羅鵬

摘 要：隧道病害處治應(yīng)在充分了解病害情況，深入分析病害原因的基礎(chǔ)上進(jìn)行，病害整治的原則和目的應(yīng)明確。一次整治不能解決全部問題，但應(yīng)針對主要問題，進(jìn)行目的明確的設(shè)計與施工。利用地質(zhì)雷達(dá)、三維激光掃描儀及隧道斷面儀等對關(guān)山隧道病害進(jìn)行了專項檢測，經(jīng)過方案比選提出了推薦加固方案。

關(guān)鍵詞：關(guān)山隧道；病害；加固方案

中圖分類號：U457.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0084-02

1 工程概況

S304線關(guān)山隧道于2006年建成通車，起訖樁號K108+829～K111+654，全長2825m，縱坡2.8%。建筑限界凈寬10.5m，凈高5m。隧址區(qū)地層為白堊系下統(tǒng)六盤山群和尚鋪組，巖性為泥質(zhì)砂巖、礫巖組成，以互層狀分布，圍巖級別Ⅲ～Ⅵ級。隧道采用復(fù)合式襯砌，K109+520～K109+559、K109+599～K109+817為Ⅳ級圍巖，初支采用12cm厚C20噴射混凝土，二襯采用50cm厚C25模筑混凝土，仰拱采用40cm厚C25現(xiàn)澆混凝土；K109+817～K110+000為Ⅲ級圍巖，初支采用8cm厚C20噴射混凝土，二襯采用45cm厚C25模筑混凝土，不設(shè)仰拱；K109+559～K109+599為Ⅳ級圍巖，初支采用20cm厚C20噴射混凝土，二襯采用70cm厚C25模筑混凝土，仰拱采用50cm厚C25現(xiàn)澆混凝土。初支與二襯間敷設(shè)EVA防水板，襯砌墻角處設(shè)置Φ100雙壁波紋管，橫向間隔10m設(shè)一道Φ100雙壁波紋管與中心排水溝連接，仰拱底部為40×40cm預(yù)制中心排水溝，中心水溝同洞內(nèi)縱坡，采用單坡排水，水排至出口左側(cè)排洪溝中。洞內(nèi)路面為22cm厚水泥混凝土面層+20cm厚C20素混凝土基層，仰拱與路面之間C15片石混凝土填充。

2 病害檢測

根據(jù)專項檢測，隧道病害主要表現(xiàn)為：襯砌掉塊；襯砌裂縫；襯砌滲漏水；路面裂縫及破損。

（1）襯砌掉塊。采用三維激光掃描儀對K109+876～K109+879段進(jìn)行掃描，測得掉塊長度3m，寬度0.6m～1.6m，掉塊體積為2.78m3。K109+879～K109+883段襯砌開裂有發(fā)展趨勢，錯臺達(dá)2.6cm；K109+983處襯砌掉塊，襯砌厚度最薄處為4.5cm。K109+975～K109+987段發(fā)生掉塊，掉塊面積約1m2；K109+957處拱頂發(fā)生掉塊，掉塊面積約1m2，襯砌厚度最薄處為3cm。（2）襯砌厚度不足。采用地質(zhì)雷達(dá)對襯砌混凝土厚度進(jìn)行檢測，襯砌厚度合格率為65.5%，測線位置共有9處襯砌厚度小于設(shè)計厚度二分之一的段落，總長63m。（3）襯砌裂縫。檢測時發(fā)現(xiàn)273條襯砌裂縫，總長1871.5m，主要分布于K109+230～K110+030段，且以寬度0.5mm>D≥0.2mm的裂縫居多。裂縫主要分布在邊墻和拱頂范圍，邊墻裂縫占裂縫總數(shù)量的63%，拱頂裂縫占裂縫總數(shù)量的25%。裂縫類型以豎向裂縫和橫向裂縫為主，占裂縫總數(shù)量的53%，環(huán)向裂縫及網(wǎng)狀裂縫均占裂縫總數(shù)量的10%。（4）襯砌滲漏水。檢測時發(fā)現(xiàn)襯砌滲漏水10處，集中在K109+500～K110+000段落，滲漏水多表現(xiàn)為邊墻點狀滲水；較嚴(yán)重的為K109+695處施工縫滲漏水、掛冰，局部襯砌混凝土腐蝕、剝落。（5）襯砌背后空洞。檢測時發(fā)現(xiàn)隧道拱頂存在31處襯砌背后空洞，累計長度228m，占隧道總長的7.9%。（6）隧道仰拱及仰拱填充。采用地質(zhì)雷達(dá)與鉆芯取樣結(jié)合的方法對仰拱厚度及填充密實性進(jìn)行檢測。采用地質(zhì)雷達(dá)檢測時，在距路面中線左側(cè)2m布置測線，鉆芯取樣每300m1處。經(jīng)檢測，仰拱填充不密實段落共57處，累計長度1031m；9處仰拱鉆芯取樣中，3處為無仰拱段落，6處為有仰拱段落，有仰拱的6處中4處回填不密實，6處均仰拱厚度不足和總厚度不足，無仰拱的3處中2處基層以下不密實。（7）洞內(nèi)路面。檢測時發(fā)現(xiàn)路面破損及坑槽29處，總面積為112.85m2；路面裂縫85條，裂縫板共計180塊，裂縫總長度為930m。路面裂縫及破損主要分布在K108+829～K110+000段落內(nèi)，右幅路面裂縫及破損數(shù)量占到了總數(shù)量的65%。

