現(xiàn)役隧道滲漏水病害綜合處治技術(shù)研究
——以波紋鋼套襯加固為例

肖誠繽，賈 瑩，李昆田，楊志勇

(四川省交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，四川 成都 610047)

0 前 言

巖溶地區(qū)修筑隧道，由于地理環(huán)境的特殊性，總會(huì)產(chǎn)生各類隧道病害[1]，其中隧道滲水病害，在各種隧道危害里是最為常見的[2-3]。一般巖溶地區(qū)的地下水含有腐蝕性離子，當(dāng)襯砌中的鋼筋和洞內(nèi)的其他設(shè)備接觸地下水時(shí)會(huì)加速隧道結(jié)構(gòu)的破損[4-5]，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危害到隧道整體的穩(wěn)定性，危害隧道內(nèi)各種設(shè)備，同時(shí)縮短隧道工作壽命[6-7]。

1 工程概況與技術(shù)原理

1.1 工程概況

華鎣山隧道位于滬蓉高速公路廣安至鄰水段，為分離式特長隧道，左線長4 705.95 m，右線長4 705.95 m，2000年12月建成通車 。本次華鎣山隧道右線病害處治設(shè)計(jì)主洞采用隧道施工樁號(hào)，區(qū)段為YK35+122～YK35+162(40 m)，車行橫通道樁號(hào)恢復(fù)按下行端為小樁號(hào)，上行端為大樁號(hào)，5號(hào)車行橫通道(30 m)區(qū)段為HK0+000～HK0+030。華鎣山隧道右線主洞YK35+122～YK35+162(40 m)襯砌病害主要為滲水病害。2020年9月22日～23日進(jìn)行專項(xiàng)檢查。檢測區(qū)段內(nèi)雷達(dá)檢測結(jié)果顯示，襯砌背后空洞1 處，位于左邊墻測線，總長3.8 m，隧道出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，滲水位置幾乎為全斷面滲水，水流從施工縫、小模板縫流出，呈噴射狀。兩端施工縫滲水水量較大，主要集中在拱頂至左側(cè)拱腰3.5 m 高度處；襯砌兩側(cè)拱腳均鉆有泄水孔，左側(cè)泄水孔無水，右側(cè)有部分泄水孔水量較大。故需對(duì)滬蓉高速公路華鎣山隧道右線5 號(hào)加寬帶與車行橫通道(30 m)滲漏水病害進(jìn)行處治施工。

1.2 技術(shù)原理

根據(jù)工程所出現(xiàn)的病害問題，為消除襯砌起層剝落的安全隱患，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)所需剛度和受力后的變形，提出了波紋鋼套襯加固滲水隧道施工方案(見圖1)。其施工要點(diǎn)為：①在波紋鋼套襯施工前，首先將原稱砌進(jìn)行鑿毛處理，并抹壓一道防水砂漿，可提高隧道的防水性；②在波紋鋼套襯背后注漿，腳部施作鎖腳錨桿，可提高波紋鋼與原襯砌的受力協(xié)同作用；③在襯砌較破碎位置施工錨栓，進(jìn)一步提高波紋套襯的整體受力能力；④波紋鋼套施工完成后新增排水設(shè)施，保證后期排水正常進(jìn)行。波紋鋼套襯左側(cè)墻角連接示意圖如圖2所示。

圖1 波紋鋼套襯加固施工設(shè)計(jì)圖

圖2 波紋鋼套襯左側(cè)墻角連接示意圖(1∶10)

2 工藝流程與操作要點(diǎn)

2.1 工藝流程(見圖3)

圖3 現(xiàn)役隧道滲漏水病害波紋鋼套襯加固綜合處治

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 施工前準(zhǔn)備

1)機(jī)電設(shè)施遷移與保護(hù)。遷移原結(jié)構(gòu)上影響施工的機(jī)電設(shè)施、管線以及其他障礙。

2)襯砌表面處理。對(duì)二次襯砌表面的內(nèi)裝飾及防火涂料進(jìn)行鑿除，再對(duì)二次襯砌表面進(jìn)行鑿毛處理，露出混凝土新鮮面；鑿毛深度0.6～1.0 cm，鑿毛面積5 cm×5 cm的范圍內(nèi)不少于1點(diǎn)，以保證注漿料與原二襯的良好結(jié)合。

