隧道二次襯砌全環(huán)拆除技術(shù)

趙洪克

(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東 兗州 272100)

1 工程概況

某隧道全長(zhǎng)14 684 m，進(jìn)出口里程分別為DK53+731.0、DK68+415.0，最大埋深約739.5 m。本隧道進(jìn)口-DK52+463.56位于右偏曲線(xiàn)上，曲線(xiàn)半徑4 500 m，其它段位于直線(xiàn)上。隧道穿越巖層以凝灰?guī)r為主，施工重點(diǎn)是穿越不良地質(zhì)段。

2 二次襯砌質(zhì)量缺陷及原因分析

隧道DK68+318-DK68+330段圍巖為Ⅲ級(jí)，襯砌類(lèi)型為Ⅲa，二次襯砌為素混凝土結(jié)構(gòu)，二次襯砌設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度為C35，長(zhǎng)12 m、厚40 cm，斷面凈寬13.06 m，凈高9.87 m。

該段二次襯砌混凝土達(dá)到56 d齡期后，采用回彈檢測(cè)和取芯驗(yàn)證的檢測(cè)手段全斷面驗(yàn)證混凝土的強(qiáng)度，每板二次襯砌邊墻回彈檢測(cè)8個(gè)測(cè)區(qū)，拱腰回彈檢測(cè)8個(gè)測(cè)區(qū)，拱頂回彈檢測(cè)4個(gè)測(cè)區(qū)，檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。二次襯砌出現(xiàn)混凝土強(qiáng)度不足的原因?yàn)椋?/p>

(1)減水劑穩(wěn)定性差，混凝土到現(xiàn)場(chǎng)泵送一段時(shí)間后，坍落度損失大，出現(xiàn)了混凝土在罐車(chē)內(nèi)不易排出狀況?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員沒(méi)有按程序?qū)⒒炷练嫡咎幚恚阶栽诂F(xiàn)場(chǎng)加水，導(dǎo)致混凝土離析、骨料分離，局部強(qiáng)度不足。

(2)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝存在問(wèn)題：臺(tái)車(chē)原本設(shè)計(jì)時(shí)分倉(cāng)入模系統(tǒng)為4排，現(xiàn)場(chǎng)工人圖省事，只用了2排，導(dǎo)致混凝土?xí)谙铝峡诙逊e，堆積后采用插入式振動(dòng)棒進(jìn)行引流，因二次襯砌鋼筋較密集，導(dǎo)致在混凝

圖1 二次襯砌混凝土回彈檢測(cè)結(jié)果(單位：m)

土流動(dòng)過(guò)程中，骨料存在分離，甚至在下料口附近混凝土過(guò)振，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足。

(3)混凝土振搗未按要求進(jìn)行，局部存在過(guò)振或漏振的情況，臺(tái)車(chē)上的平板振動(dòng)器未有效發(fā)揮其作用，振動(dòng)時(shí)間過(guò)短。

(4)混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，混凝土施工后未按規(guī)范要求時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。

3 二次襯砌全環(huán)拆換關(guān)鍵技術(shù)

該板二次襯砌兩端的襯砌均已施工完成，采用傳統(tǒng)的爆破技術(shù)進(jìn)行全環(huán)整板拆除，會(huì)造成兩側(cè)二次襯砌及初支的擾動(dòng)而容易破壞。全環(huán)拆除該板二次襯砌施工難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高，本工程采用機(jī)械鑿除的方法進(jìn)行全環(huán)拆除，整板劃分區(qū)域、機(jī)械蜂窩狀鑿除，大大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和二次破壞。

3.1 施工縫處開(kāi)槽

首先以二次襯砌兩端環(huán)向施工縫為分界線(xiàn)，距離環(huán)向施工縫0.4 m進(jìn)行開(kāi)槽，槽寬40 cm，槽深6 cm。為提高二次襯砌全環(huán)拆除施工效率，靠近縱向施工縫及環(huán)向施工縫80 cm區(qū)域的位置采用電錘進(jìn)行鑿除，其他區(qū)域的部分采用破碎錘進(jìn)行鑿除。

