劉蓉 張林

1 工程概況

1.1 地形地貌

隧道區(qū)屬紅層深丘地貌區(qū)，地形切割較大，斜坡呈階狀，隧道走向800左右。進(jìn)洞口段斜坡坡向245°，坡角20°～45°;出洞口段斜坡坡向近東，坡角15°～40°。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道區(qū)位于豐都向斜南西翼近軸部，巖層產(chǎn)狀65°∠5°。主要發(fā)育有3組高傾角裂隙:延伸長(zhǎng)3 m～8 m，間距2 m～5 m，具有隨深度增加而減少的特征。

1.3 水文地質(zhì)條件

隧道區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地下水受地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性控制。隧道區(qū)為紅層深丘地貌，切割較深，泥巖是場(chǎng)地主要基巖，為相對(duì)隔水層，地下水貧乏。

1.4 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)

采用三心圓等截面拱，洞身圍巖級(jí)別有Ⅳ，Ⅴ兩類。

2 病害現(xiàn)狀及原因分析

2.1 隧道病害狀況

2.1.1 襯砌開裂變形

從對(duì)梁家灣隧道病害的雷達(dá)檢測(cè)報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況看，隧道襯砌存在不同程度的開裂、掉塊現(xiàn)象，其開裂變形可分為以下幾種情況:

1)K1+181 m，K1+191 m拱頂?shù)魤K;2)隧道K1+100～K1+250段二襯拱頂混凝土出現(xiàn)環(huán)形、縱橫交叉等不規(guī)則裂縫;3)襯砌混凝土質(zhì)量較差，混凝土標(biāo)號(hào)和抗?jié)B標(biāo)號(hào)未完全達(dá)到要求。

從勘察報(bào)告對(duì)隧道開裂情況統(tǒng)計(jì)看，梁家灣隧道累計(jì)裂縫長(zhǎng)度為673.7 m，其中縫寬大于3 mm的裂縫達(dá)56%，梁家灣隧道累計(jì)裂縫長(zhǎng)度為127 m，其中縫寬大于3 mm的裂縫為18%;而隧道進(jìn)口端開裂比隧道出口端更嚴(yán)重。

2.1.2 拱部背后存在較多不密實(shí)區(qū)

其中拱頂不密實(shí)區(qū)34個(gè)，延伸長(zhǎng)度169 m;左拱肩不密實(shí)區(qū)25個(gè)，延伸長(zhǎng)度349 m;右拱肩不密實(shí)區(qū)22個(gè)，延伸長(zhǎng)度119 m。

2.1.3 拱部背后存在空洞

其中拱頂存空洞8個(gè)，延伸長(zhǎng)度37 m;左拱肩發(fā)現(xiàn)脫空區(qū)1個(gè)，延伸長(zhǎng)度2 m;右拱肩發(fā)現(xiàn)脫空區(qū)2個(gè)，延伸長(zhǎng)度6 m?？斩搭愋椭饕嵌r與初襯之間脫空。

2.2 滲漏水狀況

隧道多個(gè)段落均有滲漏水，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況可將滲漏水分為以下幾種情況:

1)隧道裂縫滲漏水:主要在拱部裂縫、邊墻亦有;雨后滲漏更嚴(yán)重;局部裂縫處有小股水涌出，水壓很小。2)襯砌施工縫和變形縫滲水:雨后滲漏量明顯增大，水壓很小。3)拱、墻局部成片滲水，雨季伴有滴水;滲漏水較嚴(yán)重的地段主要分布在隧道南端以及隧道進(jìn)出口明洞與暗洞結(jié)合地段。

總體上看，隧道病害具有以下4個(gè)特點(diǎn):1)隧道裂縫大多出現(xiàn)在隧道拱部;2)隧道襯砌厚度不足多發(fā)生在拱頂部位，左拱肩襯砌平均厚度比右拱更薄;3)隧道空洞和不密實(shí)區(qū)大都在隧道拱部;4)同一座隧道來說，隧道進(jìn)口端開裂比隧道出口端更嚴(yán)重。

2.3 隧道病害原因分析

1)由于隧道只運(yùn)營(yíng)不到兩年就發(fā)生開裂病害，說明該隧道初期支護(hù)施工未完全做到位。雷達(dá)檢測(cè)也表明，在襯砌背后有相當(dāng)數(shù)量的空隙或空洞;施工又未作回填灌漿。

2)混凝土的配合比不盡合理、施工時(shí)振搗不充分、隨時(shí)間推移，結(jié)構(gòu)承載力逐漸下降，襯砌材質(zhì)的劣化，隧道病害愈來愈多。

3)隧道洞身中多個(gè)段落發(fā)生滲漏，裂縫和施工縫都有不同程度的漏水;表明隧道防水板施工質(zhì)量和焊縫施工質(zhì)量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。施工縫的處理也不滿足設(shè)計(jì)要求施作質(zhì)量，這其中有部分原因是由于施工工藝變化造成的，原設(shè)計(jì)要求采用全斷面模板臺(tái)車進(jìn)行襯砌，故只設(shè)有環(huán)向止水帶;而實(shí)際施工時(shí)是采用小模板施工，而采用小模板施工除了必須設(shè)置環(huán)向止水帶外，還必須設(shè)置縱向止水帶。

