秦山隧道病害分析與加固研究

【摘要】秦山隧道作為秦山第二核電廠的交通主干道，自1994年左右開始投入使用至今已經(jīng)20多年，隧道結(jié)構(gòu)及裝飾等經(jīng)過全面檢查分析，存在諸多病害。本文針對(duì)秦山隧道現(xiàn)存病害進(jìn)行原因分析，制定了切實(shí)可行的維修與加固方案，并嚴(yán)格實(shí)施維修加固與環(huán)境整治，確保了隧道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】隧道；維修；加固

由受諸多因素干涉，比如水害，凍害，不良地質(zhì)及襯砌材料侵蝕、設(shè)計(jì)建造時(shí)間較為久遠(yuǎn)等，從而導(dǎo)致很多不良現(xiàn)象產(chǎn)生，秦山隧道襯砌混凝土外觀不斷出現(xiàn)開裂、變形、剝落、掉塊等，且襯砌的有效厚度也在不斷減小，以至于襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力，使用壽命不斷降低，經(jīng)采用地質(zhì)雷達(dá)等先進(jìn)檢測(cè)評(píng)估手段全面評(píng)估隧道結(jié)構(gòu)等總體技術(shù)狀況情況，最終判定為4類隧道，存在不同程度的裂縫、空鼓、防水、防火等問題，嚴(yán)重影響交通通行安全。因此，有必要對(duì)秦山隧道存在的病害及環(huán)境問題進(jìn)行全面分析、維修與加固。

1、秦山隧道概況

秦山隧道主要承擔(dān)著秦山第二核電廠在施工、安裝期內(nèi)各種建筑材料、設(shè)備、機(jī)具及超大型設(shè)備的運(yùn)輸及運(yùn)行后核電站的材料、設(shè)備等各種物料的運(yùn)輸功能。整個(gè)隧道全長(zhǎng)一共963.72米，0～30米的開挖斷面，11.2米的寬，9.05米的中心高；與10.8米的寬落后30米段，8.85米的高。除此以外，圓拱直墻式是隧道的斷面型式，復(fù)合式襯砌被其采用，防水板未設(shè)置于初期支護(hù)與二次襯砌間，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20，素混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C15。

2、隧道病害情況

根據(jù)2015年最近的檢測(cè)評(píng)估報(bào)告，隧道結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定為4類，即嚴(yán)重破損。由于隧道自身有著嚴(yán)重破壞，以至于行人，行車安全已深受其影響，如若想改變現(xiàn)狀，則必須將結(jié)構(gòu)病害措施以及交通管制迅速實(shí)施。

（1）通過現(xiàn)場(chǎng)的外觀，檢查結(jié)合秦山隧道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)報(bào)告顯示，隧道結(jié)構(gòu)存在多處襯砌開裂現(xiàn)象，最大裂縫寬度超過2mm，裂縫寬度大于0.4mm基本判定為貫穿裂縫，局部裂縫呈網(wǎng)狀分布，造成襯砌結(jié)構(gòu)完整性較差，結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖1 秦山隧道局部襯砌密集開裂（摘自裂縫展布圖）

（2）裂縫處及部分施工縫處存在較為嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為襯砌施工縫帶狀滲水及裂縫滲水；側(cè)墻裝飾面層及拱頂砂漿層存在與襯砌脫空現(xiàn)象，有掉落風(fēng)險(xiǎn)，影響正常使用與行人行車安全。

（3）素混凝土 C15，鋼筋混凝土 C20為原設(shè)計(jì)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，由調(diào)查結(jié)果可知，較大的混凝土離散性出現(xiàn)在各斷面之中，且一經(jīng)修整，混凝土的推定強(qiáng)度均不小于C20，混凝土并未出現(xiàn)強(qiáng)度降低現(xiàn)象，材料亦未發(fā)生劣化。在襯砌混凝土中，9毫米的最大深度仍低于鋼筋的保護(hù)層厚度。

（4）在一定范圍內(nèi)，隧道襯砌的鋼筋配置情況，比如鋼筋的數(shù)量，直徑，間距，以及保護(hù)層厚度等等，均可以通過鋼筋掃雷雷達(dá)進(jìn)行抽檢，且一經(jīng)檢測(cè)可以得知，符合有關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)的基本要求。

