運營高速公路隧道仰拱二襯拆換施工技術

摘要：隨著我國在基礎設施建設領域投資規(guī)模的不斷擴大和投融資形式的創(chuàng)新，山區(qū)高速公路建設、運營里程快速增長。隧道作為山區(qū)高速公路的重要組成部分，在不良地質條件、設計施工缺陷等多種因素綜合作用下，隨著時間的推移，越來越多的高速公路隧道出現(xiàn)病害，其中以襯砌開裂、滲漏水、變形侵限、路面起拱等最為常見，嚴重影響了隧道的交通安全運營。在此，以某運營高速公路特長隧道病害處治為例，探討仰拱、二襯拆換施工技術。

關鍵詞：公路隧道;仰拱二襯;拆除施作;施工技術

0 引言

某運營高速公路特長隧道單洞長約七公里，系高瓦斯隧道，左、右洞內(nèi)均不同程度出現(xiàn)了二襯混凝土腐蝕粉化、開裂、滲水，仰拱隆起、電纜溝錯臺等嚴重病害（部分段落仰拱、二襯均有嚴重病害），病害呈不連續(xù)分布狀態(tài)?？紤]社會影響和經(jīng)濟收益，采取單向封閉、逐一處治的交通組織形式，始終保持一側正常通行。重難點在于仰拱、二襯拆換施工技術安全。

1病害成因分析

1.1特殊的地形、地質原因：隧址區(qū)為“三山夾兩槽” 的地貌形態(tài)，地表溪溝發(fā)育，多條溪溝橫穿隧道頂部;巖層陡傾，洞身發(fā)育3 處斷層，節(jié)理及小褶皺發(fā)育，巖層破碎，巖體滲透系數(shù)大。

1.2水文條件影響：隧址區(qū)巖溶溶洞水、巖溶裂隙水、孔隙裂隙水等地下水都較豐富。經(jīng)檢測，隧址區(qū)地下水攜帶硫酸鹽腐蝕性介質，混凝土結構抗?jié)B性能較低，在干濕交替以及地下水壓高的特殊環(huán)境下，腐蝕作用加快。

1.3 巖溶空洞及坍塌影響：施工過程中，洞身附近可能存在未揭露的巖溶空洞，隧道建成后，隨著地下水通道的調(diào)整，部分巖溶空洞可能坍塌或重新填充;另外，施工過程中部分段落曾發(fā)生塌方或超挖過大，雖施工進行回填、注漿等加固措施，但在隧道運營過程中因圍巖壓力的重新調(diào)整使得襯砌受壓不均，產(chǎn)生裂縫。

1.4質量缺陷原因：

1.4.1 二次襯砌混凝土厚度不足，背后存在空洞、不密實等現(xiàn)象。隧道建成后，地下水需重新尋找新的排泄通道，在應力釋放和地下水的作用下，圍巖可能產(chǎn)生松弛荷載，增大襯砌壓力，導致襯砌開裂及滲水。

1.4.2 襯砌混凝土強度偏低，混凝土內(nèi)部孔隙率過大，抗?jié)B性較差。

1.4.3 局部段落襯砌厚度不足，未完全按設計要求設置鋼筋，初支未設置鋼架，結構承載能力降低。

1.4.4 仰拱開挖深度與設計不符、基底混凝土不密實、局部存在虛渣等。

1.4.5 排水盲溝堵塞或部分環(huán)向、縱向、橫向排水盲溝連接不牢固，排水不暢，導致襯砌后水壓上升或基底長期處于飽水狀態(tài)。

2 主要流程

機電設施遷改 → 樁號復核 → 監(jiān)控量測點布置 → 空洞掃描標記 → 瓦斯引排及監(jiān)測 → 初支加固 → 仰拱拆換 → 二襯拆換 → 其他裂縫處治 → 路面機電恢復。

3 重點工藝

3.1監(jiān)控量測

病害處治期間須通過對量測數(shù)據(jù)的分析和判斷，對支護體系的穩(wěn)定狀態(tài)進行監(jiān)控和預測，并據(jù)此制定相應的施工措施，以確保洞室周邊巖體的穩(wěn)定以及支護結構的安全。