3 病害整治方法

3.1 隧道襯砌開裂的治理

圖1 W鋼帶＋錨桿復(fù)合加固拱示意圖

從雷達(dá)監(jiān)測(cè)報(bào)告和隧道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果看，隧道的開裂和材料劣化的病害主要出現(xiàn)在隧道拱部;襯砌開裂治理以隧道拱部為重點(diǎn)，對(duì)邊墻上對(duì)結(jié)構(gòu)安全有影響的縱向和斜向裂縫也應(yīng)一并治理;具體采用以下措施:

1)采用鋼拱架或高強(qiáng)W鋼帶+注漿錨桿加固舊襯砌結(jié)構(gòu)，其作用有二:a.高強(qiáng)W鋼帶+組合注漿錨桿與舊襯砌形成鋼—混凝土“組合空間支撐拱”以恢復(fù)和加強(qiáng)現(xiàn)有劣化混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力;W鋼帶+錨桿復(fù)合加固拱如圖1所示。b.保證工程整治期間的行車、行人安全以及施工工作人員的安全。

2)通過注漿錨桿對(duì)襯砌背后空洞和松動(dòng)區(qū)域注漿，提高圍巖自身穩(wěn)定性，減小圍巖松弛壓力對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的影響;同時(shí)填塞地下水滲透通道，大大消除地下水滲透對(duì)隧道帶來的各種病害。

3)襯砌裂縫的嵌補(bǔ)，恢復(fù)舊襯砌的整體性和承載力;根據(jù)襯砌開裂的不同情況，結(jié)合隧道裂縫的嵌補(bǔ)一同進(jìn)行。

3.2 隧道滲漏水裂縫的治理

隧道的滲漏治理，以隧道拱部滲漏為重點(diǎn)，根據(jù)滲漏不同情況，采用排堵結(jié)合綜合整治的措施:

1)拱部大面積滲水段的處理。對(duì)隧道襯砌拱部及邊墻雨季產(chǎn)生大面積滲水地段，將結(jié)合襯砌背后充填注漿一起進(jìn)行;主要采用鉆孔注漿堵水的辦法處理;為保證注漿堵水的質(zhì)量，在注漿堵水前先在襯砌邊墻腳兩側(cè)打泄水孔，以降低襯砌背后水位和水壓，泄水孔完成后即可進(jìn)行鉆孔注漿;注漿順序先從滲水段兩端以外10 m的無水部位開始，由兩邊逐漸向中間推進(jìn)。采用組合注漿錨桿，錨桿采用梅花形布置。拱部襯砌背后注漿，以充填襯砌背后空洞和堵塞地下水的通道。

洞內(nèi)注漿堵水施工完畢后，應(yīng)對(duì)襯砌邊墻腳兩側(cè)的泄水孔清掃一遍，以便將側(cè)墻背后少量的裂隙水引排至側(cè)溝。

2)對(duì)于雨季滲水、漏水和滴水嚴(yán)重的裂縫和施工縫采取鑿槽埋管法引排水流。

鑿槽埋管法引排采用下述方法:沿滲漏水縫隙鑿出楔形溝槽，深10 cm～12 cm，口寬約10 cm，溝槽與隧道內(nèi)側(cè)溝連通，以利排水，將鑿好的溝槽沖洗干凈，用φ50 cm～φ100 cm的半圓硬塑管緊貼槽底并用水泥釘固定作暗槽排水用。然后用防水油膏將半圓管壓緊固定，防水油膏超出半圓管1 cm，并抹平，再用塑膠泥2 cm，最后用2 cm快凝水泥砂漿封堵;或采用在半圓管背填塞雙快水泥3 cm，干后刷一層凈砂漿，抹第二層氯化鐵防水砂漿，抹平，24 h后，涂一層聚氨酯防水涂膜材料。

3)鑿槽埋管注漿堵水。對(duì)于少量裂隙或施工縫處的漏水點(diǎn)，可直接對(duì)準(zhǔn)出水點(diǎn)鑿槽埋管注漿堵水。用直觀法、毛刷法、干灰法找準(zhǔn)漏水點(diǎn)，在襯砌混凝土內(nèi)鑿U形槽。埋深10 cm，槽寬5 cm，鑿槽后用高壓水沖洗槽壁，除去浮塵或污物。然后對(duì)準(zhǔn)漏水點(diǎn)埋設(shè)φ8 mm～φ12 mm注漿管，為防止跑漿，注漿管周圍用塑膠泥牢固封嚴(yán)，但不能堵住注漿孔眼。待膠泥凝固后方可注漿，注漿材料為水溶性聚氨酯漿液，注漿泵采用手壓泵或壓漿泵，注漿壓力為0.5 MPa～0.6 MPa，漿液凝結(jié)時(shí)間 3 min ～5 min，注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓后穩(wěn)定10 min，注漿孔不進(jìn)漿或少進(jìn)漿即可結(jié)束注漿，停泵后立即封堵孔口閥門，拆卸和清洗管路，待漿液凝固后對(duì)不易拆卸的注漿管用氣焊割掉，然后用塑膠泥封堵，如果注漿時(shí)漿液串流太遠(yuǎn)，應(yīng)間歇注漿。

