運營隧道病害二襯拆換標準化施工技術研究

摘 要：高速公路運營隧道二襯結構性能退化和病害將嚴重影響隧道運營及行車安全，而隧道二襯拆換是病害處治的重要技術手段，但目前尚未形成統(tǒng)一和標準化的施工技術。為了提高運營隧道二襯拆換及病害處治效率，依托重慶某運營特長隧道修復工程，總結分析了隧道腐蝕段機械化施工二襯拆換技術，并在實際工程中對二襯拆換技術進行了應用。結果表明：運營隧道二襯拆換施工單元可分為拆除作業(yè)面、初支處理及二襯防水作業(yè)面、二襯澆筑作業(yè)面。二襯拆除施工時應分奇偶段間隔拆除，當拆除段為8 m時，間隔跳槽可設置為4 m。本文所得結論可為類似運營隧道修復工程標準化施工提供參考。

關鍵詞：運營隧道，二襯拆換，隧道病害，硫酸鹽腐蝕，支護結構

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.24.041

0 引 言

隧道結構在運營過程中由于受到人為和自然環(huán)境的影響，如地質(zhì)災害、化學侵蝕、人為破壞和交通事故等，不可避免地會導致隧道結構性能退化，嚴重威脅到結構穩(wěn)定性和行車安全。當運營隧道結構性能退化時，需要及時進行結構病害治理與修復，特別是隧道結構存在材料失效或結構失穩(wěn)時，常規(guī)的修復手段已不能滿足結構使用要求，則需要對既有結構進行拆除并建設新結構。隧道二襯作為重要的支護結構，是運營隧道病害處治和修復的主要部位，因此有必要開展運營隧道病害二襯拆換標準化施工技術研究。

近年來，國內(nèi)外學者針對隧道二襯結構的拆換技術開展了大量的研究，董曉峰[1]提出采用控制爆破方法對不合格二襯進行拆除。然而，爆破拆除主要適用于新建未運營線路的病害二襯拆除，爆破產(chǎn)生的不良效應會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，在運營高速公路中會影響臨近線路的行車安全。因此，運營隧道病害二襯拆除一般采用機械法和非炸藥爆破方法，盧國興[2]提出了基于氣體膨脹致裂和機械協(xié)同的隧道二襯拆除技術，提高了二襯拆除效率。劉繼靈等[3]通過建立三維有限元模型分析了機械法二襯拆換過程的圍巖力學特征。于占強[4]對機械法拆除二襯過程的隧道塌方機理進行了分析并提出了處治措施。夏黃鵬[5]總結分析了隧道二襯機械法拆換施工要點，提出了人工風鎬配合挖掘機的二襯拆除方法。然而，上述方法僅對二襯拆除工藝進行了介紹，在運營隧道病害二襯的拆除和置換、二襯拆換過程的多作業(yè)面施工方面尚未形成標準化施工技術。因此，本文依托重慶某運營的特長隧道，總結分析了運營隧道硫酸鹽腐蝕段的二襯拆換技術，并進行了現(xiàn)場應用，所得方法和結論可為運營隧道病害二襯拆換技術提供參考。

1 運營隧道二襯拆換標準化施工

1.1 工程概況

重慶某特長隧道于2013年建成通車，是分離式四車道高速公路隧道，隧道左右線長度均大于7km。在10年的運營期間，由于隧道混凝土受硫酸鹽侵蝕作用，隧道部分區(qū)段的拱墻出現(xiàn)密集的裂縫、滲漏水等病害，未修復前的腐蝕情況存在持續(xù)發(fā)展的趨勢。通過對二襯結構及混凝土性能檢驗，襯砌邊墻、拱腰及拱頂位置結構強度安全儲備不足，嚴重影響了隧道結構的安全性能。隧道部分區(qū)段的二襯病害如圖1所示。

為了保證行車安全和隧道正常運營，經(jīng)論證后決定對隧道腐蝕段襯砌進行整體拆換，拆除二襯后采用C45抗硫酸鹽腐蝕鋼筋混凝土重新澆筑二襯。1.2 隧道二襯拆換流程及單元劃分

（1）二襯拆換原則

在隧道二襯存在嚴重結構缺陷或病害段落的拱墻襯砌采用機械法進行拆除，拆除按“先拱后墻，先加固后拆換”的原則進行。在單個拆除單元內(nèi)，先采用切割機械環(huán)向從拱頂切割至拱腰部位距路面高3.5 m處停止切割，縱向不切割，以保證施工作業(yè)面安全。拆除施工段應分奇偶段間隔拆除，新澆筑二襯混凝土強度達到70%后，可拆除相鄰段二襯。由于拆除奇數(shù)段時應力已重新分布，因此在拆除偶數(shù)段時，新澆奇數(shù)段內(nèi)可不設置臨時鋼支撐加固。