3.1.1 監(jiān)控量測主要為洞內(nèi)監(jiān)控量測，其必測項目主要有：二襯及初期支護狀態(tài)觀測、水平收斂及拱頂下沉觀測、仰拱隆起觀測、周邊位移觀測。

3.1.2 監(jiān)控量測應與初支注漿加固同步進行，貫穿于初支加固、仰拱拆換、二襯拆換全過程。

3.2瓦斯引排及監(jiān)測

該隧道為高瓦斯隧道，經(jīng)多年運營，瓦斯可能聚集于二襯混凝土背后，尤其是二襯背后空洞位置。故在對初支進行注漿打孔加固前，應進行瓦斯引排及監(jiān)測。

3.2.1 掃描二襯混凝土背后空洞并標記。

3.2.2 在空洞段落的兩側拱腳先行鉆孔，并采用空壓機單側壓入空氣，逐步向空洞附近打孔并通風，始終對另一側的孔口采用瓦檢儀進行數(shù)據(jù)監(jiān)測;打孔采用注水鉆桿。

3.2.3 隧道進行內(nèi)混合通風（射流風機、斜井豎井、橫通、局扇）。

3.3初支加固

因二襯混凝土大面積開裂，故考慮圍巖應力突破初支承載極限。為確保二襯混凝土拆除后的初支（圍巖）穩(wěn)定，故在二襯混凝土拆除前采用注漿小導管對二襯背后圍巖徑向注漿加固。

3.3.1 注漿時縱向應由下坡方向向上坡方向進行，橫向應先注邊墻孔、兩側孔、再注拱頂孔。

3.3.2 注漿過程中應嚴密觀察襯砌狀況，若發(fā)現(xiàn)襯砌有異常、變形、開裂或已有裂紋有加速發(fā)育趨勢等，應立即停止注漿，并調(diào)整處治方案。

3.3.3 控制注漿壓力，防止過度注漿造阻塞既有排水通道，避免積水重新尋找并建立其他通道，進而對未出現(xiàn)病害的段落造成后續(xù)影響。

3.3.4 注漿小導管應在二襯混凝土外預留足夠的長度，壓漿完畢后，將露出的錨桿彎折成一定的角度，同時與既定切割工縫互不影響;在切割及鑿除的過程中，利用錨桿對已切割成獨立單元的二襯混凝土起到一定的懸吊作用，防止在切割、鑿除過程中發(fā)生不受控制的坍塌。

3.4仰拱拆換

病害段仰拱拆換應先于二襯拆換進行。仰拱拆換完畢后再拆換二襯，可以為二襯混凝土（及臺車模板）提供堅實基底，防止二襯混凝土澆筑完畢后變形開裂。

3.4.1 實施半幅同側開挖、跳槽分段開挖，預留施工通道的同時，也為另一側洞內(nèi)交通事故應急救援提供通道。

3.4.2 仰拱每次拆除長度不宜超過 5.0m，拆除時應從高程高處往低處進行，并設置臨時集水坑，及時抽排積水，避免長期浸泡基底基巖。

3.4.3 仰拱混凝土拆除后，根據(jù)監(jiān)控量測及開挖后的實際情況，采用 I18 及以上型鋼鋼架對拱墻凝土進行支頂（型鋼縱向間距≤ 50cm，型鋼高度根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定），防止二襯失穩(wěn)。

3.4.4 仰拱拆除時應加強監(jiān)控量測，必要時增加型鋼橫撐或鎖腳錨桿等臨時防護措施。

3.4.5 拆除段仰拱施工中應嚴格控制混凝土澆筑工藝，澆筑仰拱及仰拱回填混凝土前，應先做好兩端既有不拆除段的刷毛處理，同時按要求做好施工縫的防水處理。邊墻加深段，原邊墻底應進行刷毛處理，確保現(xiàn)澆邊墻與原有邊墻底的密貼，不得留有空洞或縫隙。