3)裂縫或滲漏水處治。對(duì)襯砌裂縫及滲漏水采用注射法進(jìn)行處治，施作邊墻泄水孔及施工縫接水盒，然后全斷面涂刷防水涂料并抹壓防水砂漿。

圖4 襯砌清理

4)隧道二襯波紋鋼板加固材料準(zhǔn)備。波紋鋼板加工前應(yīng)對(duì)加固段落的襯砌內(nèi)輪廓進(jìn)行復(fù)測，以確定實(shí)際波紋鋼板的尺寸參數(shù)，避免出現(xiàn)因波紋鋼尺寸與內(nèi)輪廓不符導(dǎo)致無法安裝或侵限情況。波紋鋼板采用5 mm厚低合金鋼板壓制加工成型，波高為140 mm，波距為380 mm，材質(zhì)不低于Q345，波紋鋼板應(yīng)經(jīng)過熱浸鍍鋅防腐蝕處理，鍍鋅量不小于700 g/m2。在每片A2、A3、A4、A5 波紋鋼板上預(yù)制一處注漿孔，錨栓孔應(yīng)按設(shè)計(jì)尺寸在工廠預(yù)制。

2.2.2 襯砌表面處理

對(duì)二次襯砌表面的內(nèi)裝飾及防火涂料進(jìn)行鑿除，再對(duì)二次襯砌表面進(jìn)行鑿毛處理，露出混凝土新鮮面。

2.2.3 錨栓安裝

在需安裝錨固錨栓的位置用記號(hào)筆標(biāo)作出記號(hào)；用沖擊鉆鉆孔，待孔位鉆至設(shè)計(jì)深度并干燥后清除孔內(nèi)灰渣，清理后至錨栓安裝前需保持干凈、干燥。清孔檢驗(yàn)合格后，均勻注入膠黏劑隨即安裝錨栓。

圖5 錨栓成孔

2.2.4 拼裝波紋鋼板

根據(jù)板材的受力特征，在既有襯砌內(nèi)表面不同標(biāo)高處施作臨時(shí)植筋用于后期拼裝波紋鋼板吊裝使用，植筋深度不小于20 cm，單根植筋拉拔力不小于5.0 kN。

在加寬帶拱部90°范圍內(nèi)施作M20 膠粘-模擴(kuò)底錨栓連接原二襯結(jié)構(gòu)與波紋鋼板，環(huán)向間距1.2 m，縱向間距1.52 m，錨固深度不小于20 cm，膠粘劑應(yīng)采用A 級(jí)膠，其性能應(yīng)滿足《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》(GB 50728—2011)中的各項(xiàng)指標(biāo)。

波紋鋼板現(xiàn)場拼裝時(shí)應(yīng)遵循從兩側(cè)邊墻至拱部的順序，一般采用兩側(cè)同步安裝方式進(jìn)行拼裝，必要時(shí)采用撬棍校正，以確保螺栓、錨栓孔位準(zhǔn)確對(duì)正。

每環(huán)波紋鋼拼裝完成后，應(yīng)先檢查波紋鋼套襯線形，若滿足要求時(shí)，再用定扭氣動(dòng)扳手預(yù)定扭矩緊固所有螺栓。車行橫通道處波紋鋼板在拼裝完成后應(yīng)按原設(shè)計(jì)車行橫通道內(nèi)輪廓進(jìn)行切割，開口處采用5 mm 厚鋼板密封。

圖6 波紋鋼套襯安裝

2.2.5 波紋鋼套襯墻腳-植筋施工

植筋施工前應(yīng)清除原構(gòu)件表面的塵土、浮漿、污垢、油漬、原有涂裝、抹灰層或其他飾面層。隨后進(jìn)行界面處理，并按要求標(biāo)定植筋位置。 鉆孔后清孔需滿足要求，并進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)，隨后注入植筋膠并立即插入鋼筋，直至達(dá)到規(guī)定的深度。

2.2.6 施作鎖腳錨桿

波紋鋼板拼裝完成后，在波紋鋼套襯兩側(cè)電纜溝頂部位置對(duì)稱施作3 m長φ32砂漿錨桿，在電纜溝頂部按與波紋鋼表面垂直方向施作，縱向間距為76 cm。

