跳格拆換二次襯砌在茶林頂隧道人行橫洞襯砌病害處治設計中的應用

陳 棚，余 順，韓自強，葉建虎

(招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶市 400067)

1 隧道概況

茶林頂隧道位于廣東省廣昆高速公路粵境河口至平臺段(簡稱云梧高速)，是國家高速公路“7918”網中第十八橫(廣州至昆明高速公路)的組成部分。茶林頂隧道位于茶林頂重丘山嶺區，主要巖性有上泥盆統榴江組砂巖、中泥盆統東崗嶺組白云質灰巖、頁巖等，地下水類型為基巖裂隙水及第四系松散層孔隙水。為雙洞四車道分離式隧道，設計速度80km/h，其中左洞長2691m，右洞長2600m。RK124+910(原設計樁號RK73+387)位置人行橫洞全長約68m，該段巖體為灰巖；圍巖由弱-微風化組成，裂隙發育，巖石破碎，強度較高，III級圍巖，節理裂隙發育帶，大部分存在破碎帶或物探異常帶，富水。

茶林頂隧道在2010年6月30日通車，已經運營近8年。2015年云梧高速全線隧道定期檢查及2016年關于茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞專項檢查期間，發現茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞局部段落兩側邊墻存在呈對稱性的縱向裂縫、斜向裂縫，并與環向裂縫交匯，橫洞內兩側排水溝積水較多，且襯砌裂縫近期發展較快，深度較深。為了確保隧道運營安全，經過業主對方案的討論，擬采用跳格拆換二次襯砌方案對茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞進行結構加固處治。

2 病害檢測

2.1 表觀病害檢查

RK124+910橫洞洞身共有23處病害：環向裂縫10條，縱向裂縫3條，斜向裂縫8條，浸滲2處。該橫洞“+38.0～+49.5”和“+49.5～+57.5”(樁號以從左線往右線為前進方向)兩模襯砌的兩邊邊墻環向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫交織，邊墻局部位置裂縫將襯砌分割成“塊狀”，橫洞內兩側排水溝積水較多，局部邊墻縱、環向裂縫深度已超過10cm，橫洞襯砌病害有明顯發展跡象。

2.2 地質雷達探測

RK124+910位置人行橫洞5條二次襯砌雷達測線共檢測65個點，合格點數63個，合格率97%,設計二次襯砌厚度為30cm，最小二次襯砌厚度為25.3cm。二次襯砌5條雷達測線中共檢測出4處連續脫空，最大脫空長度6m，最大高度約9～11cm，襯砌裂縫嚴重段“+38.0～+57.5”邊墻和拱部測線不存在脫空。

2.3 混凝土強度檢測

以單模混凝土為單位，對人行橫洞“+38.0～+49.5”、“+49.5～+57.3”的2模混凝土強度采用回彈法檢測。根據檢測結果，“+38.0～+49.5”回彈強度58.9MPa，“+49.5～+57.3”回彈強度41.8MPa，均滿足設計要求(設計強度20MPa)。

2.4 橫洞實際寬度、高度量測

本次抽檢橫洞5個斷面的實際寬度和高度，5個抽檢斷面樁號為“+10”、“+20”、 “+30”、“+40”、“+50”(從左線往右線)，5個斷面實際寬度、高度檢測結果表明實測斷面的寬度都大于原設計寬度，局部高度也略有富余。

3 病害原因分析

經現場查看，并結合竣工圖及檢測報告，分析該段在橫洞二次襯砌厚度、強度均滿足設計要求、邊墻和拱部測線少量存在脫空的情況下裂縫發展嚴重，推斷橫洞襯砌裂縫主要是由于該段地質條件較差造成。根據竣工資料及2016年專項檢測報告分析，橫洞處于斷層破碎帶段、圍巖富水，推斷因襯砌背后圍巖松弛對襯砌形成作用力、或襯砌背后水壓力較大使襯砌產生裂縫的可能性較大。

4 隧道原設計

人行橫洞采用復合式襯砌，III級圍巖段初期支護采用5cm厚噴射混凝土、二次襯砌采用30cm厚C20模筑混凝土，路面采用10cm厚C20混凝土(如圖1所示)。拱墻布設PVC復合排水板，襯砌背后設置環向盲管，將襯砌背后地下水引至縱向排水管中，然后通過Φ5橫向導水管將地下水引至路側邊溝中。排水溝深5cm，寬10cm。

5 病害處治設計

檢測結果表明茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞存在二次襯砌持續開裂、局部二次襯砌脫空、拱腳積水等問題，襯砌結構承載力有所下降，因此建議對襯砌結構進行病害處治，以提高隧道襯砌結構的承載能力。