采用電鉆梅花型進(jìn)行打孔，孔徑1.4 cm，孔深40 cm，打孔深度至初支面。二次襯砌在140°范圍內(nèi)環(huán)向間距15 cm，其他位置環(huán)向間距30 cm，縱向間距20 cm，二次襯砌最終打孔形狀呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)。邊打孔邊拆除，從內(nèi)向外分段打孔?？孜徊贾萌鐖D2所示。

圖2 打孔鑿除孔位布置(單位：m)

3.2 從拱頂起拆除

二次襯砌全環(huán)拆除需劃區(qū)域，分塊分段鑿除，首先從拱頂拆除[1]，拆除面積為縱向不大于100 cm、環(huán)向以每個(gè)蜂窩點(diǎn)為一環(huán)，不斷剝離鑿除。拱頂鑿除應(yīng)左右對(duì)稱(chēng)，避免因左右不平衡造成局部開(kāi)裂。拆除順序如3所示。

圖3 拆除順序

拆除至矮邊墻時(shí)，為提高工作效率，縱向拆除控制在300 cm范圍內(nèi)，環(huán)向控制在60 cm范圍內(nèi)，分段逐層大塊拆除。

3.3 防護(hù)措施

中心水溝及仰拱填充面采用16 mm厚鋼板進(jìn)行覆蓋防護(hù)；隧道施工電力線(xiàn)采用碎石裝袋對(duì)風(fēng)水管進(jìn)行防護(hù)，電線(xiàn)穿過(guò)?108 mm鋼管放入水溝電纜槽內(nèi)，上面鋪蓋沙袋進(jìn)行防護(hù)處理。拆除過(guò)程中，注意對(duì)施工縫位置的止水帶和防水板進(jìn)行保護(hù)[2]，防水板預(yù)留長(zhǎng)度不小于0.2 m。

3.4 監(jiān)控量測(cè)

3.4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

監(jiān)控量測(cè)斷面布設(shè)反光片測(cè)點(diǎn)(5 cm×5 cm)，布設(shè)時(shí)先用電錘在初支混凝土上鉆孔，用錘子將監(jiān)測(cè)元件砸入鉆孔中，使得監(jiān)測(cè)元件頂端露出初支面 7 cm。 測(cè)點(diǎn)預(yù)埋件務(wù)必埋設(shè)牢固，應(yīng)向鉆孔倒入錨固劑，加固測(cè)點(diǎn)，使其與初支結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合[3]。觀測(cè)元件埋設(shè)如圖4所示。

圖4 隧道觀測(cè)標(biāo)志埋設(shè)

隧道拱頂拆除1 m2左右后，首先在拱頂布置一處監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行觀測(cè)；拆除到140°范圍處，需在拱腰左右兩側(cè)各布置一處監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)；該板二襯拆除共布置5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每天進(jìn)行監(jiān)測(cè)，頻率為次/4 h。當(dāng)拱頂下沉、水平收斂速率≥5 mm/d 時(shí)，由項(xiàng)目部組織施工現(xiàn)場(chǎng)分析原因并停止施工，采用?529 mm螺旋管進(jìn)行豎向支撐。監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)縱向間距為5 m/個(gè)，第一個(gè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)距離施工縫1 m處。

3.4.2 沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析[4]

隧道二襯在拆除拱頂至140°部位過(guò)程中，拱頂存在應(yīng)力重分布，拱頂最大沉降約2 mm；第5 d之后繼續(xù)拆除拱腰至邊墻部位的二襯混凝土，拱頂沉降和拱腰收斂數(shù)據(jù)達(dá)到最大，因采用分區(qū)域蜂窩鑿除的工藝，沉降速率均在合理范圍內(nèi)；第15 d后繼續(xù)拆除邊墻部位，沉降觀測(cè)幾乎趨于穩(wěn)定；第20 d隧道二襯拆除已全部完成，拆除完成后5 d內(nèi)沉降觀測(cè)有所變化，但變化不明顯；第25 d后沉降觀測(cè)已趨于穩(wěn)定。拆除二次襯砌過(guò)程中初支面的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)

3.5 主體鋼筋修復(fù)

3.5.1 鋼筋保護(hù)及恢復(fù)

鑿除過(guò)程中對(duì)既有鋼筋進(jìn)行保護(hù)，盡量保留原有的鋼筋，采用除銹劑除銹，若銹蝕嚴(yán)重，綁扎新的鋼筋對(duì)既有鋼筋進(jìn)行替換，鋼筋搭接長(zhǎng)度必須滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.5.2 主體鋼筋植筋