3 病害原因分析

（1）地質(zhì)原因。隧道洞頂山體植被茂密，雨季時地表水易下滲，圍巖含水量進(jìn)一步增加。洞身穿越第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土及白堊系下統(tǒng)泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)砂巖未見水時其強度較高，遇水后強度衰減，經(jīng)地下水長期滲透，物理特性發(fā)生變化，圍巖壓力增大；受斷層破碎帶影響，圍巖呈松散結(jié)構(gòu)且穩(wěn)定性差，圍巖壓力過大，造成襯砌開裂。隧道未設(shè)置仰拱段落，未形成封閉結(jié)構(gòu)，基底圍巖壓力較大形成路面裂縫和破損。（2）結(jié)構(gòu)原因。隧道拱頂襯砌厚度不足，結(jié)構(gòu)抗彎能力減??；無仰拱、仰拱厚度不足及填充不密實，致使襯砌不能形成封閉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力不合理，易產(chǎn)生襯砌裂縫。裂縫的發(fā)展及貫通最終形成襯砌掉塊。拱頂存在空洞，形成帶狀寬幾十厘米至兩米的壓潰區(qū)，隨著變形發(fā)展襯砌一層層剝落掉塊。（3）溫度原因。隧道位于季節(jié)性冰凍區(qū)，早晚溫差大，襯砌內(nèi)部溫度應(yīng)力隨氣溫循環(huán)變化，造成襯砌開裂，施工縫滲水在凍融循環(huán)的作用下防水效果逐漸惡化，加劇了滲漏水。襯砌混凝土澆注過程中水化熱過大或混凝土澆筑體積較大時，澆注后易因降溫和混凝土收縮而拉裂。

4 加固方案

（1）鋼筋混凝土套襯加固。對于寬度小于0.2mm的裂縫，進(jìn)行封閉和觀察；寬度不小于0.2mm的裂縫，采用低壓注環(huán)氧漿液修補。采用切槽引排、半圓管排水、引水管排水、墻腳泄水孔等措施，處治襯砌滲漏水。采用混凝土鉆芯機鉆注漿孔，穿透原二襯，注漿材料采用水泥漿液。K109+520～K110+000段病害集中段落，原二襯表面的照明配電箱等孔洞需回填，拆除孔洞內(nèi)木模后，用C30防水混凝土回填密實。在原襯砌內(nèi)側(cè)設(shè)置35cm厚C30鋼筋混凝土套襯，并澆筑50cm厚C30鋼筋混凝土仰拱與套襯連接成環(huán)，與原襯砌組合形成二次模筑結(jié)構(gòu)共同承載，新增套襯結(jié)構(gòu)與原二次襯砌間設(shè)置復(fù)合防水層，重新設(shè)置位于仰拱以下的中心排水溝，通過設(shè)置環(huán)向、縱向及橫向排水管形成完善的防排水系統(tǒng)，徹底解決隧道病害。為保證隧道底部拆除時上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，先采用無縫鋼管在兩側(cè)拱腳部位進(jìn)行注漿鎖腳，然后全斷面拆除部分原有邊墻和電纜槽混凝土，拆除時采用跳槽施工，每個段落控制在2～3m，確保安全。K109+520～K110+000套襯加固段，拆除22cm厚水泥混凝土路面+20cm厚C20素混凝土基層后，拆除路面下C15片石混凝土回填及混凝土仰拱，重做仰拱底部中心排水溝，澆筑仰拱后回填C15混凝土，再澆筑26cm厚水泥混凝土路面板；K109+319～K109+520、K110+000～K110+110調(diào)整路面縱坡段，拆除22cm厚水泥混凝土路面+20cm厚C20素混凝土基層后，對C15片石混凝土回填進(jìn)行局部鑿除或銑刨，再按照原路面結(jié)構(gòu)澆筑22cm厚水泥混凝土路面+20cm厚C20素混凝土基層；最后，全隧道采用2cm厚Novachip超薄磨耗層罩面。（2）型鋼鋼板加固。襯砌裂縫及襯砌背后空洞處治方案與套襯加固相同，襯砌滲漏水通過沿兩側(cè)拱腳的保溫縱向排水管引至原中心水溝排出隧道。K109+520～K110+000病害集中段落，在原二襯表面采用H175型鋼拱架及6mm厚A3鋼板加固，拱頂設(shè)置6mm厚A3鋼板，采用膨脹螺栓與襯砌混凝土緊貼錨固，螺栓間距100cm×100cm，梅花型布設(shè)；為避免對拱部電纜橋架造成影響，鋼板端部距路面距離不小于5.7m。H175型鋼拱架，縱向間距分50cm和100cm兩種，鋼拱架間設(shè)置Φ22縱向連接筋，環(huán)向間距30cm。原二襯兩側(cè)拱腳各植入6根50cm長Φ28鋼筋，植入深度30cm，植入鋼筋端部采用堆焊，Φ28鋼筋與型鋼連接牢固，保證結(jié)構(gòu)整體受力，植入鋼筋不得刺穿原襯砌防水板。為保證H型鋼拱架底部穩(wěn)定，需將型鋼拱架拱腳置于穩(wěn)定的混凝土面上。鋼拱架及鋼板外表面均采用底漆+中間漆+面漆進(jìn)行防腐處理；底漆采用無機富鋅底漆，中間漆采用環(huán)氧云鐵中間漆，面漆根據(jù)需要選用不同顏色的氟碳面漆。拆除更換隧道內(nèi)破損的水泥混凝土路面，最后全隧道采用2cm厚Novachip超薄磨耗層罩面。（3）型鋼鋼板與噴射混凝土加固。襯砌裂縫、滲漏水、襯砌背后空洞及洞內(nèi)路面處治方案與型鋼鋼板加固相同。K109+520～K110+000病害集中段落，在原二襯表面采用H175型鋼拱架及6mm厚A3鋼板加固，型鋼鋼板加固完成后在其表面掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)，形成25cm厚C25噴射混凝土套襯結(jié)構(gòu)。endprint

