隧道二次襯砌裂縫處治技術的應用

摘要：文章結合高速公路隧道病害處治實例，介紹了隧道二次襯砌裂縫產生的原因、襯砌裂縫處治方案及施工工藝，并闡述了隧道襯砌裂縫處治技術在公路隧道病害處治中的應用情況。

關鍵詞：隧道;二次襯砌;裂縫處治

0 引言

隨著我國公路建設的不斷推進，部分公路已運營多年，隨著時間推移，受溫度應力、巖層蠕變、不均勻沉降、施工方法不當等因素的影響，部分公路隧道的二次襯砌產生裂縫，如不及時對這些裂縫進行處治，將影響公路運營安全。因此，隧道襯砌裂縫處治技術在隧道病害處治中將有廣泛的應用前景。

1 工程概述

某高速公路隧道是復工建設項目，為小凈距隧道，凈空為10.75 m×5 m。左洞起訖樁號為ZK58+615.5～ZK58+865，長249.5 m;右洞起訖樁號為YK58+620～YK58+872，長252 m。進、出口端洞門型式均為端墻式。該隧道復工前左右線洞身二襯、端墻式洞門、電纜溝、路面基層已施作。

經外觀質量檢測，該隧道左、右洞二次襯砌出現較多裂縫，裂縫寬度多超過鋼筋混凝土結構裂縫寬度限值，特別是左線出口靠近洞口段落多處襯砌已被剪斷。

對該隧道左洞二次襯砌采用沖擊回波法進行16處裂縫深度檢測，發現左洞二次襯砌所抽檢裂縫中，裂縫深度最小為13.63 cm，最大達54.85 cm（位于ZK58+630左邊墻，屬于環向裂縫），抽檢裂縫中有15條為結構性裂縫。對該隧道右洞二次襯砌采用沖擊回波法進行18處裂縫深度檢測，發現右洞二次襯砌所抽檢裂縫中，裂縫深度最小為13.57 cm，最大達49.97 cm（位于YK58+667左邊墻，屬于斜向裂縫），抽檢裂縫中有12條為結構性裂縫。

在無損檢測裂縫深度的基礎上，采用鉆芯法（常規鉆頭+加長鉆桿）抽取該隧道左、右洞9處典型裂縫進行驗證，經量測芯樣與孔內裂縫，發現裂縫深度均>23 cm，結果與無損檢測結果基本吻合。

對該隧道仰拱采用鉆芯法進行檢測，發現原施工單位未按設計進行仰拱施工，仰拱位置基本為夾有虛渣或者全部是虛渣。

2 隧道襯砌裂縫產生原因及機理分析

根據現場勘查及檢測結果，該隧道襯砌裂縫產生原因及機理分析如下：

（1）該隧道位于剝蝕丘陵地貌，自然坡度為10°～40°，植被較密，以灌木為主，地表未見滑坡、崩塌發育。隧道埋深0.5～65 m，圍巖主要為泥盆系下統蓮花山組中風化泥質細砂巖，局部漸變為泥巖或砂巖，節理發育，各組節理傾角陡緩不一，傾向各異，對隧道圍巖穩定影響較大。

（2）隧道出口左洞洞頂坡面揭示覆蓋層為紫紅色黏土，厚約1～2 m，下伏基巖為紫紅色厚層-中厚層狀強風化砂巖，厚度為15～20 m，往下為紫紅色厚層-中厚層狀中風化砂巖，節理裂隙較發育，巖層產狀：52°/NW∠36°，巖層切層外傾。

（3）經分析，造成隧道二襯出現裂縫的主要原因如下：①隧道出洞方案為交錯出洞，左洞右側出現臨空面，無支擋防護，為坡體變形創造條件;②隧道長期處于偏壓狀態，左側坡體長時間受坡體偏壓作用而產生蠕動變形;③坡體巖層產狀為切層順向，在坡腳出現臨空面和偏壓的共同作用下，巖層出現順層位移，對隧道襯砌進行擠壓;④隧道仰拱未按設計施工，為回填虛渣，基礎承載力不夠，產生沉降。在上述幾點因素共同作用下，隧道二次襯砌出現較嚴重裂縫。

