隧道工程襯砌及病害處治論述

孫典進

[摘要]文章結合某工程實例，從工程概況、隧道病害情況、病害原因、病害處治方案及病害處治施工這幾方面進行了詳細的論述。

[關鍵詞]襯砌開裂；隧道基底加固；襯砌加固；病害處治

一、工程概況

某隧道為雙向4車道分離式隧道，長度為1055m，屬長隧道，最大埋深約150m，全隧道設置人行橫洞2座，車行橫洞1座。隧道于2009年3月開工，2010年6月貫通，2012年7月通車運營。隧址區地層劃分為：第四系坡殘積層（Qdl+el）、和石炭系下統巖層（cl）巖性以砂質灰巖、砂巖、泥巖為主，除此之外，尚包含石英砂巖、頁巖、含炭質的頁巖和泥巖等多種巖性，多以互層狀分布。隧道穿越地層巖性為石炭系下統泥巖，圍巖以Ⅳ、v級圍巖為主。隧址區地下水主要為埋藏于第四系覆蓋層中的孔隙水和基巖中的裂隙水，屬包氣帶中的重力滲入水類型。地下水僅靠大氣降水補給，向坡下滲透排泄或以泉水形式出露地表，儲量有限，而且受降雨影響明顯。隧道按照新奧法原理進行設計施工，采用復合式襯砌結構。隧道襯砌結構設計以錨、噴、網聯合支護為初期支護，模筑混凝土為二次支護措施，Ⅴ級圍巖段二次襯砌采用C25鋼筋混凝土結構，Ⅳ級圍巖段二次襯砌采用c25素混凝土結構。明洞采用C25鋼筋混凝土結構。根據設計文件，隧道病害嚴重段穿越地層巖性為中風化泥巖，呈薄一中厚層狀構造，巖層產狀平緩，不利隧道開挖，其中泥巖遇水易軟化，飽和抗壓強度Rc=12MPa，屬軟巖，圍巖級別為Ⅳ級圍巖。

二、隧道病害情況

1.襯砌裂縫情況：隧道裂縫主要集中在隧道邊墻檢修道以上1～1.5m高度范圍，以縱向、斜向裂縫為主，單條裂縫最大長度近125m，裂縫寬度在1.2～4.5mm，裂縫為貫穿性結構裂縫，并伴有輕微錯臺現象。

2.路面病害情況：隧道路面病害主要為路面網狀裂縫、破損以及路面中部隆起，其中隆起最大處達5cm。

3.檢修道病害情況：隧道檢修道病害主要為檢修道側墻擠壓變形錯位，向隧道中心方向位移。

三、病害原因分析

1.地質原因。該段隧道穿越地層巖性為中風化泥巖，呈薄一中厚層狀構造，巖飽和抗壓強度Rc=12MPa，屬軟巖，具有弱膨脹性，遇水易軟化和產生膨脹，且隧道埋深較大（100m左右）。綜合考慮地質與埋深情況，隧道襯砌承擔的圍巖壓力較大，隧道邊墻基礎可能存在承載力不足的問題。

2.勘察設計原因。該段泥巖具有強度低、有遇水易軟化的等特點，結構設計人員對地質特點認識不足，未按規范要求（《公路隧道設計規范>>JTG D70-2004第8.1.4條第2款要求）“在Ⅳ～Ⅵ級圍巖條件下，圍巖自穩能力差，側壓力較大，地基承載力弱…。Ⅳ～Ⅵ級圍巖兩車道隧道宜采用帶有仰拱的襯砌斷面形式。”設置仰拱，導致隧道結構形式欠妥。

3施工原因。可能存在遇到實際地質情況與原設計不符時，未能進行動態調整。

4.排水系統堵塞。可能存在此段排水系統堵導致隧道基地軟化膨脹，承載力不足，引起病害。通過上述分析，隧道基底軟化膨脹、承載力不足是襯砌病害產生的主要原因，因此隧底加固為病害處治的關鍵，須要對隧道底部基礎進行補強、加固。

