祁家大山隧道套襯加固方案

羅鵬

摘 要：祁家大山隧道出現了拱腳沉降、變形侵限、路面隆翹等嚴重病害，通過全面檢測并分析病害原因，提出增設鋼筋混凝土套襯、仰拱及仰拱底中心排水溝的加固方案。隧道加固后已通車運營，取得了較好的整治效果。

關鍵詞：隧道；病害；套襯；加固

中圖分類號：U475.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0090-02

1 工程概況

G312線祁家大山隧道建成于1995年，起訖樁號K1897+ 335～K1898+195，全長860m，縱坡1.57%。建筑限界凈寬10.5m，凈高5m。隧址區上覆第四系上更新統風積黃土，下伏新近系甘肅群粉砂質泥巖，圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級。隧道采用二次模筑襯砌，淺埋段一次襯砌全斷面厚度45cm，采用25號鋼筋混凝土，設置35cm厚仰拱，采用25號混凝土；深埋段一次襯砌全斷面厚度40cm，采用25號混凝土，不設仰拱設置35cm厚封底層，采用15號混凝土。全隧道二次襯砌厚度均為35cm，采用25號混凝土。隧道兩次襯砌中間敷設防水土工布，一次襯砌左右兩側邊墻布置15×15cm預制縱向排水溝與防水土工布銜接。洞內路面為20cm厚30號混凝土面板，淺埋段仰拱和路面之間采用15號片石混凝土填充，深埋段未設置仰拱，無仰拱填充。

2 運營期間病害處治

1996年3月至5月，洞內路面及電纜溝蓋板出現縱橫向裂縫，至9月襯砌出現環向及縱橫向裂縫，拱腳沉降、電纜溝蓋板隆翹等病害。1997年1月至1998年底，經連續兩年的洞身沉降與收斂觀測及鉆孔探測，收集施工、監理原始資料，分析施工中的塌方及處理、防排水施工完成情況及滲漏水原因后，1998年針對洞內病害采用“鉆孔壓漿加固基底，滲管盲溝導排，路面加鋪層”方案進行處治，基本抑制了病害發展，但對洞身襯砌未做處理。

2003年3月以來襯砌頂部裂縫發生掉塊，局部段落裂縫發展夾少量滲水，同時路面出現多處縱向裂縫3～6mm不等，右側人行道出現縱向裂縫與拱腳下沉。2003年5月，對襯砌厚度及襯砌背后空隙與回填狀況，裂隙水分布、襯砌斷面變形及沉降、襯砌混凝土強度等進行了檢測。2006年采用“局部拱周壓漿加固、鋼支撐補強，完善排水系統”方案對隧道病害段襯砌進行加固，滿足了安全保通的要求，但隧道病害仍在不斷發展。

3 病害情況調查

為全面深入了解病害情況，分析病害產生的原因，提出安全經濟的加固方案，在收集原有資料的基礎上，需對隧道進行專項檢測。根據檢測，病害主要表現為：襯砌裂縫；襯砌掉塊；襯砌滲漏水；人行道縱向裂縫及拱腳下沉；路面裂縫、破損及沉陷；隧道凈空侵限。

3.1 隧道凈空斷面

采用激光斷面儀對凈空斷面進行檢測，除K1897+339 ～K1897+379段及K1897+439處外，均不符合設計要求； K1897+629～K1897+885、K1897+905～K1897+959、K1897+988～K1898+038、K1898+058～K1898+155段實測輪廓線侵入設計輪廓線較大。

3.2 襯砌厚度及強度

采用地質雷達對襯砌混凝土厚度進行檢測，襯砌厚度合格率為72.9%。采用回彈法對襯砌強度進行檢測，襯砌強度推定值均不滿足設計強度。

3.3 襯砌裂縫

檢測時發現62條襯砌裂縫，總長378.2m，主要分布于K1897+335～K1897+535、K1897+935～K1898+195段。裂縫主要分布在邊墻及拱腰范圍，其中左邊墻及拱腰裂縫的數量占裂縫總數量的29%，右邊墻及拱腰裂縫的數量占裂縫總數量的55%；拱頂裂縫數量占裂縫數量的16%。裂縫類型以豎向裂縫和環向裂縫為主，其中豎向裂縫43條，占裂縫總數的77%；縱向裂縫7條，占裂縫總數的9%；斜向裂縫1條，占裂縫總數的1%；環向裂縫11條，占裂縫總數的13%。

