隧道二襯混凝土開裂原因及施工處治技術(shù)

黃種杰

(福建省海盛交通投資有限公司，福建 三明 365000)

1 工程概況

某隧道為連拱隧道形式，左洞為先行洞，右洞為后行洞，經(jīng)現(xiàn)場檢查后可知，ZK80+370+400(對應(yīng)YK80+360+390)段左幅二襯存在較明顯的開裂現(xiàn)象，具體以靠近后行洞側(cè)邊墻處居多，分布有大量縱向裂縫，于ZK80+386+388段出現(xiàn)最大裂縫，由于結(jié)構(gòu)受損，導(dǎo)致二襯鋼筋露出，且伴有向外側(cè)彎曲的變化趨勢。

2 隧道二次襯砌開裂的成因分析

(1)先行洞開裂部分的鋼筋存在向外側(cè)彎曲的變化特點(diǎn)，后行洞初支向右收斂。究其原因：受爆破作業(yè)的影響，先行洞及后行洞拱部交叉區(qū)域出現(xiàn)較明顯的擾動現(xiàn)象，圍巖完整度欠佳，初支注漿期間漿液密實(shí)度不足，局部伴有空洞現(xiàn)象，三角區(qū)穩(wěn)定性明顯下降；先行洞拱腳處的樁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，中巖柱失穩(wěn)，剪跨比明顯偏大，此條件下二襯開裂。

(2)后行洞駝背拆除時(shí)間不合理(偏早)，且在完成拆除作業(yè)后難以及時(shí)施作仰拱，源自于后行洞拱背的受力發(fā)生大范圍的轉(zhuǎn)移，完全由先行洞二襯承受，使該結(jié)構(gòu)因受力超出自身負(fù)荷極限而開裂。

(3)先行洞二襯按照80 cm的厚度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，在施工期間增設(shè)有豎向支撐結(jié)構(gòu)，該部分不具備完全傳遞荷載的能力，使二襯的有效厚度減小至55 cm，難以有效發(fā)揮出二襯結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢，隨之出現(xiàn)裂縫。

3 隧道二次襯砌開裂的處治技術(shù)分析

3.1 基于開裂病害的應(yīng)急加固

(1)考慮到施工安全方面的需求，特采取臨時(shí)應(yīng)急加固措施，即環(huán)向鋼架+橫向支撐+斜向支撐相結(jié)合的方式。為提高鋼架各部分結(jié)構(gòu)受力的均勻性，在二襯與鋼架間增設(shè)墊塊；加強(qiáng)測量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況并采取相適應(yīng)的處理措施。

(2)通過對二次襯砌變形量的觀測后，根據(jù)所得結(jié)果分析其質(zhì)量情況，若存在裂縫，則及時(shí)預(yù)測其發(fā)展趨勢，采取應(yīng)對措施。

(3)原結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后，易形成滲水通道，導(dǎo)致地表水逐步滲透至隧道內(nèi)，出現(xiàn)此方面的情況后需及時(shí)采取封堵措施。

3.2 裂縫的處治

(1)確定裂縫病害區(qū)域，將該處起皮剝落的混凝土清理干凈，用高壓風(fēng)沿裂縫作全面的清理，避免該處殘留雜物，再沿裂縫兩側(cè)依次設(shè)置注漿嘴，注入環(huán)氧樹脂，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的效果。

(2)沿隧道徑向設(shè)置“騎縫錨桿”，此舉的目的在于補(bǔ)強(qiáng)裂紋段二襯，以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的完整性。

3.3 塌腔的處治

受施工擾動、自然環(huán)境等方面的影響，隧道內(nèi)分布有振裂松動巖體，該部分伴有裂縫病害，嚴(yán)重影響到圍巖的穩(wěn)定性，易發(fā)生塌腔質(zhì)量問題。對此，提出如下處治措施：

(1)在出現(xiàn)塌腔后，對其展開全面的檢測，再以實(shí)際情況為參考合理組織注漿作業(yè)。注漿施工選擇的是φ42 mm小導(dǎo)管，所用材料為M20水泥砂漿，全程壓力穩(wěn)定在0.5～0.8 MPa。

(2)經(jīng)注漿處理后通過漿液有效填充塌腔，再進(jìn)一步采取加固措施，以構(gòu)成穩(wěn)定性較好的承載圈，從而有效降低圍巖形變壓力，提高圍巖的穩(wěn)定性。

3.4 粘貼碳纖維布

(1)溫度控制。膠結(jié)劑得以有效應(yīng)用的關(guān)鍵前提在于溫度穩(wěn)定在合理區(qū)間，要求現(xiàn)場溫度應(yīng)在5 ℃以上，若氣溫不滿足要求，則需采取加溫措施或轉(zhuǎn)為采用低溫特殊膠。溫度不達(dá)標(biāo)的情況下不宜使用膠結(jié)劑，否則將導(dǎo)致實(shí)際施工質(zhì)量無法滿足要求，并造成膠結(jié)劑浪費(fèi)現(xiàn)象。

