(duì)同一模筑砼地點(diǎn)，需利用多個(gè)封鎖點(diǎn)進(jìn)行分段施工的處所，必須采用穩(wěn)妥的臨時(shí)封堵措施，防止未凝固的砼掉落。錨栓安裝、防排水恢復(fù)、結(jié)構(gòu)鋼筋植入、拉拔試驗(yàn)完成后，安裝整體模板，采用錨栓鋼筋、結(jié)構(gòu)鋼筋緊拉模板，同時(shí)模板背面采用Φ22 螺紋鋼環(huán)向做受力筋，5 cm 的方木做橫向結(jié)構(gòu)加固，錨栓、結(jié)構(gòu)筋、背拉鋼筋、橫向方木相互焊接、螺栓連接組成了模板固定的受力組合體系。

1.5.6 回填注漿、拆除模板

為了進(jìn)一步提高新澆筑混凝土密實(shí)性，確保澆筑的二次襯砌混凝土厚度符合要求，通過預(yù)留注漿孔進(jìn)行注漿?；靥钭{壓力不大于0.2 MPa，水比比為0.5：1。待注漿完成1 h后，拆除模板，根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，承重模板在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，方可拆除模板，一般是混凝土澆筑完成14天以后，具體拆模時(shí)間按照同條件試塊的強(qiáng)度而定。模板轉(zhuǎn)移必須由專人盯控，不得隨意堆放在施工臺(tái)架上，不得拋擲，每拆除一塊，立即調(diào)運(yùn)至地面，確保施工安全。

1.5.7 混凝土表面打磨

二襯全部施做完畢后對(duì)新澆筑的混凝土表面打磨處理，在新混凝土表面并向既有混凝土四周延伸100 cm 范圍內(nèi)刮涂水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料二遍，且涂抹厚度不應(yīng)小于2 mm（圖5）。

圖5 隧道二次襯砌鑿槽、植筋、嵌補(bǔ)示意圖

1.5.8 設(shè)置邊墻排水槽

為防止病害地段修復(fù)后出現(xiàn)隧道拱部及邊墻滲漏水，在病害段隧道邊墻設(shè)置邊墻排水槽，設(shè)置間距3 m～5 m。具體方法如下：

沿環(huán)向方向，采用切割機(jī)切割成內(nèi)寬外窄的倒梯形水槽，內(nèi)寬13 cm、外寬10 cm、深度10 cm的倒梯形排水槽。 在切割完成的排水槽內(nèi)安裝Φ100 半圓形塑膠管，確保流水順暢。采用射釘結(jié)合金屬鋼卡，將Φ100 半圓形塑膠管固定，鋼卡沿塑膠管方向50 cm每道。

清水沖洗排水槽，且將松動(dòng)的混凝土及時(shí)鑿除，確保排水槽無雜物、無碎碴，按照配合比拌制防水堵漏劑，粉料：水為1：0.4，攪拌均勻。放置片刻，待手捏略有硬感時(shí)，灰刀填入槽內(nèi)，并用力擠壓，輕砸表面使其向內(nèi)部及四周壓緊、擠實(shí)。

先按照配合比對(duì)于材料進(jìn)行稱量，粉料：水=1：0.4 的比例，將稱量好的水倒入攪拌桶，開啟攪拌器，邊攪拌邊倒入防水涂料，攪拌均勻。涂刷基面要牢固、干凈、平整，不滲水面必須充分潤濕至飽和但不能積水，采用抹子或刮板多遍涂抹（至少兩遍），每遍用料不應(yīng)小于1.5 kg/m2，成膜約0.9 mm～1.1 mm。上一遍涂層硬化后（手壓不留指紋），將其噴濕（但不能積水），再進(jìn)行下一遍施工，直至達(dá)到規(guī)定的涂層厚度（不小于2.0 mm）。涂抹時(shí)要稍用勁并來回多次使其密實(shí)，同時(shí)注意搭接。

待最后一道涂層硬化后，馬上進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)2～3天。養(yǎng)護(hù)方式可主要為噴水（圖6）。

圖6 隧道邊墻排水槽設(shè)置示意圖

2 結(jié)束語

二襯厚度極嚴(yán)重不足段通過臨時(shí)鋼架支撐，圍巖徑向注漿加固，初期支護(hù)鋼架置換，二次襯砌鑿槽、植筋、嵌補(bǔ)等措施進(jìn)行綜合整治。有效解決存在的安全隱患，確保了行車安全。