某隧道二襯混凝土掉塊病害檢測(cè)及應(yīng)急處治

徐洪彬,宋文超,周 明,李 鵬

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的大力發(fā)展，公路隧道工程不斷增加。但隧道地質(zhì)條件復(fù)雜多變，受設(shè)計(jì)和施工技術(shù)條件的限制，以及運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)管理不合理等因素的影響，隧道病害不斷出現(xiàn)，甚至發(fā)生二襯混凝土掉塊現(xiàn)象，直接威脅到隧道內(nèi)行人和行車安全。目前我國(guó)相當(dāng)比例的公路隧道處于病害發(fā)育的亞健康狀態(tài)，隧道養(yǎng)護(hù)維修的任務(wù)相當(dāng)繁重。公路隧道病害應(yīng)急檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)處治技術(shù)對(duì)于保障隧道運(yùn)營(yíng)安全、降低社會(huì)影響意義重大。

1 二襯混凝土掉塊事故簡(jiǎn)介

我國(guó)某公路隧道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中拱頂二襯混凝土發(fā)生掉塊，面積約33 m2，環(huán)向最長(zhǎng)約為5.8 m，縱向最長(zhǎng)約為7 m，掉落混凝土體積估約13.2 m3，砸落在隧道瀝青路面上。事故發(fā)生后，運(yùn)營(yíng)管養(yǎng)單位立即委托專業(yè)檢測(cè)單位對(duì)二襯混凝土掉塊區(qū)段進(jìn)行應(yīng)急檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行應(yīng)急處治設(shè)計(jì)。

2 二襯混凝土掉塊段病害檢測(cè)

2.1 檢測(cè)方案

根據(jù)混凝土掉塊段病害情況及相關(guān)規(guī)范[1]要求，對(duì)發(fā)生襯砌混凝土掉塊位置一模襯砌（里程樁號(hào)為K5+981～K5+990）縱向9 m 長(zhǎng)度范圍進(jìn)行應(yīng)急檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目及內(nèi)容如表1 所示。

表1 檢測(cè)項(xiàng)目及內(nèi)容

2.2 混凝土掉塊處特征調(diào)查結(jié)果

（1）掉塊區(qū)域位于拱頂，面積約33 m2，環(huán)向最長(zhǎng)約為5.8 m，縱向最長(zhǎng)約為7 m，掉落混凝土估約13.2 m3，位于一?；炷羶?nèi)。

（2）已掉塊混凝土厚度約為30～50 cm，斷裂面有明顯顏色分界，為土黃色和灰白色（灰白色為新斷裂混凝土顏色）。

（3）掉塊區(qū)域肉眼可見(jiàn)單層鋼筋，位于襯砌內(nèi)側(cè)（靠圍巖側(cè)），裸露環(huán)向鋼筋17 根，縱向構(gòu)造鋼筋11 根，其中3 根縱筋被拉斷。

2.3 襯砌內(nèi)鋼筋檢測(cè)結(jié)果

掉塊段落原設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)圍巖，二襯采用雙層鋼筋，環(huán)向主筋直徑B22，間距20 cm；縱向構(gòu)造筋直徑B14，間距25 cm。鋼筋間距實(shí)測(cè)結(jié)果為：

（1）環(huán)向主筋最小間距22.0 cm，最大間距41.5 cm，平均間距33.1 cm。

（2）縱向構(gòu)造鋼筋最小間距40.5 cm，最大間距71.8 cm，平均間距54.03 cm。

2.4 二襯厚度及背后空洞檢測(cè)結(jié)果

原設(shè)計(jì)二襯厚度為50 cm，檢測(cè)結(jié)果顯示，共有7 個(gè)厚度代表值不滿足設(shè)計(jì)要求，最小襯砌厚度為39 cm。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 二次襯砌掉塊段厚度檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)敲擊拱頂殘留混凝土發(fā)現(xiàn)背后存在空洞，位于兩?；炷潦┕たp處。在三處防水板露出部位驗(yàn)證，防水板后空洞深度最大為16.0 cm。