3 處治方案

（1）為使洞口平衡，減小地形偏壓影響，在右洞出口段接長明洞，新增明洞洞門與左線洞門平行，以增加坡體抗滑阻力。明洞采用SM-A型襯砌結構。

（2）在左洞洞頂邊坡增加錨索防護（見圖1），對洞頂淺層圍巖進行錨固防護，防止后期替換二襯時圍巖發生較大的應力松弛。防護長度為40 m，樁號為ZK58+825～ZK58+865，沿路線方向設置2排，錨索長度為30 m，錨固長度為12 m，入射角與水平線夾角為30°，錨索縱向和橫向間距均為4 m。

（3）對檢測結果中仰拱未施作段（原設計有）補做仰拱。補做仰拱采用厚度為50 cm的鋼筋格柵C30混凝土，格柵拱架型號為20 cm（寬）×38 cm（高），主筋為25 mm的HRB400鋼筋，格柵拱架中心間距為40 cm，格柵拱架墊板采用M20×400高強鋼螺桿錨入拱墻二襯底部（見圖2）。

（4）待仰拱補做完畢后，對檢測結果中拱圈二襯結構性裂縫在拱圈密集分布或有嚴重缺陷段落的二襯拱墻進行加固的方案為：將二襯拱墻全環拆除，重新澆筑C30鋼筋混凝土。對檢測結果中二襯結構性裂縫在兩側邊墻密集分布的二襯拱墻進行加固的方案為：鑿除二襯邊墻，重新澆筑C30鋼筋混凝土。對檢測結果中二襯拱墻分布有較短的斜縱向裂縫及較嚴重的環向裂縫的二襯拱墻進行加固的方案為：粘貼8 mm厚鋼板加固。詳見圖3～5。

4 施工工藝

4.1 補做鋼筋格柵仰拱施工工藝

補做鋼筋格柵仰拱施工工藝為：測量布點→鉆孔、清孔→安裝89×6 mm鎖腳鋼花管→注漿→鑿除舊有路面、開挖仰拱、清理虛渣→恢復預埋100HDPE縱向波紋管、橫向導水管→安裝鋼筋格柵→立模、澆筑仰拱混凝土→仰拱回填。

（1）準備工作：施工前，對現有路面、電纜槽等高程進行測量，按縱向2 m間距測量布點，并標注89×6 mm鎖腳鋼花管位置。

（2）鉆孔、清孔：按縱向間距200 cm于兩側電纜溝底部外角處外45°打設長6 m89×6 mm鎖腳鋼花管（鋼管長度可根據具體圍巖情況進行調整，圍巖相對較好段落以嵌入基巖1 m為準）。鎖腳鋼花管鉆孔采用潛孔鉆。鉆孔后，用高壓風將孔內石粉吹干凈。

（3）安設鋼花管：成孔后，安裝89×6 mm鎖腳鋼花管。鋼花管就位前應對鋼花管進行全面檢查，如加工情況等，檢測是否順直，并應除銹，就位時應慢而穩。

（4）鋼花管注漿：鋼花管安裝完成后，向管內注1∶1水泥漿液，注漿壓力為1.5～2.0 MPa，要保證注漿飽滿[1]。

（5）仰拱開挖及清理：將補做仰拱段劃分成多個段落，鋼花管注漿完成后，用破碎錘將原有路面鑿除掉，為保證施工安全，每段每次鑿除長度≤3 m。每次路面鑿除清理完后，用破碎錘向下進行仰拱開挖，人工修整到位，及時清理虛渣。

（6）布設排水管：仰拱開挖完成后，用鉆桿清理原橫向排水管，保證圍巖背后的水能順利排出，并采用100HDPE橫向排水管接長原橫向排水管至雙側側向盲溝。原縱、橫向排水管損壞的應更換。

