連拱隧道襯砌裂縫治理

杜華鋒

1 工程概述

二(連浩特)廣(州)高速公路(粵境)懷集犁公頂隧道設計為雙向6車道雙連拱隧道，長325.1 m，隧道最大埋深為83.06 m。隧道凈空為14.0 m×5.0 m，曲墻復合式襯砌結構。根據工程地質調繪及勘探成果，隧道區未發現斷層等不良地質體及物探異常帶存在，地層總體表現為單斜構造。地層巖性主要為寒武系中統高灘組變質粉砂巖及其風化層，洞深及進口端巖層產狀:走向NW329°～352°，傾向 SW239°～262°＜32°～42°。巖層走向與隧道軸線交角在32°～55°之間。隧道起止里程為K107+968.5～K108+293.6。整體施工設計依據“新奧法”指導施工。

隧道中導洞于2007年10月貫通并于11月完成中隔墻施工，隧道左洞于2008年3月貫通并于6月完成二襯施工，隧道右洞于2008年10月貫通并于2009年1月完成二襯施工。在2008年7月右洞開挖期間，在掌子面至K107+998處時，發現洞口K107+973和K107+983兩處沉降監測斷面沉降數值未能按設計收斂。同時左洞在K107+983～K107+988處發現二襯在中隔墻側拱肩處有一條3.5 m長、5 mm寬的縱向裂縫，并有4條斜縫約20 cm～30 cm從縱向裂縫向外發展。根據重慶交通科研設計院和廣東省公路勘察規劃設計院地質雷達掃描結果，發現在K107+980～K107+988段初期支護斷面不規整，二襯后存在空洞，且在拱肩處二襯厚度小于設計值約4 cm，且裂縫已貫通，初步判斷二襯已被完全破壞。另外在K107+988處發現一條環向裂縫，基本貫穿整板二襯，且在裂縫對應的仰拱也出現橫向裂縫，在裂縫范圍內存在滲水。裂縫分布示意圖見圖1。

2 裂縫成因分析

通過對施工資料和監理記錄的查看，經過設計、檢測、監理和施工單位的現場勘察及討論，一致認為出現上述襯砌裂縫的原因主要有以下幾點:1)地基不均勻沉降引起的裂縫。由于出現隧道裂縫的范圍距離洞口15 m～20 m左右，剛好是由全風化向強風化過渡段，巖體破碎，裂隙水發育。在左洞襯砌封閉后裂隙水向隧道底部發育，導致全風化變質粉砂巖強度降低、基底變軟。可以從K107+988處環向貫通裂縫和仰拱滲水來印證。2)隧道施工引起的不均勻沉降裂縫。由于雙連拱隧道施工工序復雜，隧道圍巖要經受多次施工擾動，圍巖受力的變化引起幾次不同方向的沉降。特別是在左洞襯砌封閉右洞開挖時，由于側撐巖體的卸除以及地基軟弱，在左洞拱肩處二襯臨空面由受壓轉變成受拉狀態。加上右洞受開挖工序影響，二襯施工時間較長，直接導致了縱向裂縫的出現及發展。隧道開挖工序見圖2。3)初期支護和二次襯砌之間存在空洞。由于二次襯砌混凝土施工過程中，泵送混凝土速度過快、振搗不充分，直接導致在二襯和初襯之間形成封閉氣囊，從而導致二襯和初襯之間形成空洞。而空洞的產生，直接導致二襯在施工過程中的受拉區域應力進一步集中，加速了受拉裂縫的產生。而應力過于集中，從而導致受拉裂縫周邊輻射裂縫，也就是沿縱向裂縫出現的斜縫的產生。4)二襯混凝土厚度不夠。由于二襯裂縫出現段處于洞口淺埋段，引起二襯厚度不足原因有:a.設計階段對開挖中圍巖多次變形而引起斷面沉降不均沒有充分考慮，導致在中隔墻側普遍存在初襯侵入限界;b.在洞口段圍巖較差的情況下，采用“新奧法”施工工藝，設計預留沉降量不足(10 cm)，而施工時沒有根據沉降監測資料及時做出調整，導致初襯侵入限界;c.初襯和二次襯砌施工的間隔時間較長，單純依據“新奧法”工藝，等待初襯完全收斂，延誤了二襯的最佳施工時間;d.中隔墻在施工過程中，模板側撐強度不夠，導致中隔墻整體尺寸偏大，侵入二襯限界。

