隧道二次襯砌全環拆除技術

趙洪克

(中鐵十四局集團第五工程有限公司，山東 兗州 272100)

1 工程概況

某隧道全長14 684 m，進出口里程分別為DK53+731.0、DK68+415.0，最大埋深約739.5 m。本隧道進口-DK52+463.56位于右偏曲線上，曲線半徑4 500 m，其它段位于直線上。隧道穿越巖層以凝灰巖為主，施工重點是穿越不良地質段。

2 二次襯砌質量缺陷及原因分析

隧道DK68+318-DK68+330段圍巖為Ⅲ級，襯砌類型為Ⅲa，二次襯砌為素混凝土結構，二次襯砌設計混凝土強度為C35，長12 m、厚40 cm，斷面凈寬13.06 m，凈高9.87 m。

該段二次襯砌混凝土達到56 d齡期后，采用回彈檢測和取芯驗證的檢測手段全斷面驗證混凝土的強度，每板二次襯砌邊墻回彈檢測8個測區，拱腰回彈檢測8個測區，拱頂回彈檢測4個測區，檢測結果如圖1所示。二次襯砌出現混凝土強度不足的原因為：

(1)減水劑穩定性差，混凝土到現場泵送一段時間后，坍落度損失大，出現了混凝土在罐車內不易排出狀況。現場工作人員沒有按程序將混凝土返站處理，私自在現場加水，導致混凝土離析、骨料分離，局部強度不足。

(2)現場施工工藝存在問題：臺車原本設計時分倉入模系統為4排，現場工人圖省事，只用了2排，導致混凝土會在下料口堆積，堆積后采用插入式振動棒進行引流，因二次襯砌鋼筋較密集，導致在混凝

圖1 二次襯砌混凝土回彈檢測結果(單位：m)

土流動過程中，骨料存在分離，甚至在下料口附近混凝土過振，導致混凝土強度不足。

(3)混凝土振搗未按要求進行，局部存在過振或漏振的情況，臺車上的平板振動器未有效發揮其作用，振動時間過短。

(4)混凝土養護不及時，混凝土施工后未按規范要求時間進行養護，導致混凝土后期強度增長緩慢。

3 二次襯砌全環拆換關鍵技術

該板二次襯砌兩端的襯砌均已施工完成，采用傳統的爆破技術進行全環整板拆除，會造成兩側二次襯砌及初支的擾動而容易破壞。全環拆除該板二次襯砌施工難度大、施工風險高，本工程采用機械鑿除的方法進行全環拆除，整板劃分區域、機械蜂窩狀鑿除，大大降低了施工風險和二次破壞。

3.1 施工縫處開槽

首先以二次襯砌兩端環向施工縫為分界線，距離環向施工縫0.4 m進行開槽，槽寬40 cm，槽深6 cm。為提高二次襯砌全環拆除施工效率，靠近縱向施工縫及環向施工縫80 cm區域的位置采用電錘進行鑿除，其他區域的部分采用破碎錘進行鑿除。

采用電鉆梅花型進行打孔，孔徑1.4 cm，孔深40 cm，打孔深度至初支面。二次襯砌在140°范圍內環向間距15 cm，其他位置環向間距30 cm，縱向間距20 cm，二次襯砌最終打孔形狀呈蜂窩狀結構。邊打孔邊拆除，從內向外分段打孔。孔位布置如圖2所示。

圖2 打孔鑿除孔位布置(單位：m)

3.2 從拱頂起拆除

二次襯砌全環拆除需劃區域，分塊分段鑿除，首先從拱頂拆除[1]，拆除面積為縱向不大于100 cm、環向以每個蜂窩點為一環，不斷剝離鑿除。拱頂鑿除應左右對稱，避免因左右不平衡造成局部開裂。拆除順序如3所示。

圖3 拆除順序

拆除至矮邊墻時，為提高工作效率，縱向拆除控制在300 cm范圍內，環向控制在60 cm范圍內，分段逐層大塊拆除。

3.3 防護措施

中心水溝及仰拱填充面采用16 mm厚鋼板進行覆蓋防護；隧道施工電力線采用碎石裝袋對風水管進行防護，電線穿過?108 mm鋼管放入水溝電纜槽內，上面鋪蓋沙袋進行防護處理。拆除過程中，注意對施工縫位置的止水帶和防水板進行保護[2]，防水板預留長度不小于0.2 m。

3.4 監控量測

3.4.1 監測點位布置

監控量測斷面布設反光片測點(5 cm×5 cm)，布設時先用電錘在初支混凝土上鉆孔，用錘子將監測元件砸入鉆孔中，使得監測元件頂端露出初支面 7 cm。 測點預埋件務必埋設牢固，應向鉆孔倒入錨固劑，加固測點，使其與初支結構緊密結合[3]。觀測元件埋設如圖4所示。