2.5 襯砌強(qiáng)度

該次在襯砌邊墻及掉塊混凝土分別進(jìn)行取芯抗壓檢測(cè)，2處混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 襯砌混凝土強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)表

2.6 凈空斷面檢測(cè)

混凝土掉塊段共檢測(cè)3 個(gè)凈空斷面。檢測(cè)結(jié)果顯示：實(shí)測(cè)斷面均未侵入設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1～3。

圖1 K5+985 凈空斷面圖

3 病害原因綜合分析

根據(jù)襯砌掉塊段應(yīng)急檢測(cè)結(jié)果，現(xiàn)將病害產(chǎn)生原因總結(jié)如下：

3.1 襯砌混凝土存在施工界面

襯砌掉塊段二襯混凝土斷裂面有明顯顏色分界，為土黃色和灰白色（灰白色為新斷裂混凝土顏色），二次襯砌混凝土存在不連續(xù)澆筑施工界面?？赡転槭┕み^(guò)程中二襯澆筑完后脫模過(guò)早，造成襯砌混凝土局部掉塊，單層鋼筋位置形成脫離面，施工單位未進(jìn)行有效結(jié)構(gòu)修補(bǔ)，襯砌整體性差。

3.2 襯砌施工質(zhì)量缺陷

襯砌掉塊段襯砌內(nèi)鋼筋設(shè)計(jì)為雙層鋼筋，混凝土掉塊區(qū)域?yàn)閱螌愉摻睿椅挥谝r砌內(nèi)側(cè)（靠圍巖側(cè)）。環(huán)向、縱向主筋間距過(guò)大，不滿足設(shè)計(jì)要求。該段襯砌拱頂背后存在空洞。二次襯砌鋼筋布設(shè)不規(guī)范以及襯砌拱頂背后空洞，不利于隧道結(jié)構(gòu)受力。

3.3 地形、地質(zhì)條件

該段圍巖為粉砂質(zhì)泥巖，巖質(zhì)軟弱，且該段地面地形陡緩交界，地下水易沿層面滲入隧道，不利的地形、地質(zhì)條件以及地下水的作用對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)具有一定影響。

3.4 多次地震對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響

該項(xiàng)目完工后周邊地區(qū)曾發(fā)生多次地震，如2013 年4 月20 日蘆山地震（7.0 級(jí)）、2019 年6 月17 日宜賓長(zhǎng)寧地震（6.0 級(jí)）等，頻繁發(fā)生的地震對(duì)隧道結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定影響，進(jìn)一步削弱了該處二次襯砌的整體性。

圖2 K5+988 凈空斷面圖

圖3 K5+989 實(shí)測(cè)凈空斷面圖

綜合以上因素分析，襯砌混凝土施工質(zhì)量是導(dǎo)致襯砌掉塊的主要原因。二次襯砌混凝土由于存在上下不連續(xù)的澆筑施工界面，且該界面位于單層鋼筋網(wǎng)附近，上下部分混凝土結(jié)合差，在地下水、圍巖的長(zhǎng)期反復(fù)作用及地震的誘導(dǎo)作用下，襯砌承受荷載增大，上部混凝土無(wú)法提供足夠的連接力，下部混凝土連接邊緣破裂，導(dǎo)致襯砌混凝土掉塊。

4 二襯混凝土掉塊段病害處治措施

根據(jù)隧道掉塊成因和特征，考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及安全、公路隧道運(yùn)營(yíng)壓力及工期要求，通過(guò)多方溝通及綜合比選，本著“安全經(jīng)濟(jì)、方案合理、施工便捷”的原則，決定采用輕軌+噴射混凝土套襯+邊墻鋼管樁加固，襯砌掉塊位置采用單層鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土嵌補(bǔ)方案。