四、病害處治方案比選

（一）襯砌增加仰拱（方案一）

在原來沒有設置仰拱的原結構上增設仰拱，改善隧道受力性狀，限制隧道底部和邊墻變形，根據原隧道結構情況，新增仰拱曲率半徑為12.5m，結構采用40cm厚型鋼骨架混凝土。具體的實施步驟如下：①拆除隧道檢修道：②在隧道兩側墻腳以100cm縱向間距向下設置2根6m長φ127×5mm注漿鎖腳鋼管樁，穩定拱腳，保護襯砌結構安全：③拆除隧道路面和排水溝④開挖隧底至隧道仰拱設計標高；⑤在邊墻底腳通長設置連接鋼板，連接鋼板通過錨栓固定，與鋼管樁結合處采用鋼筋幫焊：⑥設置I20a鋼架，縱向間距75cm，與隧道邊墻連接鋼板連接。采用錨栓連接后，騎縫焊接；⑦澆筑仰拱混凝土；③隧道中心水溝恢復；⑨仰拱回填并依次恢復路面、排水邊溝與檢修道。

（二）隧底注漿加固（方案二）

對隧道基底注漿加固，提高地基承載能力。注漿加固深度為墻腳以下5m范圍，注漿漿液為水泥一水玻璃雙液漿。具體的實施步驟如下：①拆除隧道檢修道：②在隧道兩側墻腳以100cm縱向間距向下設置2根6m長φ127×5mm注漿鎖腳鋼管樁，穩定拱腳，保護襯砌結構安全：③拆除隧道路面和排水溝；④開挖隧底至隧道墻腳設計標高并整平：⑤按100×100cm間距梅花形布設5m長φ89X4mm注漿鋼管樁，采用水泥一水玻璃雙液漿對地基進行注漿加固；⑥設置I20a鋼架，縱向間距75cm，與隧道邊墻連接鋼板連接。采用錨栓連接后，騎縫焊接；⑦隧道中心水溝恢復；③澆筑鋪底混凝土并依次恢復路面、排水邊溝與檢修道。

（三）方案對比從結構受力、施工質量控制、施工安全、施工難度四方面對以上2個處治方案進行了綜合對比，各方案優缺點如下：①襯砌增加仰拱方案優點：隧道結構受力性能好：限制隧道底部邊墻變形效果：施工質量控制容易：通過設置鋼拱架能限制施工中邊墻變形，保護襯砌結構安全。②襯砌增加仰拱方案缺點：隧道基底地基條件未能改善：施工工藝較復雜且施工組織較復雜。③隧底注漿加固方案優點：隧道地基承載力好：施工組織較簡單。④隧底注漿加固方案缺點：地基加固質量控制較難：注漿加固初期，漿液中水會軟化地基：施工中可能需要設置臨時支撐限制隧道邊墻變形。通過以上綜合對比，最終確定采用襯砌增加仰拱方案（方案一）對隧道病害進行處治。

五、病害處治施工

對隧道進行交通封閉后，按照襯砌增加仰拱方案處治隧道襯砌病害，具體的實施步驟與前述一致，此外還應注意以下幾點：①每次拆除段落應不超過5m，并應盡早澆筑仰拱。②施工中應對中心排水管內流水進行臨時引排并應注意保護接口，防止堵塞。③鋼管樁縱向應間隔施工，單側應依次施工，以避免邊墻基礎因局部掏空或地基軟化而下沉失穩。襯砌增加仰拱方案施工完成后，還需對襯砌裂縫進行處治。襯砌裂縫處治采用設置錨桿和注漿填充方案處治，沿裂縫方向按100cm間距梅花型布置2排單根長度3m的+22早強藥卷錨桿，錨桿墊板鑿槽設置，墊板槽深度應滿足錨桿尾部埋入襯砌內緣1cm。另外在裂縫的端部以外再多布置一根錨桿。錨桿施工完成后對裂縫用環氧膠液注漿加固。

六、結束語

病害處治完成后，經過半年運營過程中的監控，病害已停止發展，達到了處治目標，為運營安全提供了有力保障。通過以上論述，以期為類似工程的設計與施工提供參考。