圖4 隧道觀測標志埋設

隧道拱頂拆除1 m2左右后，首先在拱頂布置一處監控量測點，及時進行觀測；拆除到140°范圍處，需在拱腰左右兩側各布置一處監控量測點；該板二襯拆除共布置5個監測斷面，每天進行監測，頻率為次/4 h。當拱頂下沉、水平收斂速率≥5 mm/d 時，由項目部組織施工現場分析原因并停止施工，采用?529 mm螺旋管進行豎向支撐。監控量測點縱向間距為5 m/個，第一個監控量測點距離施工縫1 m處。

3.4.2 沉降觀測數據分析[4]

隧道二襯在拆除拱頂至140°部位過程中，拱頂存在應力重分布，拱頂最大沉降約2 mm；第5 d之后繼續拆除拱腰至邊墻部位的二襯混凝土，拱頂沉降和拱腰收斂數據達到最大，因采用分區域蜂窩鑿除的工藝，沉降速率均在合理范圍內；第15 d后繼續拆除邊墻部位，沉降觀測幾乎趨于穩定；第20 d隧道二襯拆除已全部完成，拆除完成后5 d內沉降觀測有所變化，但變化不明顯；第25 d后沉降觀測已趨于穩定。拆除二次襯砌過程中初支面的監控量測數據如圖5所示。

圖5 監控量測數據

3.5 主體鋼筋修復

3.5.1 鋼筋保護及恢復

鑿除過程中對既有鋼筋進行保護，盡量保留原有的鋼筋，采用除銹劑除銹，若銹蝕嚴重，綁扎新的鋼筋對既有鋼筋進行替換，鋼筋搭接長度必須滿足規范要求。

3.5.2 主體鋼筋植筋

拆除二次襯砌混凝土后，應對施工縫進行鑿毛處理，并清洗干凈，對損壞的接茬鋼筋采用植筋膠進行植筋，確保新舊混凝土接縫良好，并在原設計施工縫止水帶的基礎上增加止水條，確保防排水效果。接茬鋼筋布置如圖6所示。

圖6 接茬鋼筋布置(單位：cm)

3.6 防排水系統恢復

隧道初支進行拱頂沉降和邊墻收斂監測，沉降穩定后，鋪掛防水板和土工布。拆除舊混凝土后，應將新舊混凝土接縫處涂刷界面劑，并在縱向施工縫和環向施工縫設置一條寬2 cm的遇水膨脹止水條，改善防水性能。

環向施工縫和縱向施工縫處預留40 cm的部位采用人工鑿除，新舊防水板搭接長度不小于20 cm，采用TH520三焊縫增強爬焊機進行搭接焊接，防水板個別損壞的部位采用熱風焊槍進行補焊。

4 質量控制措施

(1)對整治措施中使用的材料應嚴把質量關，杜絕不合格產品，并按照材料要求進行堆放、使用等，以保證整治工程的質量。

(2)二次襯砌鑿除后，重點對施工縫的處理和防排水的設置進行重點檢查，確保施工縫不得存在松散的混凝土，澆筑混凝土前對施工縫進行濕潤，做好防排水加強措施。

(3)拆除混凝土要保證一次處理到位，特別注意施工縫處防水板、鋼筋的搭接質量，不留下新的隱患。

(4)混凝土鑿除時注意保護既有防水板、止水帶，對損壞的防水板、止水帶進行重新修復、焊接，確保防水板及止水帶的性能。

5 安全控制措施

(1)拆除環向順序從拱頂開始分段向邊墻進行拆除，一旦發生異常，應立即采取臨時鋼管加強支承等應急措施，以保安全。

(2)施工過程中應安排專人負責施工安全，每道工序作業必須有專職安全員在現場值班，發現險情及時撤離作業人員，防止意外事故的發生。

(3)在襯砌拆換、鑿槽等破除施工過程中，作業現場必須設置防墜物等安全警示標識，并在作業范圍拉安全警戒線，禁止閑雜人員進入施工區域[5]。

(4)破碎錘擋風玻璃上部采用鋼板進行防護，確保施工安全。

(5)二次襯砌混凝土拆除作業時，在該板二襯兩端20 m處各設置一道降塵帷幕，防止灰塵對洞內空氣污染的擴散，并采取通風機通風，抽排該段洞內空氣中的粉塵濃度，確保施工人員身體健康。

(6)拆除二次襯砌處小里程端采用碎石袋攔截水溝電纜槽，待水沉淀后排放。

6 結束語

針對隧道二次襯砌混凝土強度問題，采用回彈檢測和取芯驗證相結合的檢測手段，針對不同的缺陷類型，劃分不同的缺陷等級，制定不同的缺陷處理方案。實踐證明，本工程采用拆除方案技術可行，二次傷害小，可用于類似工程。