（2）二襯拆換流程

基于二襯拆換原則，二次拆換流程如圖2所示。由圖2可知，二襯拆換流程中，首先標識拆除段落，在隧道拆除段設置監(jiān)測標記，然后檢查二襯拱墻后是否有空洞，若存在空洞則進行注漿加固，設置臨時支撐，若無空洞則直接設置臨時支撐，然后對二襯進行跳槽拆除。拆除后，在拆除部位進行排險，清理懸吊混凝土。然后進行初支的完整性檢查，若存在初支開裂、變形、侵限嚴重等情況，則必須進行初期支護的修復處理，在初支部位噴射C25防腐蝕混凝土；若初支完整則清理初支面及二襯接頭部位，再進行二襯結構的重建流程，如順接排水管、鋪設防水板、兩端二襯施工縫防水處理、澆筑新二襯混凝土、拱部注漿密實以及澆筑電纜溝等，最終完成二襯拆換。

（3）施工單元劃分

根據(jù)二襯拆換施工流程可知，該過程存在多工種、多作業(yè)面施工的環(huán)境，為了保障施工安全、提高施工效率，可以將整個過程簡化為3個作業(yè)區(qū)間，分別為：拆除二襯作業(yè)面，初支處理、二襯防水板及鋼筋作業(yè)面，重新澆筑二襯作業(yè)面。綜合考慮交叉施工安全距離，可將72 m作為一個施工單元，施工單元劃分如圖3所示。

（4）施工段布置

為了滿足二襯拆換多工種、多作業(yè)面施工需求，將單個施工段的二襯拆換作業(yè)進行細分，如圖4所示。由上圖可知，單個施工段細分具體如下：

（1）奇數(shù)段首段拆除長度為7 m，新澆筑二襯長度為6 m，預留1 m空間以便于進行偶數(shù)段模板安裝操作。

（2） 間隔4 m跳槽后，拆除8 m，新澆筑二襯6m，即兩端各預留1 m操作空間；然后以此類推進行單個施工段作業(yè)。

2 工程應用

本文基于機械破碎工藝對運營隧道二襯進行拆除，施工機械主要為挖機和液壓破碎錘。拆除順序為自上而下，先拱頂后拱腰。機械拆除二襯前，先在非處治段設置臨時鋼支撐，臨時鋼拱架間距1 m布置，布置5環(huán)，每環(huán)分5節(jié)鋼架。然后，采用液壓破碎錘在防護范圍內(nèi)拆除第一個2 m段和第2個3 m段的一半，再轉(zhuǎn)移至4 m跳槽段拆除剩余部分。

液壓破碎錘拆除拱腰及拱腳混凝土時，施工機械和人員應處于拆除區(qū)域?qū)α⒚?。例如，當拆除隧道左半部分二襯，拆除機械應處于拆除區(qū)域外右側(cè)；拆除隧道右半部分二襯時，應始終保證拆除機械主機和駕駛室遠離拆除區(qū)，處于拆除區(qū)域外左側(cè)。機械拆除二襯過程如圖5所示。

通過施工工效統(tǒng)計分析，7 m段拆除二襯總用時13小時，投入挖機1臺，破碎錘1臺，渣土車2臺。監(jiān)控量測結果得出機械拆除二襯段的初支結構變形較小，7天后趨于穩(wěn)定。

3 結 語

本文基于重慶某運營特長隧道修復工程，總結分析了運營隧道二襯拆換標準化施工方法，并通過現(xiàn)場應用對施工效果進行了驗證，主要得出以下結論：

（1）運營隧道二襯拆除施工段應分奇偶段間隔拆除，拆除段為8 m，間隔跳槽可設置為4 m。

（2）運營隧道二襯拆換是多作業(yè)面交叉施工過程，通過將施工單元劃分為拆除作業(yè)面、初支處理及二襯防水作業(yè)面、二襯澆筑作業(yè)面進行二襯拆換，有助于實現(xiàn)二襯拆換的標準化施工，提高施工效率。

參考文獻

董曉峰.控制爆破在拆除隧道二襯中的實際應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（20）：200-201.

盧國興，胡恒，郭建東，等.基于氣體膨脹致裂和機械協(xié)同的隧道二襯拆除技術研究[J].中國標準化，2022（12）：156-159.

劉繼靈，周偉鋒，周小涵，等.病害隧道襯砌拆換變形特征與穩(wěn)定性控制[J].地下空間與工程學報，2022，18（S1）：506-514.

于占強，毛金旺，梁寧慧，等.復雜地質(zhì)病害隧道襯砌拆除塌方機理及處治措施[ J ] . 地下空間與工程學報，2022，18（3）：997-1005.

夏黃鵬.探討隧道工程項目二襯與初支置換施工技術[J].科學技術創(chuàng)新，2021（21）：143-144.

作者簡介

胡恒，本科，工程師，研究方向為公路工程施工與工程管理。

（責任編輯：袁文靜）