3.4 襯砌滲漏水

檢測時發現襯砌滲漏水28處，集中在K1897+395～K1897+500、K1897+635～K1897+785、K1898+180～K1898+195段落，滲水類型以施工縫點狀滲水和線狀滲水為主，有少量點狀滲水；該段滲漏水致使襯砌混凝土腐蝕、剝落。

3.5 襯砌背后空洞

檢測時發現襯砌背后空洞21處，主要分布在拱頂及左右拱腰，單測線累計長度325m，占隧道總長的37.7%。

3.6 隧道仰拱及仰拱填充

采用地質雷達與鉆芯取樣結合的方法對仰拱厚度及填充密實性進行檢測。采用地質雷達檢測時，在距路面中線左側2m布置測線，鉆芯取樣每90m抽查1處。經檢測，仰拱填充不密實段落共14處，累計長度369m；10處仰拱鉆芯取樣中，淺埋段檢測4處，深埋段檢測6處；經檢測，淺埋段4處仰拱厚度不符合設計要求，深埋段除1處總厚度符合設計要求外，其他5處總厚度不符合設計要求。

3.7 洞內路面

檢測時發現混凝土路面出現縱向、橫向及斜向裂縫；局部段落路面破損嚴重，存在沉陷、隆翹。

4 病害原因分析

4.1 地質原因

隧道穿越第四系上更新統風積黃土及新近系甘肅群粉砂質泥巖，粉砂質泥巖未見水時其強度較高，遇水后強度衰減較大，經地下水長期滲透，物理特性發生變化，圍巖壓力增大；隧道底部未設置仰拱，未形成封閉結構，拱腳及基底的強度不足，襯砌變形加大，產生過度沉降，引起襯砌開裂、凈空侵限及路面隆翹。

4.2 結構原因

隧道襯砌厚度和強度不足，造成結構抗彎能力減小；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構，結構受力不合理，易產生襯砌裂縫。

4.3 施工原因

隧道襯砌混凝土施工采用小模板澆筑，施工縫多且密，防水的薄弱部位較多。隧道未設置中心排水溝，兩側邊墻縱向排水盲溝未經養生進行安裝，其強度較低，在鋪設上層混凝土時受壓破壞，造成堵塞失效，襯砌周圍地下水不能正常排泄，襯砌周圍水壓力增大。endprint

4.4 溫度原因

隧道位于季節性冰凍區，早晚溫差大，襯砌內部溫度應力隨氣溫循環變化，造成襯砌開裂，施工縫滲水在凍融循環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。

5 病害處治方案

5.1 襯砌裂縫修補

采用低壓注環氧樹脂漿法對大于0.2mm的裂縫進行修補。先在裂縫位置上貼白膠布，再用窄毛刷沾漿沿裂縫來回涂刷封縫，大約10分鐘后，揭去白膠布，露出小縫，粘貼注漿嘴。注漿操作時先用補縫器吸取注漿液，插入注漿嘴，用手推動補縫器活塞，使漿液通過注漿嘴壓入裂縫，當相鄰的嘴中流出漿液時，就可拔出補縫器，堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿，水平縫一般從一端到另一端逐個注漿，注漿壓力為0.15～0.2MPa。

5.2 襯砌背后空洞回填

采用混凝土鉆芯機鉆φ42mm的注漿孔，注漿孔穿透原襯砌；并在孔內安放φ36×3mm注漿鋼管，注漿孔在長度大于3m的段落按3m間距設置一處；注漿材料為水泥漿液，水泥漿水灰比1：1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

5.3 套襯加固

襯砌裂縫及空洞處治完后，在原襯砌內側設置40cm厚C30鋼筋混凝土套襯，并設置60cm厚C30鋼筋混凝土仰拱與套襯連接成環，與原襯砌組合形成二次模筑結構共同承載，解決原襯砌開裂、侵限變形問題。新增套襯結構與原二次襯砌間設置復合防水層，重新設置位于仰拱以下的中心排水溝，通過設置環向、縱向及橫向排水管形成完善的防排水系統解決隧道滲漏水及原排水系統堵塞問題。加固后的隧道滿足設計行車速度40km/h凈空要求，隧道建筑限界凈寬9.5m，凈高5m。