5 比選結(jié)果

（1）鋼筋混凝土套襯加固。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)耐久性好、安全性高，解決加固段病害較徹底，且不影響隧道內(nèi)機電、監(jiān)控設(shè)備的安裝?？赏ㄟ^降低路面標(biāo)高、調(diào)整加固段前后縱坡，加固后凈空滿足規(guī)范要求。缺點：施工工期長，工程造價高，占用隧道凈空大，涉及的段落較長。（2）型鋼鋼板加固。優(yōu)點：施工方法簡單，施工工期短，工程造價低，占用隧道凈空最少，加固的段落最短，可及時滿足通行要求。缺點：結(jié)構(gòu)耐久性差、安全性低，解決加固段病害不徹底，尤其路面隆起和沉陷問題，影響隧道內(nèi)機電、監(jiān)控設(shè)備的安裝。加固后型鋼拱架侵入原設(shè)計凈空，影響行車安全。（3）型鋼鋼板與噴射混凝土加固。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)耐久性較好、安全性較高。缺點：施工工期較長，工程造價較高，占用隧道凈空較大，解決加固段病害不徹底，尤其路面隆起和沉陷問題，嚴(yán)重影響隧道內(nèi)機電、監(jiān)控設(shè)備的安裝。加固后噴射混凝土套襯侵入原設(shè)計凈空，影響行車安全。（4）造價比較。對型鋼鋼板與噴射混凝土加固方案只做定性比較，對鋼筋混凝土套襯加固和型鋼鋼板加固做定性和定量比較，鋼筋混凝土套襯加固方案總造價約2980萬元，型鋼鋼板加固方案總造價約1640萬元。

經(jīng)過比選，采用鋼筋混凝土套襯加固的方案，盡管造價相對較高，但能更大程度保證圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，徹底治理隧道病害，建議作為推薦方案。

6 結(jié)語

隧道結(jié)構(gòu)加固的工程技術(shù)方案較多，應(yīng)針對隧道實際情況，從對結(jié)構(gòu)的影響程度、施工風(fēng)險、施工工期、施工工藝及工程造價等多方面綜合比選，確定最佳方案，達(dá)到費用省、效果好及安全性高的目的。隧道病害處治缺乏系統(tǒng)性，需要對病害機理及發(fā)展趨勢進(jìn)行深入研究，建立相關(guān)模型；對隧道結(jié)構(gòu)的承載能力、工程措施的加固效果及加固后承載力驗算等問題進(jìn)一步研究，形成系統(tǒng)化的病害處治方案。

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