3.5二襯混凝土拆換

仰拱強度達到要求后，拆換病害段二襯混凝土。

3.5.1 采用液壓墻鋸切割法進行拆除，采用鋼筋混凝土重新澆筑（腐蝕段采用 C45 抗硫酸鹽鋼筋水泥混凝土）。

3.5.2 拆除按照“先拱后墻、邊拆邊換、先加固后拆換”“先支后破、縱向分段、環(huán)向分塊”的原則，采用機械破除的方式進行。

3.5.3 每 6m左右設置一個拆除單元，拆除前對拆除段兩端采用Ⅰ20 環(huán)向臨時鋼拱架進行鎖定每次縱向破除長度不超過 2m，待縱向 6m 全部拆除完成后一次澆筑新的二襯混凝土。

3.5.4 拱墻混凝土拆除應從處治段中部往兩端拆除，當拆除作業(yè)接近兩端不拆除段時，應在分界處解除縱向 0.5～1.0m 范圍內(nèi)的襯砌，斷開兩端銜接，避免拆除時對不拆除段產(chǎn)生牽引作用。

3.5.5 拆除后應對初支進行檢查、修復，內(nèi)容主要包括是否開裂、變形、侵限及鋼架完整性等。

3.5.6 拆除區(qū)域應警戒，禁止一切人員進入;拆除設備操作人員（設備操作室）應始終置于環(huán)向臨時鋼拱架下。

3.5.7 縱向分段切割時，應控制切縫角度和切割深度。

3.5.8 車行橫通交叉口處受力結構最為復雜，拆除此段落二襯混凝土時應進一步縮短縱向單次破除長度，破除混凝土后及時采用臨時鋼拱架對初支進行支撐加固;進一步縮短二襯恢復縱向長度。

3.6注意事項

3.6.1 為消除或降低隧址區(qū)腐蝕性水可能帶來的后續(xù)影響，病害處治過程應重點加強防排水設施的布置，對地下水按“以疏排為主、以堵為輔”的原則進行整治。排水管宜采用大直徑HDPE管，可以有效抗腐蝕、抗結晶體附著。另建議適當增加檢查井的數(shù)量，便于后期開展檢查維護。

3.6.2 混凝土地材及施工用水的選擇應遠離該山系，基本技術指標應符合現(xiàn)行標準《公路橋涵施工技術規(guī)范》的相關要求執(zhí)行。

3.6.3 施工過程中必須落實好各項技術指標要求、嚴格控制施工質量;整治段處治后不得出現(xiàn)襯砌滲漏水和襯砌開裂等現(xiàn)象，否則，將可能再次誘發(fā)侵蝕現(xiàn)象。

3.6.4 整治施工時，由混凝土專業(yè)人員在現(xiàn)場對混凝土生產(chǎn)的全過程進行質量控制，并在施工過程中，由質量控制方抽取試樣進行檢測，對混凝土耐久性關鍵參數(shù)（抗腐蝕和抗?jié)B性能）重點控制。

3.6.5 含腐蝕性介質的軟巖膨脹軟化周期長、長期發(fā)展變化規(guī)律復雜，為保障隧道運營期襯砌結構的長期穩(wěn)定性，建議開展隧道圍巖、襯砌結構穩(wěn)定性及環(huán)境水變化的長期監(jiān)控工作。

3.6.6 混凝土恢復過程中應注意預留、預埋機電設施安裝孔洞及支架。

4 結語

運營高速公路隧道病害處治，應本著“安全第一、經(jīng)濟合理、技術可行”的總體原則，需要運營方關注社會影響、施工安全、交通安全、工期效益等諸多方面的因素。由于隧道工程具有一定隱蔽性，處治過程中應做到“動態(tài)設計、動態(tài)施工”，組建強大的技術支持團隊，針對客觀實際，及時調(diào)整施工工藝。整治完成后，應加強隧道養(yǎng)護技術人員的培訓，科學的開展隧道養(yǎng)護管理工作，避免“重建設、輕養(yǎng)護”的思想，對隧道病害應做到“早發(fā)現(xiàn)、早處理”，延長結構物的使用壽命，從而帶來較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]張新波. 隧道內(nèi)二次襯砌拱部換拱施工技術[J]. 價值工程，2019， 38（10）：118-120.

[2]譚海洲. 涪路賺寶隧道二襯拆除方案研究[D]. 重慶交通大學， 2013.

作者簡介：于占強 ，學歷：本科，高級工程師。