初期設計方案建議比選采用“現有二襯內側增設鋼筋混凝土套襯加固+加密橫向泄水孔+底板增設邊墻鋼筋混凝土支撐梁” 或“現有二襯內側開槽嵌拱+噴混+防排水改造” 的方案。但襯砌裂縫后期發展較快，深度較深，原處治方案內輪廓可能會侵入建筑限界等情況；通過專家論證比選及對隧道長期安全性考慮，最終確定該人行橫洞采用“重新拆換二次襯砌+防排水改造”方案，改善當前結構安全水平。為確保現場拆換二次襯砌施工安全，作業時間及空間條件極其有限，并避免拆換過程中出現重大塌方等不可控險情，擬采用“跳格拆換二次襯砌+臨時工字鋼防護+超前小導管”相結合的方案；同時徑向注漿加固圍巖，以發揮圍巖的自承能力；加密兩側拱腳橫向泄水孔，加大兩側水溝寬度和深度并接至主洞側排水溝。

5.1 病害處治方案

(1)斷面測量與復核，并確定處治段落。

(2)施作臨時鋼架，鋼架與二次襯砌表面間采用木楔塊塞緊，焊接鋼架間的縱向連接筋。

(3)進行襯砌背后徑向注漿加固圍巖。

(4)進行跳格拆除二次襯砌及防水板，超前注漿，局部拆除臨時支撐，每個循環拆除二次襯砌長度建議不超過3m。

(5)破除路面，擴挖仰拱。

(6)綁扎仰拱鋼筋預留接頭并施作仰拱及回填。

(7)鋪掛拱墻防水板及排水系統。

(8)疏通并接長拱腳處原有泄水管，再按縱向間距3m來加密預埋泄水管，出水管口用廢棄布料包裹封口。

(9)加寬加深人行橫洞左右兩側拱腳處的水槽，直至與主洞排水溝相接。

(10)綁扎拱墻鋼筋并施作拱墻二次襯砌(主筋縱向間距20cm/根，箍筋環向間距30cm/根，C30模筑混凝土)，并拆除或新增臨時鋼架。

(11)對下一段二次襯砌進行拆換，重復上述(4)～(10)步驟，直至完成所需處治段落。

(12)拆除出水管口處廢棄布料，恢復泄水通暢。

圖1 人行橫洞原設計襯砌斷面圖

(a)拆換段襯砌配筋圖

(b)拆換段襯砌結構圖圖2 拆換段新建二次襯砌圖

5.2 二次襯砌跳格拆換設計

跳格拆換二次襯砌施工步序如下：

(1)架設臨時拱拱架及縱向連接筋。

(2)破除首段(95cm)二次襯砌混凝土，打入超前鋼花管支護。

(3)拆除緊鄰段(205cm)臨時鋼支撐，破除該段二次襯砌混凝土。

(4)模筑首模鋼筋混凝土二次襯砌(300cm)，割除超前小導管出露部分。

(5)跳一模二次襯砌，破除第二段二次襯砌，打入超前小導管。

(6)拆除該模二次襯砌緊鄰段臨時鋼支撐，破除該段二次襯砌混凝土。

(7)模筑第二模鋼筋混凝土二次襯砌，割除超前小導管出露部分。

(8)拆建臨時鋼架，破除第三段二次襯砌，打入超前小導管。

(9)拆除該段二次襯砌緊鄰段臨時鋼支撐，破除該段二次襯砌混凝土。

(10)模筑第三模鋼筋混凝土二次襯砌，割除超前小導管出露部，并進入下一循環施工。

(11)待所有二次襯砌拆換完成后，最后再拆除新增的輔助臨時鋼拱架。

具體施作過程詳見圖3。

6 結論

(1)人行橫洞運營后出現持續嚴重性病害目前還較少，針對其相應的病害處治方法也較少。由于人行橫洞斷面較小、作業面較窄、大型機械不能展開等特點，并結合后期運營安全及造價、病害嚴重程度等綜合情況，最終采用常規的拆換二次襯砌方案。該方案造價較低、施工風險小、耐久性好、技術成熟。

(a)架設臨時拱拱架及縱向連接筋，破除首段混凝土，打入超前鋼花管

(b)拆除緊鄰段臨時鋼支撐，破除該段二襯混凝土

(c)模筑首模二襯，并跳一模二襯，破除第二段二襯，拆除該模二襯緊鄰段臨時鋼支撐，破除該段二襯混凝土

(d)模筑第二模二襯，拆建臨時鋼架，破除第三段二襯，拆除該段二襯緊鄰段鋼支撐，破除該段二襯混凝土

(e)模筑第三模鋼筋混凝土二襯，割除超前小導管出露部分，并進入下一循環圖3 跳格拆換二次襯砌施工步序圖

(2)常規的連續拆換二次襯砌具有施工風險較大、前后擾動大、工期偏長、作業面窄等特點，本次采用的跳格拆換二次襯砌相對于連續拆換二次襯砌減小了施工風險、前后擾動，縮短了工期，增加了作業面。

(3)臨時鋼支撐+超前小導管+跳格拆換二次襯砌+徑向注漿加固圍巖提高了施工安全性及可操作性，具有推廣應用的價值，希望能為以后主洞隧道及人行橫洞、車行橫洞初期支護及二次襯砌拆換處治時提供新思路、新方法。

(4)無仰拱段人行、車行橫洞出現持續性嚴重病害時，如需要拆換二次襯砌時，建議可向下擴挖仰拱，并對仰拱二次襯砌進行配筋加強，優化力學性能，提升襯砌穩定性及安全性。