2.2.7 灌注微膨脹水泥砂漿

波紋鋼拼裝完成及錨桿施作完成后，從預(yù)留的注漿孔向波紋鋼板背后灌注M30微膨脹水泥砂漿，其抗?jié)B等級(jí)應(yīng)達(dá)到P12。

注漿采取拱腳至拱頂?shù)捻樞?，水平、?duì)稱、分層、連續(xù)進(jìn)行灌注，每層灌注高度50 cm，下一層灌注時(shí)，注漿管深入上一層水泥漿內(nèi)10 cm左右，確保水泥漿灌注飽滿密實(shí)。灌注至拱頂部位時(shí)，注漿機(jī)穩(wěn)壓5 min。注漿后過30 min后再補(bǔ)漿一次，若滲漿嚴(yán)重，可補(bǔ)漿2～3次。

為提高微膨脹水泥砂漿的自防水性能，應(yīng)在拌和時(shí)外加水泥基滲透結(jié)晶型材料，摻量為0.8 km/m3。

在灌注過程中應(yīng)充分振搗，保證鋼架與原二次襯砌間隙填充密實(shí)，待微膨脹混凝土施工完成后立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于7 d。同時(shí)按規(guī)范要求留置試塊并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，作為質(zhì)量評(píng)定的依據(jù)。

2.2.8 新增排水設(shè)施

在加寬帶路面層開槽增設(shè)φ200 橫向排水支管，與隧道軸線呈45°夾角。橫向排水支管選用的型號(hào)為纏繞結(jié)構(gòu)壁管材PE B DN/ID 200 SN16。施工前應(yīng)測量兩側(cè)電纜溝底部與排水邊溝底部高程，確保電纜溝內(nèi)積水可通過橫向排水支管匯入路側(cè)縱向排水邊溝。應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)間距布置排水支管，以避免第二期排水設(shè)施施工開挖時(shí)破壞本期施作的橫向排水支管。

2.2.9 恢復(fù)重建電纜溝

電纜溝蓋板采用C25 鋼筋混凝土預(yù)制，預(yù)制時(shí)頂面應(yīng)做標(biāo)記，防止安裝時(shí)蓋板倒置。電纜溝側(cè)壁與底板采用C25 氣密性混凝土現(xiàn)澆，澆筑時(shí)應(yīng)預(yù)留路面橫向排水支管的孔位，便于后期管道安裝。

在加寬帶大樁號(hào)盡頭處，應(yīng)在兩側(cè)電纜溝內(nèi)部分別設(shè)置兩面高25 cm 的矮墻，阻止積水沿電纜溝排放。

2.2.10 機(jī)電設(shè)施管線

1)施工時(shí)盡量避開隧道內(nèi)照明燈具位置。在隧道加固施工前，建議將既有的隧道設(shè)備電纜、隧道兩側(cè)的金屬線槽及照明配電電纜先行拆除，并妥善保管。

2)隧道加固工程施工完畢后，重新恢復(fù)金屬線槽及電纜。隧道加固處治施工前應(yīng)對(duì)加固處治范圍內(nèi)相關(guān)隧道機(jī)電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并按隧道機(jī)電系統(tǒng)組成進(jìn)行分類，其中不須拆除的應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，以免在加固處治中發(fā)生損壞；可以移出的移出處治段落安裝在處治范圍外；對(duì)于必須拆除的進(jìn)行分門別類拆除，在隧道加固處治完成后應(yīng)一一恢復(fù)。

3 材料與設(shè)備

3.1 材 料

3.1.1 波紋鋼

1)波紋鋼板采用5 mm 厚低合金鋼板進(jìn)行壓制加工成型，材質(zhì)不低于Q345，波紋鋼板應(yīng)經(jīng)過熱浸鍍鋅防腐蝕處理，鍍鋅量不小于700 g/m2。

2)波紋鋼板采用工廠預(yù)制方法，加工前應(yīng)對(duì)加固段落的襯砌內(nèi)輪廓進(jìn)行復(fù)測，以確定實(shí)際波紋鋼板的尺寸參數(shù)，避免出現(xiàn)因波紋鋼尺寸與內(nèi)輪廓不符導(dǎo)致無法安裝或侵限情況。

3)在每片A2、A3、A4、A5波紋鋼板上預(yù)制一處注漿孔，錨栓孔應(yīng)按設(shè)計(jì)尺寸在工廠預(yù)制。

3.1.2 膨脹水泥

其抗?jié)B等級(jí)應(yīng)達(dá)到P12并滿足表1 的各項(xiàng)指標(biāo)。

表1 膨脹水泥指標(biāo)

