元寶山巖溶隧道病害整治施工技術(shù)

顧智剛 （中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215100）

元寶山巖溶隧道病害整治施工技術(shù)

顧智剛 （中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215100）

元寶山隧道巖溶較發(fā)育，在百年一遇暴雨后，出現(xiàn)了二襯嚴(yán)重破損、二襯開裂、滲漏水等病害。文章對以上病害一般原因和巖溶隧道特殊原因進(jìn)行了分析，并將病害整治的現(xiàn)場經(jīng)驗加以總結(jié)，具有現(xiàn)實作用和指導(dǎo)意義。

巖溶隧道；二襯嚴(yán)重破損；二襯開裂；滲漏水；病害整治

0 引言

我國已建隧道不同程度地存在著襯砌裂縫、變形、滲漏水等問題，隧道病害嚴(yán)重威脅隧道內(nèi)行車的安全，縮短了隧道的維護(hù)周期和使用壽命，對隧道病害進(jìn)行實地調(diào)查，綜合隧道勘察、設(shè)計和施工因素，探究隧道病害的產(chǎn)生原因和發(fā)展過程，有針對性地對隧道病害進(jìn)行整治就十分必要，同時具有現(xiàn)實作用和指導(dǎo)意義。

1 元寶山隧道病害概述

2016年6月27日17時至28日07時，織金縣普降暴雨，隧址區(qū)降雨量達(dá)到220mm，此值遠(yuǎn)大于以前收集到的地區(qū)百年一遇日最大降雨量。根據(jù)大氣降水滲入法計算，進(jìn)口匯水面積1.1km2，入滲系數(shù)0.2，滲水量達(dá)1.3×105m3/d，出口匯水面積1.05km2，入滲系數(shù)0.3，滲水量達(dá)1.9×105m3/d。已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了設(shè)計最大涌水量37800m3/d。

降雨后，對元寶山隧道進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)主要病害有二襯嚴(yán)重破損、二襯開裂、滲漏水。

根據(jù)水力學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)原理，地下水的流動是由高壓水位向低壓水位。同時，隧道開挖后圍巖卸荷，地層的原始地應(yīng)力重新調(diào)整，洞周圍巖產(chǎn)生變形，出現(xiàn)裂縫，地下水便沿張開裂縫流入隧道。在可溶巖地區(qū)，更由于地表沖溝、落水洞等與地下溶管、溶隙、溶洞和暗河聯(lián)系，降雨能短時間進(jìn)入地下。一旦隧道開挖時揭開溶管、溶隙、溶洞和暗河，巖溶水就會大量涌入隧道。急增的水壓是此次造成元寶山隧道病害的主要原因，另外還包括一些其他原因。

2 原因分析

2.1 二襯嚴(yán)重破損

一般產(chǎn)生的地段多位于出入洞口、沖溝底部，這些地方淺埋，也容易造成偏壓。也多產(chǎn)于斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)，這些地方圍巖破碎，地應(yīng)力復(fù)雜。另外就是地下水富集區(qū)。巖溶隧道則是通過大型充填型溶洞、富水溶洞時，如隧底軟弱造成洞身下沉、側(cè)向無約束造成洞身滑移等；高水壓致使二襯嚴(yán)重破損。

2.2 二襯開裂

裂縫一般自襯砌內(nèi)開口，沿襯砌厚度逐漸減少，一般不貫穿整個襯砌厚度。隧道裂縫以拉裂為主，壓剪裂縫相對較少。

①混凝土原因：襯砌拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足就開始受力，從而使混凝土產(chǎn)生裂縫；混凝土施工過程中，任意加水，不按配合比施工；混凝土澆筑過程中離析，振搗不充分；澆筑停留時間過長，產(chǎn)生冷縫；混凝土本身的干縮與冷縮也是產(chǎn)生裂縫的重要原因，特別是在北方溫差變化大的地方，這種裂縫就特別顯著。

②襯砌厚度、強(qiáng)度不足：局部欠挖、二襯背后空洞（尤其是拱部）等造成二襯厚度不足，混凝土強(qiáng)度或鋼筋設(shè)置達(dá)不到安全承載力的要求。

③地形偏壓和地質(zhì)偏壓：巖溶隧道，地質(zhì)偏壓較明顯。洞周局部處于填充型溶洞或溶蝕破碎帶，襯砌結(jié)構(gòu)局部承受較大的圍巖主動荷載。

④初支與圍巖不密貼、二襯與初支不密貼：巖溶隧道，支護(hù)與圍巖不密貼情況更普遍。隧道通過巖溶空腔，支護(hù)既無圍巖主動壓力的作用，也無抵抗襯砌變形的圍巖被動彈性抗力的作用，即破壞了襯砌結(jié)構(gòu)的受力平衡狀態(tài)。而且，隨著空洞規(guī)模及其與隧道相對位置的差異，會形成不同規(guī)模、位置、形態(tài)的裂縫。