根據沉降和變形病害嚴重程度不同，凈空未侵限和侵限小于10cm的段落，套襯內設雙層鋼筋網；凈空侵限界于10～20cm的段落，套襯內設單層鋼筋網和H175型鋼拱架，拱架間距1m；凈空侵限大于20cm的段落，套襯內設單層鋼筋網和H175型鋼拱架，拱架間距75cm。為保證隧道底部拆除時上部結構穩定，先采用無縫鋼管在兩側拱腳部位進行注漿鎖腳，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。

5.4 防排水系統

（1）洞內。1）切槽引排。原襯砌滲漏水嚴重段落環向施工縫采用切槽引排處理，排水暗槽由拱頂延伸至拱腳縱向排水盲溝；暗槽切成后，清除干凈后方可埋管，排水半圓管埋置好后，用PE-U排水管卡和塑料膨脹螺絲固定排水半圓管；填塞含有堵漏材料的普通硅酸鹽水泥砂漿密封，最后模筑C30防水混凝土。2）環向半圓管排水。原襯砌混凝土滲漏水輕微或未滲水段落環向施工縫，采用環向排水半圓管處理，排水半圓管敷設好后，用PE-U排水管卡和塑料膨脹螺絲固定排水半圓管。3）墻腳泄水孔。原襯砌混凝土滲漏水嚴重段落在距原人行道10cm處二襯墻腳按6m間距打設泄水孔，孔內安裝φ50PE排水管，管頭用雙層無紡布包裹。4）復合防水層。施工縫處理完后，在新作套襯與原襯砌之間設置一層復合防水層，要求在鋪掛防水層前處理好原襯砌滲漏水，不得有明水。5）止水條、止水帶。內側套襯變形縫在襯砌結構形式變化處及暗洞段按縱向60m間距設置，另在隧道進、出口段連續設置三道。由于隧道地下水發育，施工縫及沉降縫處均設置帶排水孔的背貼式橡膠止水帶。6）中心排水溝。將原混凝土路面、15號片石混凝土回填及混凝土仰拱或15號封底混凝土拆除，增設仰拱底部中心排水溝，通過設置橫向排水管將匯集到縱向排水管的地下水和通過切槽引排匯集的施工縫及裂縫位置處的滲漏水引入中心排水溝排出隧道。

（2）洞外。為防止隧道外路面水進入隧道內，在隧道出口設置路面截水溝，攔截出口路面積水并引流至隧道洞外兩側的邊溝中，匯入到附近涵洞排至自然溝谷。

5.5 路面

隧道內路面破損嚴重，拆除水泥混凝土路面、15號片石混凝土回填及混凝土仰拱或封底混凝土，增設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，然后施做9cm厚瀝青混凝土路面層。

6 結論與體會

（1）隧道產生病害的過程極復雜，包括地質、結構及施工等因素，祁家大山隧道加固處治前詳細收集了隧道設計和文獻資料，對隧道進行了全面檢測，找到病害產生的正真原因。提出增設套襯、重設仰拱和完善防排水系統的處治方案，較好地解決了隧道病害問題。實踐證明，采用的處治措施是合理、有效的，可為今后類似工程提供借鑒。

（2）該隧道處治的關鍵在于對地下水的處理，保證施工后隧道內地下水排泄暢通是病害處治成功的必要條件。該隧道出現如此嚴重的病害，其原因就是受設計施工理念限制，對地下水的處理重視程度不夠。

（3）仰拱作為隧道結構支護體系的重要組成部分，對隧道結構受力和穩定起關鍵作用。因其屬于隱蔽工程，往往受重視程度不夠，監管力度不足；在施工中應引起高度重視，進行過程控制，強化質量驗收，將仰拱施工質量作為隧道施工質量信用評價和質量評定的重要內容。

參考文獻

[1]公路隧道養護技術規范（JTG H12-2015）[S].北京：人民交通出版社，2015.

[2]公路工程技術標準（JTG B01-2014）[S].北京：人民交通出版社，2014.

[3]公路隧道設計規范（JTG D70-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004.

[4]關寶樹.隧道工程維修管理要點集[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]楊惠林.祁家大山隧道病害原因分析及加固方案[J].公路，2004，（8）：187-190.endprint