3 襯砌裂縫防治措施

1)基底補強。針對隧道基底軟弱或施工后基底水浸導致承載力下降，目前普遍采用基底注漿加固的方法。結合隧道開挖和超前支護形式，在洞口圍巖Ⅴ級段采用φ42注漿小導管，按1 m×1 m梅花形布設。漿液采用42.5普通硅酸鹽水泥單液漿，水灰比1∶1，注漿壓力控制在2.0 MPa。在Ⅳ級與Ⅴ級過渡段且地下水發育段，采用水泥、水玻璃雙液漿。水泥漿為水灰比1∶1的42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃濃度35 Be'，模數2.6，水玻璃與水泥漿體積比1∶1。2)施工工序及要求調整。對于后續施工的右洞，在嚴格按照設計步驟進行開挖的過程中，控制12，13，14三個臺階的開挖長度在10 m以內。同時對于第14道程序，也就是仰拱開挖時，將仰拱的施工調整為跳拱施工。即每次施工4 m后，跳隔4 m進行下一道仰拱施工。此舉用以減少左洞中隔墻側在仰拱開挖后臨空面，從而減小二襯受拉應力。3)襯砌空洞處理。對左洞也就是先行洞一側二襯后有空洞的部位，采用注漿的方法來充填，確保初襯和二襯之間能緊密接觸，使二襯能均勻受力，避免局部應力集中而對二襯造成破壞。注漿前，在空洞沿隧道軸線的兩端高點位處分別布設注漿孔和排氣孔，開孔時要嚴格控制鑿孔深度，避免刺破二襯后防水板。注漿的漿液采用水灰比1∶1的32.5普通硅酸鹽水泥，壓力控制在1.0 MPa以下，以防止壓力過大對襯砌和防水板造成破壞。4)二襯工序加強管理及二襯補強。在二襯施工前一定要做好監控量測，確保二襯臺車不能偏位。同時對混凝土澆筑的體積和初凝時間有深刻的認識，控制好泵送的速度，切實做到不急不緩。確保混凝土泵送過程中，振搗均勻，氣泡能均勻排出，從而杜絕空洞的產生。對于二襯已經出現裂縫段，貼好監測紙條做好裂縫發展記錄。對于裂縫不再發展段，直接對裂縫刻槽并壓注環氧樹脂，使裂縫處襯砌粘結為整體。對于裂縫繼續發展造成二襯使用性能破壞的，要對二襯進行返工處理。在返工前要對完全破壞的段落先進行加固處理，防止施工時結構失穩造成坍塌事故。加固采用和初期支護相同的Ⅰ20b鋼拱架，間距為1.0 m，并用Ф22鋼筋進行縱向連接，環向間距0.75 m。返工時對二襯混凝土進行先拱后墻人工鑿除，鑿除長度控制在2 m以內。對于初襯侵入二襯的部位要對初襯進行修整，確保二襯的厚度達到要求。對初襯修整部位，同時要做好防水處理，以免在二襯完成補強后形成滲水。

4 結語

通過上述對二廣高速犁公頂隧道襯砌裂縫的探討和處理，經后續跟蹤即對后續施工的指導，杜絕了襯砌裂縫的發生，各項監測數據也吻合了設計要求。這些證明對雙連拱隧道裂縫的原因分析和治理措施都是正確的。綜合上述，可以形成下述幾點結論:

1)雙連拱隧道基本都是處于偏壓和淺埋地段，地質情況較差，一定要加強測量監測工作，切實做到以監控量測數據作為隧道施工的根本指導，確保每道工序都及時、合理。

2)在雙連拱隧道進口段，特別是對Ⅳ，Ⅴ級圍巖，“新奧法”的理念指導施工不太適合。由于洞口偏壓和埋深淺，在施工擾動后，洞身巖體的應力釋放很難趨于收斂，如果不及時跟進二襯施工，洞口段極易失穩坍塌。同時二襯設計必須考慮二襯要承受洞身失穩狀態的受力，加大洞口段二襯的保險系數。

3)在施工過程中，密切注意裂隙水受施工擾動后的發育情況，提前做好隧道內水的排泄方案，絕對避免隧道基底積水而造成基底軟弱。同時要加強對隧道襯砌完成后的監測，及時發現問題并制定相應的解決方案，將危險扼殺在萌芽階段。

4)由于雙連拱隧道中隔墻是整個施工過程中受力轉變最大的一個結構，所以施工的每一道工序一定要做好側撐或相應的補強支護方案，避免中隔墻受力轉變后偏位或受到損害。同時也要做好測量和模板的支護方案，確保中隔墻達到設計要求，避免影響后期二襯的施工。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］.

［2］王建秀，朱合華，唐益群，等.雙連拱公路隧道裂縫成因及防治措施［J］.巖石力學與工程學報，2005(2):195-202.

［3］袁成海.三仙崠隧道襯砌裂縫檢測與安全評價［J］.山西建筑，2010，36(13):296-297.