⑤邊墻基礎(chǔ)底虛渣未清除干凈，導(dǎo)致承載力不足，邊墻下沉將邊墻混凝土拉裂，形成水平裂縫。

⑥基底軟弱，造成差異沉降，易造成環(huán)向裂縫。

⑦爆破震動破壞。

2.3 隧道滲漏

隧道滲漏水一般有浸滲、滴漏、滲漏和涌漏，與匯水通道及匯水量密切相關(guān)。

①防水混凝土失效：不按配合比施工，過程中隨意加水；混凝土澆筑高度大于2m，不采取措施造成離析；振搗不到位，混凝土不密實；拆模時間過早；養(yǎng)護(hù)不到位等。

②施工縫、變形縫處理不當(dāng)：止水帶、止水條安裝不規(guī)范；止水帶、止水條與混凝土不密貼。

③防水板失效：不注意保護(hù)，存在破損；防水板搭接不過關(guān)。

④排水系統(tǒng)失效：二襯澆筑或注漿過程中，砂漿、漿液堵塞，不能排水。另外，排水盲管、泄水孔設(shè)置間距過大，襯砌背后水越積越多，就在相對薄弱的地方滲漏排泄出來。

2.4 勘察、設(shè)計

①輕防水，采用P8等級混凝土，隧底無防水結(jié)構(gòu)措施。

②Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳb級、Va級二襯均不設(shè)置鋼筋，地質(zhì)較設(shè)計異常時，承載能力不足。

③選線存在缺陷，元寶山隧道線路幾乎平行于區(qū)域斷層走向、褶皺走向，且全隧在其影響范圍內(nèi)，出露地表的綺陌斷層層面與線路間距最近約80m，陳家寨背斜與線路間距最近約40m。巖溶發(fā)育地區(qū)，巖溶往往在斷層破碎帶、褶皺、巖層層面、結(jié)構(gòu)裂隙等條件下加速發(fā)育，其自身也成為地下水流通的通道，加重了隧道病害的程度。

④日降雨量超過設(shè)計允許值，導(dǎo)致隧道防排水設(shè)施超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，必然導(dǎo)致襯砌壁后積水無法及時排除，造成局部水壓力過大，從而襯砌開裂、滲漏水等。

3 病害整治技術(shù)

3.1 嚴(yán)重破損二襯拆換

襯砌嚴(yán)重破損變現(xiàn)為裂縫交叉分布且裂縫較寬，局部擠出有錯臺、部分剝落等，原襯砌已經(jīng)失去了使用功能，需拆換。重新施作的襯砌要適應(yīng)地質(zhì)條件、受力要求，一般來講應(yīng)比原襯砌有所增強(qiáng)。巖溶隧道此類病害往往是水的問題產(chǎn)生，需格外注意防排水問題。

主要處理措施：

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①在破損拆除段上方施作鎖定加固錨管。在邊墻破損段按縱向1m間距施作Φ89拱腳鎖定錨管，錨管按高于邊墻破損上邊界0.5m整齊布置，單根長度3m，并壓注無收縮水泥漿。為防止襯砌失穩(wěn)，拆除破損邊墻砼時，應(yīng)對保留部分做變位觀測，必要時在破損邊墻對側(cè)起拱線設(shè)置部分錨桿。

②拆除破損襯砌并施作型鋼支柱，先拆立兩端形成門式支撐，再拆除中間部分。襯砌鎖定（腳）完成后，剝離受損邊墻混凝土及防水板，形成開放性排水。先從破裂邊墻兩端短距離（1m以內(nèi)）進(jìn)行破損混凝土拆除，并對兩端實施鋼架支頂，形成門式支撐，其余部分由兩側(cè)向中間逐榀拆換。采用I20型鋼，間距1m。施工時候，注意鋼架立于穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，并在輪廓線以內(nèi)。為增加支柱剛度，于破損線以下20cm設(shè)置I20型鋼橫梁將鋼架支柱連接為一體，橫梁以下采用Φ16縱向鋼筋連接，鋼筋間距1m。若襯砌破損段跨施工縫，則在施工縫兩端處采用雙I20鋼架支撐。