（7）安裝鋼筋格柵：安裝20 cm（寬）×38 cm（高）鋼筋格柵，格柵拱架中心間距為40 cm。為保證新增設仰拱與二次襯砌連接可靠，格柵拱架墊板采用M20×400高強鋼螺桿錨入拱墻二襯底部，錨入深度≥35 cm。若下排螺桿對應位置為虛渣，可換用M20×2000螺桿錨入二襯背后圍巖中，并擠注水泥藥卷錨固（見圖6）。

（8）澆筑仰拱：安裝模板，澆筑50 cm厚C30仰拱混凝土。

（9）仰拱回填：采用C15混凝土回填仰拱。

（10）施工注意事項：仰拱填充部位的混凝土及硬巖開挖應采用液壓機械方式進行分裂，不得采用傳統炸藥爆破，并保證澆筑仰拱混凝土拱底無虛渣。原二襯拱墻底部與仰拱間隔位置應先切割分離。相鄰段路面的鑿除和仰拱的開挖必須在上一段仰拱填充混凝土強度達到設計強度的70%后才能開始。

4.2 二襯拱墻全環拆除重建施工工藝

二襯拱墻全環拆除重建施工工藝為：測量標注拆除范圍→徑向注漿預加固→分區分塊拆除開裂二襯→防排水設施布設→布設鋼筋、預埋件→混凝土澆筑。

（1）測量定位：根據檢測單位檢測報告對需要拆除重建的二襯放樣定位，并用紅油漆詳細標記拆分區塊。

（2）注漿加固：破損嚴重、圍巖較差及滲漏水嚴重段落的二襯拆除，須在鑿除二襯拱墻前完成徑向超前注漿加固。即在起拱線以上打入5.5 m長42×4 mm注漿小導管，小導管呈@100（環）×120（縱）cm梅花布置，注漿導管外傾60°。導管端部盡可能焊接在初支型鋼鋼架上，導管孔間采用快硬水泥卷堵塞止漿。注漿漿液采用42.5級水泥配置，水灰比為0.8∶1，摻入水玻璃含量為水泥用量的3%～5%，水玻璃規格為35 Be，模數為2.4～2.8[2]。

（3）鑿除破損二襯：使用液壓墻鋸對拆除區域二襯進行切割分塊，采用破碎錘拆除二襯，左右側跳槽分塊鑿除二襯混凝土，每次鑿除長度為200～300 cm。鑿除施工按“先拱后墻，從上到下”的原則進行，施工縫處預留25 cm進行人工拆除，拆除過程注意保護防水板。每段二襯混凝土拆除完成后及時清理拆除物。

（4）布設防排水設施：拆除二襯后人工清理初期支護面的防水板，檢查初期支護情況，對結構已經損壞或已經變形侵占二襯限界的初期支護進行更換。初期支護處理完成后，重新順接排水管、鋪設土工布及防水板，對兩端二襯施工縫進行人工鑿槽，并安裝橡膠止水帶和止水條。

（5）安裝鋼筋、預埋件：根據具體段落的襯砌結構鋼筋布置圖，在二襯鑿除端頭采用改性環氧類A級膠植筋，植入主筋深入原二襯長度為40 cm。

（6）澆筑混凝土：重新澆筑C30水泥混凝土，混凝土摻入微膨脹劑。待新澆筑二次襯砌混凝土強度達到設計強度的70%后，方可進行下一塊二次襯砌鑿除澆筑。對新老混凝土形成的冷縫采用注環氧類裂縫修補膠進行封閉。

（7）施工注意事項：二襯鑿除前應根據裂縫實際情況進行現場分塊，并采用紅油漆標出分塊輪廓。鑿除重新澆筑二次襯砌施工中，嚴禁左右側邊墻同時鑿除，必須采用跳槽鑿除，并嚴格控制每次鑿除長度，防止邊墻二次襯砌鑿除后引起拱部發生變形及坍塌。鑿除重新澆筑二次襯砌施工中應加強監控量測，每個鑿除分塊部位應至少有一個監控量測斷面。