拆除二次襯砌混凝土后，應(yīng)對(duì)施工縫進(jìn)行鑿毛處理，并清洗干凈，對(duì)損壞的接茬鋼筋采用植筋膠進(jìn)行植筋，確保新舊混凝土接縫良好，并在原設(shè)計(jì)施工縫止水帶的基礎(chǔ)上增加止水條，確保防排水效果。接茬鋼筋布置如圖6所示。

圖6 接茬鋼筋布置(單位：cm)

3.6 防排水系統(tǒng)恢復(fù)

隧道初支進(jìn)行拱頂沉降和邊墻收斂監(jiān)測(cè)，沉降穩(wěn)定后，鋪掛防水板和土工布。拆除舊混凝土后，應(yīng)將新舊混凝土接縫處涂刷界面劑，并在縱向施工縫和環(huán)向施工縫設(shè)置一條寬2 cm的遇水膨脹止水條，改善防水性能。

環(huán)向施工縫和縱向施工縫處預(yù)留40 cm的部位采用人工鑿除，新舊防水板搭接長(zhǎng)度不小于20 cm，采用TH520三焊縫增強(qiáng)爬焊機(jī)進(jìn)行搭接焊接，防水板個(gè)別損壞的部位采用熱風(fēng)焊槍進(jìn)行補(bǔ)焊。

4 質(zhì)量控制措施

(1)對(duì)整治措施中使用的材料應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，杜絕不合格產(chǎn)品，并按照材料要求進(jìn)行堆放、使用等，以保證整治工程的質(zhì)量。

(2)二次襯砌鑿除后，重點(diǎn)對(duì)施工縫的處理和防排水的設(shè)置進(jìn)行重點(diǎn)檢查，確保施工縫不得存在松散的混凝土，澆筑混凝土前對(duì)施工縫進(jìn)行濕潤(rùn)，做好防排水加強(qiáng)措施。

(3)拆除混凝土要保證一次處理到位，特別注意施工縫處防水板、鋼筋的搭接質(zhì)量，不留下新的隱患。

(4)混凝土鑿除時(shí)注意保護(hù)既有防水板、止水帶，對(duì)損壞的防水板、止水帶進(jìn)行重新修復(fù)、焊接，確保防水板及止水帶的性能。

5 安全控制措施

(1)拆除環(huán)向順序從拱頂開(kāi)始分段向邊墻進(jìn)行拆除，一旦發(fā)生異常，應(yīng)立即采取臨時(shí)鋼管加強(qiáng)支承等應(yīng)急措施，以保安全。

(2)施工過(guò)程中應(yīng)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)施工安全，每道工序作業(yè)必須有專(zhuān)職安全員在現(xiàn)場(chǎng)值班，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)撤離作業(yè)人員，防止意外事故的發(fā)生。

(3)在襯砌拆換、鑿槽等破除施工過(guò)程中，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)必須設(shè)置防墜物等安全警示標(biāo)識(shí)，并在作業(yè)范圍拉安全警戒線(xiàn)，禁止閑雜人員進(jìn)入施工區(qū)域[5]。

(4)破碎錘擋風(fēng)玻璃上部采用鋼板進(jìn)行防護(hù)，確保施工安全。

(5)二次襯砌混凝土拆除作業(yè)時(shí)，在該板二襯兩端20 m處各設(shè)置一道降塵帷幕，防止灰塵對(duì)洞內(nèi)空氣污染的擴(kuò)散，并采取通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，抽排該段洞內(nèi)空氣中的粉塵濃度，確保施工人員身體健康。

(6)拆除二次襯砌處小里程端采用碎石袋攔截水溝電纜槽，待水沉淀后排放。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)隧道二次襯砌混凝土強(qiáng)度問(wèn)題，采用回彈檢測(cè)和取芯驗(yàn)證相結(jié)合的檢測(cè)手段，針對(duì)不同的缺陷類(lèi)型，劃分不同的缺陷等級(jí)，制定不同的缺陷處理方案。實(shí)踐證明，本工程采用拆除方案技術(shù)可行，二次傷害小，可用于類(lèi)似工程。