(2)混凝土表面處理。以鋼絲輪角磨機(jī)為主要設(shè)備，將附著在混凝土結(jié)構(gòu)上的劣化層清理干凈，再用吹風(fēng)機(jī)吹去灰塵，使露出的表面具有潔凈、平整的特點(diǎn)。遇鋼筋銹蝕現(xiàn)象時(shí)，需采取人工除銹處理措施，涂抹環(huán)氧樹脂后再利用環(huán)氧砂漿作進(jìn)一步的處理，提高表面的質(zhì)量。若存在大孔徑的空洞現(xiàn)象，則需利用環(huán)氧砂漿填平，所形成的混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)達(dá)到15 mm以上。此外，為避免外界因素對表面裂縫處理作業(yè)造成干擾，需在封閉的環(huán)境中操作。

(3)底膠施工。根據(jù)要求配置底層樹脂膠，根據(jù)現(xiàn)場溫度情況合理調(diào)整其濃度，考慮到本項(xiàng)目二襯混凝土的實(shí)際情況，在施工中應(yīng)避免底層樹脂膠濃度偏大的情況。向加固區(qū)內(nèi)均勻涂抹適量的底膠，使底膠能夠與二次襯砌表面形成緊密粘貼的關(guān)系。在涂抹底膠時(shí)需要控制好力度，遇到鋼筋或是平整度欠佳時(shí)，需多次涂抹，直至底膠的分布具有均勻性為止，但不宜過厚，要求實(shí)際厚度≤1 mm。底膠的涂抹作業(yè)應(yīng)一次完成，經(jīng)計(jì)算后確定具體用量，準(zhǔn)備充足的材料，避免因底膠材料供應(yīng)不足而中斷施工。

(4)找平處理。自樹脂涂抹完成后，在隨后的30～60 min內(nèi)全面清理基層氣泡，根據(jù)混凝土表面情況及時(shí)找平，直至不存在棱角等尖銳結(jié)構(gòu)為止。模板接頭處易出現(xiàn)平整度不足的情況，也需及時(shí)找平，同時(shí)轉(zhuǎn)角應(yīng)呈圓弧形，經(jīng)檢測后若陰角半徑≤40 mm、陽角半徑≤30 mm，即可滿足要求。

(5)粘貼碳纖維布。盡可能避免搭接，若因特殊原因而必須搭接時(shí)，要求搭接部分的長度達(dá)到100 mm以上。將制作好的浸漬膠均勻涂抹至待黏貼區(qū)域，保證其具有均勻性，同時(shí)應(yīng)保證膠層厚度具有合理性，在拐角處需適當(dāng)增加涂抹遍數(shù)。為提高碳纖維布的穩(wěn)定性，需利用滾筒沿纖維方向碾壓，直至氣泡被清理干凈為止。滾壓期間應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，以免纖維布受損；同時(shí)在涂抹浸漬膠的過程中需保證各處均具有均勻性，以免遺漏。

(6)表面防護(hù)及養(yǎng)護(hù)。完成環(huán)氧砂漿的涂抹作業(yè)后，給予24 h的自然晾放處理，使其可維持穩(wěn)定。各道工序施工時(shí)均要采取防護(hù)措施，纖維布應(yīng)始終維持潔凈的狀態(tài)。正常工況下，養(yǎng)護(hù)持續(xù)時(shí)間應(yīng)達(dá)到5 d，全程溫度控制在15～20 ℃區(qū)間內(nèi)，必要時(shí)可利用紅外線加熱，以滿足溫度要求。經(jīng)過碳纖維布養(yǎng)護(hù)作業(yè)后，需及時(shí)檢查質(zhì)量情況，例如平整度、粘貼穩(wěn)定性等，以免脫空。若存在空鼓，則根據(jù)實(shí)際面積采取合適的處理措施，在100 cm2以內(nèi)時(shí)可利用針管注漿，使該處具有密實(shí)性；若空鼓面積達(dá)到100 cm2及其以上，則需全面清理空鼓處的纖維布，再進(jìn)一步粘貼。

3.5 排水

注漿和錨固施工時(shí)均伴有擾動性影響，易導(dǎo)致防水層出現(xiàn)失穩(wěn)、受損等異常狀況，嚴(yán)重影響隧道防水效果。對此，在施工過期間需加強(qiáng)對空洞處的填充，以免出現(xiàn)地下水滲漏的情況。經(jīng)現(xiàn)場勘察與分析后，提出打泄水孔+豎向半剖排水管相結(jié)合的方式，以便快速排除地下水。泄水孔分別布設(shè)在左右邊墻處，邊墻底部應(yīng)形成一排排水孔，縱向間距1 m左右。規(guī)格方面，泄水孔孔徑42 mm，單孔長度6～7 m，具體視實(shí)際情況調(diào)整，確保其能夠有效穿過圍巖加固圈。

4 結(jié) 語

綜上所述，隧道二襯混凝土開裂問題較為普遍，此類病害將嚴(yán)重影響到隧道的正常運(yùn)營。工程人員需高度重視病害的處治問題，深入分析其成因，再采取相適應(yīng)的處治技術(shù)，從根本上解決病害問題，使隧道恢復(fù)正常運(yùn)營狀態(tài)。