襯砌混凝土掉塊段的主要處治方案及措施詳見(jiàn)表4及圖4、圖5，各處治措施施工工藝及質(zhì)量要求如下：

表4 二襯混凝土掉塊段處治措施

圖4 襯砌嵌補(bǔ)設(shè)計(jì)圖

圖5 套襯設(shè)計(jì)圖

4.1 套拱加固

（1）套拱加固段處治工序必須按“防火涂料鑿除→二襯表面清潔與鑿毛→對(duì)局部?jī)?nèi)空富余不足的位置，適當(dāng)鑿除→布設(shè)輕軌→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴C30 混凝土形成套襯”的施工順序，逐步逐項(xiàng)完成。

（2）原二襯表面鑿毛并涂刷混凝土界面劑，鑿毛面積5×5 cm 的范圍內(nèi)不少于1 點(diǎn)，保證新舊混凝土的良好結(jié)合。

（3）套襯拱腳必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施作，確保輕軌落腳牢固可靠。

4.2 邊墻鋼管樁

（1）鋼管樁施工工序：鉆孔→清孔（清除積水和虛碴等）→插入鋼管、鋼筋籠（居中）→振動(dòng)密實(shí)灌入細(xì)骨料混凝土。應(yīng)作試驗(yàn)樁檢查以上工序的有效性和樁的質(zhì)量。

（2）鋼管應(yīng)先在管壁上開(kāi)孔，開(kāi)孔直徑為A20，豎向間距20 cm，120°螺旋布設(shè)。確保灌漿時(shí)水泥砂漿能填充管壁與孔壁的間隙。

（3）鋼管下放成功后采用C30 細(xì)骨料混凝土（最大粒徑＜1.5 cm）進(jìn)行灌注，孔口采用注漿膠球或編織袋封閉。

4.3 襯砌掉塊嵌補(bǔ)

（1）施工工序?yàn)椋杭茉O(shè)18 kg/m 輕軌→清除原襯砌有掉塊風(fēng)險(xiǎn)混凝土→掉塊處植入單層鋼筋網(wǎng)→分層噴混凝土修補(bǔ)原襯砌→邊墻處施作A42 泄水孔→預(yù)埋A50 半剖PVC 軟管將地下水引排至電纜溝內(nèi)→進(jìn)行下一步套襯結(jié)構(gòu)施作。

（2）襯砌掉塊嵌補(bǔ)前應(yīng)先清除原襯砌有掉塊風(fēng)險(xiǎn)襯砌混凝土，并采用階梯切割方式使既有襯砌與噴射混凝土接縫面垂直于襯砌結(jié)構(gòu)軸線。

（3）鋼筋網(wǎng)應(yīng)插入原襯砌混凝土中30 cm，采用植筋膠連接?？繃鷰r內(nèi)側(cè)既有鋼筋間距過(guò)大或鋼筋掉落位置應(yīng)加密布設(shè)鋼筋并與原鋼筋采用A10 箍筋綁扎連接，保證兩層鋼筋間距。

4.4 背后注漿填充

（1）注漿管長(zhǎng)度以穿過(guò)套拱和二襯厚度適當(dāng)長(zhǎng)度進(jìn)入脫空部位為準(zhǔn)，應(yīng)避免破壞原有防水系統(tǒng)；

（2）采用水泥砂漿填充空洞，水灰比0.8 ∶1～1 ∶1，水泥和砂的比率為1 ∶0.5。

（3）采取低壓注漿充填方式，當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.1 MPa并穩(wěn)定5 min 以上即可結(jié)束該孔注漿。

5 結(jié)語(yǔ)

該處治工程在大量收集隧道原設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)開(kāi)展了全面的應(yīng)急檢測(cè)，對(duì)襯砌混凝土掉塊原因進(jìn)行了有效分析，并及時(shí)制定了切實(shí)可行的處治方案，保證處治工程快速有效實(shí)施，迅速恢復(fù)交通，減小了社會(huì)影響，經(jīng)處治施工后圍巖及隧道結(jié)構(gòu)恢復(fù)穩(wěn)定，處治效果良好。