3.2 設(shè) 備

主要設(shè)備機(jī)具如表2所示。

表2 主要設(shè)備機(jī)具表

4 質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)；《公路隧道設(shè)計(jì)手冊》 (2012 年5 月第一版)；《公路隧道加固技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5440—2018)；《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)；《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)；《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB 50108—2008)。

4.2 質(zhì)量控制措施

1)根據(jù)板材的受力特征，在既有襯砌內(nèi)表面不同標(biāo)高處施作臨時(shí)植筋用于后期拼裝波紋鋼板吊裝使用，植筋深度不小于20 cm，單根植筋拉拔力不小于5.0 kN。

2)在加寬帶拱部90°范圍內(nèi)施作M20膠粘-模擴(kuò)底錨栓連接原二襯結(jié)構(gòu)與波紋鋼板，環(huán)向間距1.2 m，縱向間距1.52 m，錨固深度不小于20 cm，膠粘劑應(yīng)采用A級(jí)膠，其性能應(yīng)滿足《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》(GB 50728—2011)表4.2.2-3中的各項(xiàng)指標(biāo)。

3)波紋鋼板現(xiàn)場拼裝時(shí)應(yīng)遵循從兩側(cè)邊墻至拱部的順序，一般采用兩側(cè)同步安裝方式進(jìn)行拼裝，必要時(shí)采用撬棍校正，以確保螺栓、錨栓孔位準(zhǔn)確對(duì)正。

4)波紋鋼板應(yīng)落腳至電纜溝底部，并與墻腳墊腳槽鋼焊接牢固，槽鋼與電纜溝底面之間采用植筋連接。

5)在波紋鋼套襯兩側(cè)電纜溝頂部位置對(duì)稱施作3 m長φ32砂漿錨桿進(jìn)行鎖腳，沿隧道縱向間距76 cm，單根錨桿抗拔力不低于50 kN，砂漿強(qiáng)度等級(jí)不低于M20，錨桿端頭螺母與波紋鋼間應(yīng)焊接牢固。

6)波紋鋼板間環(huán)向、縱向接頭均采用內(nèi)法蘭連接方式，在每片波紋鋼板端部焊接5 mm厚鋼板。

7)錨桿孔、導(dǎo)水管孔(邊墻泄水孔)采用現(xiàn)場切割方式進(jìn)行加工。

9)每環(huán)波紋鋼拼裝完成后，應(yīng)先檢查波紋鋼套襯線形，若滿足要求時(shí)，再用定扭氣動(dòng)扳手預(yù)定扭矩緊固所有螺栓。

10)車行橫通道處波紋鋼板在拼裝完成后應(yīng)按原設(shè)計(jì)車行橫通道內(nèi)輪廓進(jìn)行切割，開口處采用3 mm 厚堵頭鋼板密封。堵頭鋼板一側(cè)與波紋鋼板焊接牢固，另一側(cè)通過M20膠粘-模擴(kuò)底錨栓錨固于車行橫通道襯砌上。

11)嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量和規(guī)格，對(duì)材料有疑問時(shí)，應(yīng)加大試驗(yàn)檢測的抽檢頻率。

12)套襯施作時(shí)宜采用專用支架或簡易臺(tái)車的搭設(shè)措施。

5 結(jié) 語

滬蓉高速公路華鎣山隧道滲水病害采用本文闡述的加固綜合處治施工方法，首先對(duì)隧道周圍管線進(jìn)行遷移及保護(hù)并進(jìn)行防水砂漿施作，隨后進(jìn)行波紋管加固拼裝，施工時(shí)采用的波紋鋼板具有施工工期短、工程造價(jià)低、綠色環(huán)保、適應(yīng)變形能力強(qiáng)、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在波紋套管內(nèi)設(shè)置注漿填充及頂部錨栓，通過試驗(yàn)分析可知波紋套管在錨栓和注漿填充的共同約束作用下，結(jié)構(gòu)的受力最小，同時(shí)本施工方式有效減少了后期維修費(fèi)用，綜合成本低，最終取得較好的質(zhì)量效果和經(jīng)濟(jì)效益。該施工方式施工過程簡單，有效保證了綠色施工質(zhì)量，節(jié)省了大量的工程成本，環(huán)保性強(qiáng)，施工完成后維修效果較好，相對(duì)其他處治施工方式而言具有較好的綜合效益。

[ID：013816]