（5）由相關(guān)數(shù)據(jù)檢測(cè)可以得知，在襯砌混凝土鋼筋中，經(jīng)被測(cè)的截面鋼筋銹蝕電位普遍不大于-200mV，由諸多評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)可以得知，有較低的銹蝕概率，大概為5%，基本上可以定為有不確定的銹蝕活動(dòng)性或者根本沒有銹蝕活動(dòng)。

（6）由電阻率測(cè)試結(jié)果可以得知，大體上襯砌混凝土有著較低的銹蝕速率， 50～100 kΩcm是其普遍電阻率。

（7）由直墻裝飾面的變形檢測(cè)可以得知，對(duì)襯砌混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)并無明顯變形，或其變形幾乎可以忽略。

（8）諸多缺陷仍存在于該隧道區(qū)域內(nèi)，比如脫空，孔洞等等，以至于隧道襯砌開裂破損等現(xiàn)象仍舊時(shí)常發(fā)生，應(yīng)對(duì)缺陷部位進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)處理。

3、病害原因分析

通過對(duì)2015年秦山隧道結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)估報(bào)告和裂縫檢測(cè)報(bào)告分析，結(jié)合隧道地勘、施工資料，隧道病害產(chǎn)生原因分析如下：

3.1有關(guān)襯砌的環(huán)向、斜向、縱向裂縫

1）隧道建成時(shí)間早，當(dāng)時(shí)施工水平有限，二次襯砌混凝土拆模過早，養(yǎng)護(hù)不足，承受圍巖荷載時(shí)強(qiáng)度不足產(chǎn)生環(huán)向、斜向裂縫。

2）隧道地質(zhì)條件較復(fù)雜，共計(jì)13處受斷層影響，襯砌背后圍巖松動(dòng)荷載隨時(shí)間逐漸增大，易在二襯結(jié)構(gòu)薄弱處尤其在拱頂位置發(fā)生縱向開裂。

3）二次襯砌與初期支護(hù)之間存在空洞、脫空、不密實(shí)現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)受力時(shí)常不均，以至于應(yīng)力集中現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，縱向、斜向裂縫不斷形成。

4）隧道邊墻下方基礎(chǔ)施工期間濕軟不堅(jiān)實(shí)，襯砌產(chǎn)生不均勻沉降，形成環(huán)、斜向裂縫。

3.2襯砌不密實(shí)、空鼓

1）襯砌施工控制不規(guī)范，混凝土振搗不足導(dǎo)致襯砌混凝土不密實(shí)。

2）道由于隧道開挖過多，從而需要回填，但回填極不密實(shí)，所以致使空洞、脫空現(xiàn)象普遍存在于襯砌背后。

3.3砂漿層脫落

1）砂漿層強(qiáng)度較低，同時(shí)襯砌表面光滑，砂漿層與襯砌間粘結(jié)效果差，造成防火層粘結(jié)不牢而脫落。

2）重車通過隧道時(shí)造成襯砌發(fā)生瞬間震動(dòng)，造成防火層松動(dòng)、脫落。

3.4襯砌厚度不足

致成二襯厚度不足的原因只有兩個(gè)，其一，整個(gè)施工缺乏規(guī)范性或規(guī)范性過低，其二，有空洞脫空存在于襯砌背后。

3.5襯砌滲漏水

1）隧道經(jīng)過多年運(yùn)營(yíng)，排水系統(tǒng)局部淤積堵塞，導(dǎo)致地下水不易排出；同時(shí)襯砌背后存在不密實(shí)區(qū)及空洞，易形成地下水富集區(qū)。

2）隧道建成早，初期支護(hù)與二襯之間未設(shè)置防水板，施工縫止水條老化損壞，失去防水功能，地下水沿二次襯砌施工縫及襯砌裂縫滲出。

4、加固總體原則及方案

4.1加固總體原則

1）針對(duì)襯砌的病害情況、產(chǎn)生機(jī)理，有針對(duì)性的采取處治措施。

2）處治應(yīng)按先襯砌空鼓注漿，再襯砌滲漏水處治，然后裂縫補(bǔ)強(qiáng)，襯砌鋼板或套拱加固，最后裝飾層修復(fù)的順序進(jìn)行。

3）襯砌滲漏水處治按“宜疏不宜堵”原則進(jìn)行，通過治理基本達(dá)到“不滲不漏”的效果。

4）襯砌加固盡可能保持原結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。

5）通過隧道結(jié)構(gòu)加固，達(dá)到恢復(fù)原設(shè)計(jì)使用功能的目的，同時(shí)確保隧道裝飾美觀。

6）采用成熟工藝，施工材料、工藝與施工條件緊密結(jié)合，可操作性強(qiáng)。

4.2加固總體方案

1）對(duì)于二次襯砌與初期支護(hù)之間存在不密實(shí)、空鼓、高含水現(xiàn)象，采取注入水泥—水玻璃雙液漿進(jìn)行填充。

2）對(duì)于襯砌滲漏水，采取鑿槽埋管的方式進(jìn)行處治，當(dāng)襯砌出現(xiàn)大面積的嚴(yán)重滲水時(shí)，同時(shí)采取拱腳泄水的方式進(jìn)行處治。

