雞照隧道二襯結(jié)構(gòu)病害原因分析與處治措施研究

龍曉毅

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

隨著我國交通基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，大量公路隧道經(jīng)長時間運營后，出現(xiàn)二襯開裂、滲漏水以及掉塊等質(zhì)量問題[1]。二襯病害的產(chǎn)生是由多種因素相互作用的結(jié)果[2-3]，如受到二襯施工質(zhì)量、圍巖強度、地下水作用等因素的影響[4]。本文以廈蓉高速公路雞照隧道為例，針對隧道出現(xiàn)的各類二襯病害問題，分析其原因，并提出相應(yīng)的處治措施，研究成果可為其他隧道二襯病害處治提供參考。

1 工程概況

廈蓉高速公路雞照隧道為雙洞四車道分離式長隧道，長2 215 m，于2010年建成通車運營。根據(jù)原設(shè)計詳勘資料及施工圖設(shè)計文件，隧道穿越區(qū)位于構(gòu)造隆升低山工程地質(zhì)區(qū)，山體近南北走向，地勢總體北低南高；隧道與山脊近于直交，沿隧道軸向山體兩側(cè)低、中部高；隧道進口地形較緩，坡腳約為22°，隧道出口地形亦較緩，坡腳約為35°。

隧址區(qū)有產(chǎn)狀為85°∠75°的斷層通過，斷層產(chǎn)狀在泥盆系泥質(zhì)粉砂巖中，地貌上山脊鞍部呈線狀分布。斷層呈南北走向，向東傾，屬正斷層。斷層破碎帶寬20～30 m，為碎裂巖，斷距7～27 m。隧道ZK175+100～ZK175+132段、YK175+165～YK175+185段與該斷層正交，對該隧道洞室圍巖穩(wěn)定性影響較大。

2 隧道新增病害情況及原因分析

2.1 隧道新增病害基本情況

雞照隧道已于2017年2～6月進行了病害處治，處置范圍為左洞ZK175+420～ZK175+940(長520 m)與右洞YK175+560～YK175+980(長420 m)，重建了部分仰拱與二襯。2021-03-19，日常檢查發(fā)現(xiàn)雞照隧道處治段落內(nèi)部分二襯產(chǎn)生5處新增裂縫病害，且最嚴(yán)重的拱腳變形位置有發(fā)育現(xiàn)象，變形幅度逐步增大。具體病害位置如表1所示。

表1 雞照隧道新增病害位置及狀況分析表

2.2 二襯新增病害表現(xiàn)

(1)YK175+820～YK175+841段左側(cè)邊墻在2017年處治時未更換二襯，僅更換仰拱，完成后于舊二襯邊墻的拱腳處抹約2 cm厚砂漿層保持外觀。2021年4月調(diào)查時，因拱墻沉降不均，此砂漿層已開裂，形成30 m長貫穿縱向裂縫。

(2)YK175+970～YK175+985段左側(cè)邊墻拱腳起層、剝落。根據(jù)隧道施工資料顯示，在2010年雞照隧道新建施工時，YK175+970～YK175+985段左側(cè)邊墻的初支與二襯施工質(zhì)量較差，混凝土強度過低，部分混凝土可用手捏碎，二襯厚度不足，且內(nèi)部鋼筋等結(jié)構(gòu)材料缺失，導(dǎo)致整個初支與二襯質(zhì)量較差。2017年對雞照隧道進行病害處治時，此處二襯并未發(fā)現(xiàn)病害，因此未對此處二襯進行更換，僅更換了仰拱，并在兩側(cè)拱腳處打鎖腳鋼管注漿加固。2021年4月調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該二襯拱腳混凝土因質(zhì)量差破裂剝落，二襯厚度最薄處僅10 cm，無防水層，二襯混凝土含水率較高，劣化嚴(yán)重，二襯鋼筋缺失嚴(yán)重。

(3)ZK175+770～ZK175+790段右側(cè)邊墻縱向裂縫。2017年處治時，ZK175+770～ZK175+790段右側(cè)邊墻未更換二襯，僅更換仰拱，二襯邊墻的拱腳處抹約2 cm厚砂漿層保持外觀。目前因拱墻沉降不均，此砂漿層已開裂，形成20 m長縱向裂縫，且在左側(cè)拱腰處發(fā)現(xiàn)輕微錯臺等問題。

(4)ZK175+790～ZK175+830段左側(cè)邊墻段在2017年隧道病害處治時未更換二襯，僅更換仰拱，完成后于舊二襯邊墻的拱腳處抹約2 cm厚砂漿層保持外觀。此處位于仰拱更換段落與舊路的交界處，目前因拱墻沉降不均，此砂漿層已開裂，形成20 m長縱向裂縫，同時ZK175+805處拱腰位置局部隆起。

2.3 隧道新增病害原因機理分析

隧道病害是在地形地貌、巖土體條件和斷層等不利條件的綜合作用下產(chǎn)生的，其病害的發(fā)展往往呈現(xiàn)初期較慢、中后期病害發(fā)育速度顯著加快的特點。雞照隧道于2010年建成通車，經(jīng)過7年運營，隧道出現(xiàn)較嚴(yán)重的隧道病害，如襯砌開裂、二襯劣化、滲漏水等問題，于2017年對該隧道病害進行處治，2021年日常巡查發(fā)現(xiàn)多處新增二襯結(jié)構(gòu)病害，歸納原因如下：

