隧道襯砌脫空及欠厚處治施工技術的應用研究

郝旭斌

(山西路橋集團國際交通建設工程有限公司，山西太原 030006)

近幾年，現有隧道病害情況越來越嚴重，對行車安全造成了一定程度的威脅。在諸多病害類型中，以襯砌脫空和欠厚最為常用，產生后如果未能及時發現和處治，將產生嚴重的影響。對此，應在及時發現病害的同時，根據其實際情況采取有效措施處治。

1 工程概況

某公路隧道始建于2008年，至今已通車11年，經檢查發現其132號與133號板有局部襯砌產生開裂和滲漏水，其嚴重程度已經對行車安全造成影響，必須及時采取有效措施進行處治。隧道左、右線長度分別為1 511.7 m和1 520 m。

該隧道按新奧法設計，采用錨噴混凝土初支，內層對防水混凝土進行模筑，以此形成復合式襯砌，在兩層襯砌結構間增設一道防水層，在斷層破碎帶和軟弱圍巖段，采取有效預支護方法，使圍巖保持穩定，并使初支順利施作。

132號與133號板均采用 S3襯砌，其支護參數為:1)錨桿長 2.5 m;2)初支的錨桿間隔距離 1.2 m×1.0 m，混凝土噴層厚度為10 cm;3)二襯混凝土澆筑厚度為35 cm。

2 病害情況

該隧道132號板的拱頂有一處產生內裝破損現象，將其鑿開后發現有空洞，且空洞周圍的襯砌發生浸滲;該板與空洞相連接的部位存在縱向開裂，同時伴有一定程度的浸滲，其開裂的長度在10 m左右，縫寬在0.7 mm左右，總的浸滲面積約0.8 m2;133號板同樣有縱裂與浸滲，其開裂的長度在9 mm左右，縫寬在0.8 mm左右，總的浸滲面積約4 m2，兩塊板都屬于縱向貫通型開裂。于內裝破損的部位對二襯結構厚度和防火涂層厚度進行測量，總厚為12 cm，通過內部檢查，內部有很大的空洞，其頂面是初襯的表面。

經無損檢測發現，與拱頂位置越近時，二次襯砌結構厚度越小，各測線均存在脫空病害，并且與二襯厚度相同，與拱頂位置越近時，脫空的區域越大;但抗壓強度檢測結果表明，兩塊板的抗壓強度暫時可以達到設計要求。

3 病害處治

3.1 處治需遵循的原則

在隧道襯砌病害處治過程中，需嚴格遵循以下各項基本原則:

1)采用合理可行的處治技術且做到安全經濟。2)施工容易，減少不必要的干擾，防止由于病害處治產生新病害，并對現有的結構與排水系統等進行有效保護，使其保持完整［1］。3)病害的處治要有重點，且應做好長期監測。針對已經產生且比較嚴重的病害，應一次性處治完畢，不可留下后患，以免后續反復處治。

3.2 襯砌脫空處治

初步擬定以下幾種處治方案:

1)背后注漿:直接對二襯背后空洞進行注漿填充，其主要技術優勢為能使襯砌和初支達到密實，提高結構的承載能力，且施工較為簡單。2)在二襯背后進行自密實混凝土的壓注:在二襯背后存在空洞的部位采用強度與二襯結構相同的自密實混凝土進行壓注填充，其主要技術優勢為能使襯砌和初支達到密實，提高結構的承載能力，所用壓注材料自身具有很高的強度。采用該方案時需要注意，由于背后空洞現象比較嚴重，所以施工中所用壓注材料必須符合強度要求。3)換拱澆筑:在二襯澆筑時，把隧道中的空洞區域全部填實。考慮到二襯背后空洞病害比較嚴重，為了使壓注材料具有符合要求的強度，建議采用第二套方案進行處治，即在二襯背后進行自密實混凝土的壓注［2］。

3.3 襯砌欠厚處治

以襯砌厚度實測結果為依據，二襯結構厚度最小處只有5.6 cm，而且在拱頂部位還存在空洞。通過對病害形式和嚴重程度的綜合考慮，初步擬定以下幾種處治方案:

1)鋼帶加固:采用鋼板全粘貼的方法對二襯實施加固，其主要優勢為能實現對整體結構的補強，且施工較為簡單，但132號與133號板襯砌均采用素混凝土，該方法無法在素混凝土構件中使用。2)套拱:在整個斷面進行一層襯砌結構的新增，其主要優勢為能提高隧道結構整體承載能力，但容易發生侵限，且施工比較困難，該隧道的內部輪廓和界限距離只有5 cm，若進行套拱的施工，必然造成一定程度的侵限。3)局部換拱:對有病害存在的二襯進行拆除，然后重新進行施工，其主要優勢為能使襯砌的承載能力符合設計要求，但施工比較繁瑣［3］。4)整體換拱:將整段存在病害的板拆除并重新進行施工，雖然它能使結構承載力滿足設計要求，但施工過于繁瑣，并且施工的風險還很大，該隧道只有拱頂處的欠厚情況比較嚴重，其他部位，如側墻與拱腰，厚度都能達到設計要求，無需更換。通過以上闡述和對比，選擇局部換拱的方法對襯砌欠厚病害予以處治。

3.4 局部換拱實施

隧道襯砌結構局部換拱范圍如圖1所示。

圖1 隧道襯砌結構局部換拱范圍

1)在局部換拱開始前，先進行臨時支撐的架設。每次進行換拱的區段，其長度和一般襯砌相同，為了使換拱時換拱的段落和相鄰段落結構保持安全穩定，需在換拱的段落和它的兩側進行臨時支撐的架設，臨時支撐主要采用工字鋼，其縱向間隔距離按1 m控制，在鋼架間采用縱向筋進行連接。將臨時支撐架設好以后，必須和襯砌結構之間密貼，且支撐的基礎保持牢固［4］。2)完成臨時支撐的架設并檢查確認合格后，對需要換拱的部分二襯進行拆除，在拆除過程中應盡可能使用人工來進行。施工中要做好監控量測，隨時量測拱頂實際下沉與邊墻實際收斂，同時以監測數據為依據，對施工方案進行調整，以實現動態施工。3)在二襯澆筑之前先對防水層進行檢查和修補，若新鋪防水層，則要做好和原防水層之間的連接，完成防水層的施工后，進行新二襯施工。對于新二襯，可采用鋼筋混凝土，和原有的襯砌結構之間通過植筋來連接，以此提高整體性，保證整體受力性能。在對二襯混凝土進行壓注的過程中，把拱頂中的空洞填充密實［5］。

3.5 處治效果

該隧道中，病害段從本年4月處治完成到現在經過了近半年的連續觀測，觀測結果表明，隧道的拱頂沉降與周邊收斂均處在允許的范圍之內，且沒有產生裂縫與滲漏等病害，隧道運營狀況良好，印證了上述處治措施的有效性。

4 結語

根據隧道具體情況，經多方案分析與對比，針對隧道襯砌存在的脫空與欠厚病害，采用壓注自密實混凝土和局部換拱處治方案。其中，采用局部換拱徹底取代傳統補強措施，具有以下技術優勢:1)對于Ⅲ級和Ⅳ級圍巖，其襯砌受力以小偏心受壓形式為主，采用局部換拱方法后，換拱段和現有襯砌之間的連接可以達到承載力要求。2)采用局部換拱的方法能保證內部輪廓的尺寸，防止侵限。3)以病害區域的具體情況為依據，有目的性的確定換拱區域，這和整體換拱相比，不僅工期短、造價低，而且不會產生太大的施工風險，有利于保證施工安全。