3）對(duì)于襯砌環(huán)向、斜向、縱向裂縫，對(duì)于大于0.2mm的超限裂縫，采取裂縫注膠方式進(jìn)行處治。

4）對(duì)于襯砌厚度不足和襯砌網(wǎng)狀嚴(yán)重開裂的段落：采取襯砌鋼帶加固的方式進(jìn)行處治。

5、鋼板帶加固

5.1加固段

根據(jù)秦山隧道病害檢測(cè)評(píng)估報(bào)告和裂縫檢測(cè)報(bào)告襯砌結(jié)構(gòu)厚度和裂損情況，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)網(wǎng)裂密集段落及較大規(guī)模拱部襯砌厚度不足段落共計(jì)331m長(zhǎng)段落，進(jìn)行鋼帶加固，加固段落見下表1所列。

本次采用幅寬25cm、厚5mm的w鋼帶進(jìn)行環(huán)向襯砌加固，鋼帶縱向間距100cm。鋼帶環(huán)向設(shè)置范圍為隧道拱部位置。鋼帶采用錨栓進(jìn)行固定后，注入膠黏劑與襯砌粘結(jié)為一體。錨栓采用M16化學(xué)錨固螺栓，植入深度不小于12cm。

5.2鋼板帶方案加固優(yōu)點(diǎn)

①W鋼帶抗彎截面模量提高37倍，向下截面模量約是向上截面模量的2.75倍。②W鋼帶與其他類型鋼帶比，W鋼帶更不易撕裂，而且鋼度大，提高70倍左右。③W鋼帶冷軋過程中的硬化作用，提高抗拉強(qiáng)度12%-15%。④W鋼帶截面利用率高，節(jié)省材料。⑤既有機(jī)電設(shè)備基本不用拆除，鋼帶布置位置與其沖突時(shí)，可做適當(dāng)調(diào)整。⑥施工快速、環(huán)保，可實(shí)現(xiàn)單車道交替通行。

5.3鋼帶加固施工工藝

1）基面的處理

①在粘貼鋼帶位置進(jìn)行基面處理，基面應(yīng)保證平整圓順，平整度不大于1.5mm/m。清除襯砌表面范圍應(yīng)滿足鋼帶固定范圍。②將混凝土表面清理干凈并保持干燥。③鉆制錨栓預(yù)留孔。

2）W鋼帶制作

①鋼帶粘結(jié)面用噴砂或除銹機(jī)打磨直至露出金屬光澤，打磨紋路應(yīng)與鋼帶受力方向垂直，鋼帶粘結(jié)面應(yīng)有一定的粗糙度；用脫脂棉沾丙酮將鋼帶表面擦拭干凈。②依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)植埋的錨栓位置、間距，對(duì)待固定的鋼帶進(jìn)行配套打孔。③鋼帶外露面涂刷防腐底漆3道。

3）粘貼W鋼帶

粘貼W鋼帶工藝流程：

鉆孔植埋全螺紋錨栓——配制結(jié)構(gòu)膠——襯砌表面及鋼帶涂刷膠黏劑——安裝W鋼帶——封邊——鋼帶表面防腐處理。

5.4粘貼鋼帶的施工要點(diǎn)

①鉆孔植埋錨栓：

（a）依照設(shè)計(jì)圖紙的要求，放出需鉆孔的位置。（b）應(yīng)采用與錨栓直徑配套的鉆頭進(jìn)行鉆孔。（c）鉆孔應(yīng)清理干凈，保持干燥，不得有油污。（d）植錨栓的施工按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

②配制結(jié)構(gòu)膠：按照供應(yīng)商提供的產(chǎn)品說明書要求配制結(jié)構(gòu)膠，用低速攪拌器攪拌均勻，并在適用期內(nèi)用完。膠黏劑應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)和耐久性要求。其質(zhì)量應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）的相關(guān)規(guī)定。