(1)施工原因。根據(jù)相關(guān)施工資料，新增二襯病害地段的初支與二襯施工質(zhì)量較差，混凝土強度過低，部分混凝土可用手捏碎，結(jié)構(gòu)層厚度不足，鋼筋等結(jié)構(gòu)材料缺失，二襯出露部分未見防水板，導(dǎo)致整個初支與二襯質(zhì)量較差，加之受斷層等不良地質(zhì)條件影響，二襯加速劣化。

(2)不良地質(zhì)條件。隧道新增病害段基巖為弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，局部偶夾泥灰?guī)r，巖質(zhì)較堅硬，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理多為張節(jié)理。同時受隧址區(qū)斷層影響，隧道新增病害位置(ZK175+100～ZK175+132段、YK175+165～YK175+185段)與該斷層正交，對該隧道洞室圍巖穩(wěn)定性影響較大。受溝谷地形地下水的影響，隧道病害進一步加劇。

(3)前期處治范圍不到位。YK175+820～YK175+841段左側(cè)邊墻、YK175+970～YK175+985段左側(cè)邊墻、ZK175+770～ZK175+790段右側(cè)邊墻、ZK175+790～ZK175+830段左側(cè)邊墻段等地段目前開裂嚴(yán)重，前期處治過程中由于二襯開裂問題不嚴(yán)重，只更換仰拱，二襯表面僅采用抹漿處理，未對裂縫地段進行進一步安全性評價，隨著二襯裂縫加速發(fā)育，導(dǎo)致二襯結(jié)構(gòu)性病害進一步加劇。

3 病害處治設(shè)計以及處治效果

3.1 隧道病害處治設(shè)計方案

(1)對于拱腳變形、剝落的YK175+970～YK175+985段左側(cè)邊墻，其二襯厚度嚴(yán)重不足，二襯劣化十分嚴(yán)重，已經(jīng)在前期治理中采取鑿除整個二襯至初支部分(仰拱及鎖腳鋼管已經(jīng)在前期治理中使用，不做處理)仰拱及鎖腳鋼管的方案，此次采取重新施工初支、防水層和重新裝模澆筑邊墻二襯的方案，于新舊混凝土處植筋連接，植筋長度為40 cm，如圖1所示。二襯鑿除段重新澆筑，施工期應(yīng)根據(jù)裂縫實際情況進行現(xiàn)場分塊，并嚴(yán)格控制每次鑿除長度，鑿除前應(yīng)做好臨時保固措施，在換拱、襯砌拆除段前后3 m設(shè)置Ⅰ20工字鋼鋼支撐，間距為0.5 m，采用φ22 mm鋼筋縱向連接。

圖1 二襯拆除臨時支護布置平面圖

圖2 粘貼鋼帶布置平面圖(cm)

(2)對于寬度<0.2 mm，深度較淺的縱、斜向二襯裂縫進行表面封閉處理，裂縫寬度>0.2 mm時，采用壓力灌漿法灌注處理。二襯裂縫灌膠密封后，對YK175+820～YK175+841段左邊墻、ZK175+770～ZK175+790段右邊墻和ZK175+790～ZK175+820段左邊墻等處的斜向裂縫及縱向裂縫部位采用粘貼鋼板進行加固，粘貼鋼板采用Q345鋼帶(50 cm×370 cm，間距50 cm)，鋼帶外表面應(yīng)進行防銹處理。鋼帶與隧道二襯模筑混凝土之間采用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑進行粘接，并用M24化學(xué)錨栓錨固?；瘜W(xué)錨固螺桿型號為M24 mm×300 mm，鉆孔直徑為28 mm，鉆孔深度為30 cm，單根錨固力≥100 kN。膠粘劑采用A級改性環(huán)氧樹脂膠粘劑。見圖2。

(3)施工過程中必須做好臨時排水措施，同時對于二襯重建段需加強排水措施，確保二襯不會長時間受地下水影響，以增強二襯結(jié)構(gòu)的耐久性。

3.2 隧道病害處治后效果

該隧道采用上述處治方案處理二襯病害后，后續(xù)運營期間隧道運行基本正常，未發(fā)現(xiàn)裂縫、混凝土掉塊和滲漏水等現(xiàn)象，處治效果顯著。

4 結(jié)語

本文以雞照隧道為工程背景，分析隧道新增二襯病害的主要病害形式，并結(jié)合地質(zhì)條件及施工資料，對新增二襯病害原因進行分析。病害產(chǎn)生的原因為受斷層等不良地質(zhì)條件以及施工質(zhì)量等因素影響，使隧道二襯出現(xiàn)開裂，二襯嚴(yán)重劣化等病害，且由于前期處治工作不足導(dǎo)致隧道病害進一步加劇。本次處治設(shè)計中，針對隧道不同部位的病害程度給出了合理的處治方案，如采用注漿加固、粘貼鋼板以及二襯重筑等措施進行處治，極大地提高隧道病害段的穩(wěn)定性。