③型鋼支柱通過系統(tǒng)錨桿固定，錨桿直接與鋼架連接。錨桿采用Φ25全長錨固型錨桿或Φ25中空注漿錨桿（針對圍巖破碎或滲水嚴(yán)重段），長4m，梅花形布置，間距1m，端部與鋼架焊接。噴混凝土，采用C25噴射混凝土將支柱至圍巖面噴射密實，按噴混凝土厚度均勻設(shè)置3層閉口型鋼筋網(wǎng)，Φ6鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距10cm×10cm。

④鋼架背后設(shè)置Φ50盲管；根據(jù)滲水情況可增設(shè)Φ200排水管，并在底部設(shè)置開放式排水措施。

圖1 二襯拆換支護(hù)圖

⑤襯砌背后存在巖溶空腔時，需另外增加措施：首先對溶洞底采用C20混凝土順坡鋪砌，厚度20cm，坡度不小于5%。鋪砌混凝土中間設(shè)Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm×20cm；順溶洞側(cè)壁設(shè)置Φ200PVC管，縱向間距2m，引排水至側(cè)溝；鋪砌完成后于襯砌背后設(shè)置1m厚C20混凝土擋墻，擋墻與溶洞側(cè)壁之間空洞采用大卵石回填。

3.2 襯砌裂縫處理

本次隧道襯砌裂縫主要為縱向裂縫，較嚴(yán)重的共12處，未見拱部裂縫，邊墻裂縫寬度約0.5～1mm，部分裂縫處滲水較嚴(yán)重。

錨固注漿處理措施：

①在裂縫上下各0.5m處施作騎縫錨桿，縱向間距0.75m，梅花形布置，錨桿采用Φ22水泥砂漿錨桿或Φ25中空注漿錨桿（針對圍巖較為破碎或滲水嚴(yán)重），長度為3m。在騎縫錨桿上下各1.2～1.5m處施作加固錨桿，錨桿采用Φ22水泥砂漿錨桿，長度為3m。注漿采用硫鋁酸鹽水泥漿液。

②對受噴面砼鑿毛、清洗，進(jìn)行網(wǎng)噴加固。

③對錨桿加固范圍內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)噴混凝土封閉加固。Φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距15cm×15cm，噴混凝土厚度15cm。

圖2 襯砌裂縫處理示意圖

3.3 隧道滲漏水處理

結(jié)合襯砌加固對漏水點進(jìn)行注漿止漏處理，比較集中的出水點輔以鑿槽引排方式處理。

①邊墻滲水，沿出水點開鑿引水槽，引至排水溝。小槽斷面5×5cm，將小槽四周修整順暢，平順。取半根50mmPVC反扣于小槽內(nèi)，要盡量與內(nèi)壁靠攏，用堵水劑或環(huán)氧樹脂砂漿等高防滲性的材料將小槽填實并抹平。如還未能解決問題，則要用嵌縫密封膠將整個小槽全部密封。

②拱部注漿止水。按1～2m間距布設(shè)注漿孔，孔徑為42mm，孔深應(yīng)嚴(yán)格不大于各段襯砌厚度，不能打透初期支護(hù)。采用化學(xué)漿液注漿（漿液采用普通硫鋁酸鹽水泥單液漿，水灰比0.38，摻加1%減水劑），采用擠壓泵注漿，注漿壓力0.3～0.4MPa。

③施工縫、沉降縫滲漏水處理：將滲水施工縫或沉降縫沿滲水點開鑿1cm的小縫，充分清除石屑、粉塵，在小縫底部壓入底襯泡沫條，起到導(dǎo)流的作用。然后用灌縫槍將單組反應(yīng)型聚氨酯嵌縫膠或雙組份聚氨酯嵌縫膠等嵌縫材料壓入縫內(nèi)至密實。

4 結(jié)語

①在對元寶山隧道病害分析的基礎(chǔ)上，采取了針對性的措施，取得了比較好的效果。

②對于巖溶隧道，要重視地表踏勘、超前地質(zhì)預(yù)報工作，加強(qiáng)施工期間的滲水量統(tǒng)計。富水隧道，則采取地表封堵引排、抗水壓襯砌形式、泄水洞、局部增加引排水管道、打泄壓孔等方式避免水害的發(fā)生。

③設(shè)計單位、施工單位要轉(zhuǎn)換重結(jié)構(gòu)輕防水的理念，尋求更有效的防排水結(jié)構(gòu)措施，施工過程中保證施工質(zhì)量。

④隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和各種新型材料在施工中的廣泛應(yīng)用，隧道病害整治應(yīng)采取治標(biāo)與治本并重的原則，以避免造成不必要的安全事故發(fā)生。

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1007-7359（2016）06-0116-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.044

顧智剛（1981-），男，畢業(yè)于河海大學(xué)，碩士，工程師。