4.3 二襯邊墻鑿除重做施工工藝

僅鑿除邊墻重做二襯的施工工藝為：待仰拱補做完畢后，左右側跳槽分塊鑿除邊墻混凝土，每次鑿除長度為200～300 cm，鑿除高度為邊墻最高裂縫外側30～50 cm，清理鑿除物，重新順接排水管，鋪設土工布及防水板，在二襯鑿除端頭采用改性環氧類A級膠植筋（植入主筋深入原二襯長度為40 cm），然后重新澆筑C30鋼筋混凝土（摻入微膨脹劑）。

4.4 粘貼鋼板加固施工工藝

粘貼鋼板加固施工工藝為：混凝土表面處理→鋼板定型防銹處理→安裝錨固鋼板→周邊密封→配膠及壓灌膠→固化。

（1）混凝土表面處理：安裝鋼板前需完成二襯裂縫的外觀處治，然后用金剛片打磨混凝土粘合表面，直至露出砂石新面層。

（2）鋼板定型防銹處理：對8 mm厚鋼板進行除銹、打磨處理，按50 cm寬進行切割，采用彎曲機械按隧道內輪廓半徑對鋼板進行定型，按設計尺寸搭設螺栓孔。

（3）安裝錨固鋼板：根據螺栓間距設置M22×300化學螺栓（見圖7），螺栓采用改性環氧類A級膠后錨固。將鋼板托起懸掛在各螺栓上，擰緊螺母，為控制注膠層厚度，可在部分M22螺栓上設置一定厚度的墊片。留排氣孔在灌注粘貼面周邊，于灌膠處設置灌膠嘴，每隔0.5～1 m插入軟管作為排氣管，鋼板周邊各角點均設置排氣管[3]。

（4）周邊密封：使用改性環氧樹脂植筋膠或者粘鋼膠作為封邊膠，使鋼板周邊縫隙、膨脹螺栓及注嘴周圍間隙密封。

（5）配膠及壓灌膠：使用粘鋼膠作為粘結膠，根據產品說明及廠家提供的參數進行配膠，攪拌均勻后倒入灌漿容器，用灌漿機從注漿嘴壓力注入膠液。注膠工作保持低壓低速，當臨近注膠嘴中有膠液流出時，將當前注膠嘴封閉，移至出膠的注膠嘴繼續注膠。注膠的同時用橡皮錘敲擊鋼板，由聲音判斷膠液流動情況及膠液是否注滿。注膠從隧道左右兩側鋼板最低位置開始注入，向拱頂逐步推進，最后一個排氣管應在維持注入壓力的情況下封閉，以防膠層脫空[4]。

（6）固化：注膠施工后最初幾小時應注意檢查是否有流膠現象，以防脫膠。常溫（25 ℃）下固化≥3 d，固化溫度降低，固化時間應延長[5]。

（7）施工注意事項：施工完畢3 d內不要沖擊鋼板。灌注粘鋼施工前，對鋼板表面涂阻銹劑2度進行防腐處理，粘鋼施工完成后按照洞內裝飾顏色噴涂面漆。

5 實施效果

該方案實施后，隧道二次襯砌得到妥善加固，洞口邊仰坡未發現有開裂、滑塌等跡象，處于穩定狀態。二次襯砌未出現新的裂縫，經過粘貼鋼板加固的裂縫沒有變寬變深的情況，處于穩定狀態。該隧道的裂縫處治效果比較理想。

6 結語

在公路運營過程中，隧道裂縫處治是一項重要的工作。本文介紹的仰拱處治、拆除重建二次襯砌、粘貼鋼板加固二次襯砌處治方案是對二次襯砌較嚴重結構性裂縫的有效處理措施，且經過實踐，由于其具有施工安全性、處治效果好等特點，有較大的推廣價值。

參考文獻：

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[4]呂少華.T型梁橋維修加固工程施工控制[J].黑龍江交通科技，2011（8）：147，149.

[5]梁展凡，韋景光，李宗文.百色百林大橋舊橋維修加固技術[J].西部交通科技，2009（6）：31-35.

作者簡介：張朝斌（1987—），工程師，從事建設工程監理工作。