4)在舊襯砌拱部表面均勻涂刷水泥基滲透結(jié)晶防水材料。

5)套拱加固處理。根據(jù)隧道襯砌各段開裂、襯砌混凝土劣化的不同情況，分別采用鋼筋混凝土套拱、組合鋼網(wǎng)套拱、素混凝土套拱使之與“組合空間支撐拱”組成復(fù)合襯砌，以全面隧道襯砌結(jié)構(gòu)承載力并完全達(dá)到結(jié)構(gòu)使用安全要求。套拱混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)應(yīng)不低于S10。

4 施工步驟數(shù)值模擬分析

為了檢驗(yàn)方案的安全性和可行性，采用了ADINA建立二維數(shù)值模型(見圖2)，在計(jì)算中假設(shè)注漿的作用通過提高拱部注漿范圍內(nèi)巖土的物理力學(xué)參數(shù)予以體現(xiàn)。

圖2 隧道二維計(jì)算模型

4.1 模擬參數(shù)的選取

圍巖體材料選用Mohr-Coulomb塑性材料模型。依據(jù)巖體力學(xué)試驗(yàn)成果及結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，對(duì)工程地下通道區(qū)巖土力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了綜合取值(見表1)。

表1 模擬計(jì)算基本參數(shù)表

4.2 計(jì)算成果分析

4.2.1 整治隧道前計(jì)算成果分析

計(jì)算表明，梁家灣隧道在使用了若干年后出現(xiàn)了不同程度的破壞，此時(shí)的最大主應(yīng)力為2.08 MPa，出現(xiàn)在隧道的邊墻底部，最大剪應(yīng)力為2.05 MPa，出現(xiàn)在隧道邊墻底部。

4.2.2 整治隧道中計(jì)算成果分析

拱腳鑿槽形成套拱支座，使得隧道拱腳和邊墻上部承載力局部下降。由計(jì)算結(jié)果可知，梁家灣隧道拱腳鑿槽后的最大主應(yīng)力為2.11 MPa，與鑿槽前沒什么變化，只是槽的局部略變大了點(diǎn)。最大剪應(yīng)力為2.06 MPa，出現(xiàn)在鑿槽前同樣的位置。

4.2.3 整治隧道后計(jì)算成果分析

隨后用錨桿和W鋼帶對(duì)隧道拱部錨固，并對(duì)襯砌背后空隙進(jìn)行低壓壓漿充填。隧道整體承載力明顯上升。由計(jì)算結(jié)果可知，梁家灣隧道經(jīng)過整治后最大主應(yīng)力降為0.87 MPa，最大剪應(yīng)力降為 0.89 MPa。

5 結(jié)語

梁家灣隧道按本文所述方案實(shí)施后，進(jìn)展順利;工程于2007年順利完工，實(shí)踐證明該隧道的整治方案是成功的，達(dá)到了安全、合理、經(jīng)濟(jì)的預(yù)期目標(biāo)。通過對(duì)該項(xiàng)目的整治得到以下認(rèn)識(shí):

1)影響已建成的隧道產(chǎn)生病害的因素是多方面的，其主要原因是當(dāng)時(shí)的施工過于粗糙，以及地質(zhì)及環(huán)境因素的影響。2)整治這種類型的隧道主要用的方法有高強(qiáng)W鋼帶+注漿錨桿、裂縫嵌補(bǔ)以及錨桿加固巖體。3)由于整治隧道麻煩，容易使隧道越整治越差以及在整治過程中出現(xiàn)應(yīng)力和位移過大，最終引起安全問題，建議在整治隧道前盡量做到工程類比和有限元計(jì)算模擬相結(jié)合。4)從有限元計(jì)算模擬分析可以看出在隧道整治中特別是戳槽的時(shí)候?qū)?huì)引起隧道的最大主應(yīng)力以及最大剪應(yīng)力將進(jìn)一步增加，但增加不大。5)從有限元計(jì)算模擬看出該整治方案是成功的，梁家灣隧道的最大主應(yīng)力經(jīng)整治后降低了58%，最大剪應(yīng)力經(jīng)整治后降低了57%，這使得該隧道整治后的安全系數(shù)得到了大大的提高。并且梁家灣隧道按本文所述方案實(shí)施后，進(jìn)展順利;工程于2007年順利完工，實(shí)踐證明從現(xiàn)實(shí)結(jié)果可以看出該隧道的整治方案是成功的。

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