③涂刷膠黏劑：涂刷膠黏劑前應(yīng)對(duì)襯砌表面進(jìn)行基面處理，保證粘貼面堅(jiān)實(shí)干燥，對(duì)表面缺損處及不平整處采用改性環(huán)氧砂漿進(jìn)行找平處理?；嫣幚硗瓿珊?，在襯砌表面及鋼帶均勻地涂刷膠黏劑，膠黏劑的膠層應(yīng)有足夠的厚度。

④安裝鋼帶：將鋼帶固定在錨栓上，通過錨栓將鋼板刷膠面密貼在已涂刷膠黏劑的基面上，鋼板與襯砌應(yīng)密貼，應(yīng)避免局部脫空。鋼帶分段處采用平口焊接連接，再用長(zhǎng)60cm的W接頭鋼帶進(jìn)行搭接，接頭鋼帶與原加固W鋼帶之間用用錨栓固定，并用粘鋼膠粘結(jié)。

⑤鋼帶表面防腐處理：經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)鋼帶粘貼固化密實(shí)效果可靠后，并清除鋼帶表面污垢。對(duì)安裝過程中造成的底漆破損進(jìn)行補(bǔ)漆，再在鋼帶外露面涂刷面漆4道。

⑥處治進(jìn)行鋼帶分段時(shí)，鋼帶連接采用平口焊接，再用長(zhǎng)60cm的W接頭鋼帶進(jìn)行搭接，接頭鋼帶與原加固W鋼帶之間用用錨栓固定，并用粘鋼膠粘結(jié)。

⑦采用縱向平鋼板與環(huán)向鋼帶焊接，并用接頭鋼板進(jìn)行錨接。

⑧最后采用3cm厚聚合物砂漿對(duì)加固區(qū)域進(jìn)行封閉。

6、施工遇到的實(shí)際問題處理

下文，我們將對(duì)施工中遇到的實(shí)際問題進(jìn)行詳細(xì)分析和介紹處理方案。

6.1原拱頂砂漿剔鑿問題

為了確保水泥砂漿及防火涂料的整體性，結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)對(duì)0～205、603～964樁號(hào)間的砂漿層進(jìn)行鑿除。其余205～603區(qū)間根據(jù)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果≥0.3MPa能滿足要求，同意保留原有砂漿層。施工時(shí)，要求在新老砂漿層交界位置注意平整，同時(shí)對(duì)未鑿除的老砂漿層進(jìn)行清洗除灰處理。此外對(duì)于保留的砂漿層也要再行進(jìn)行空鼓錘敲擊及外觀檢查等，對(duì)局部空鼓及劣化嚴(yán)重的零星部位進(jìn)行處理。

6.2樁號(hào)643m處襯砌薄弱、空鼓部位處理

面對(duì)樁號(hào)643m處，襯砌薄弱、空鼓嚴(yán)重位置，按照鑿除厚度10cm以下的襯砌層，增打3m長(zhǎng)中空錨桿，綁扎鋼筋網(wǎng)，澆筑C30微膨脹細(xì)石混凝土的方案進(jìn)行處理。

6.3隧道北部零星部位雙夜注漿屢注不滿問題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查看應(yīng)按照原設(shè)計(jì)處理方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，同時(shí)經(jīng)過處理仍未注滿時(shí)，可由檢測(cè)單位現(xiàn)場(chǎng)查一下注漿空洞大小和注漿流動(dòng)范圍，以便最終解決方案的確定。

6.4南北洞口范圍錨桿施工問題

在南北洞口（各約30米）范圍錨桿鉆孔困難問題，無法規(guī)避鋼筋的情況下，可適當(dāng)增大鋼帶間距，由1米調(diào)整至2米，同時(shí)要求對(duì)已實(shí)施的錨桿（遇到障礙無法繼續(xù)鉆孔），必須仍按照原錨桿施工工藝，埋植錨桿并封堵。

6.5隧道空洞較大處部位處理

原則上中空注漿錨桿應(yīng)按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，如有漿液流入空鼓位置時(shí)，建議根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用止?jié){塞進(jìn)行止?jié){作業(yè)。當(dāng)遇到止?jié){塞無法有效止?jié){的特殊情況時(shí)，可采用錨固劑臨時(shí)錨固的方案，但該方案應(yīng)確保錨桿端頭出漿孔位置應(yīng)保留出漿空間，避免出漿孔被錨固劑堵塞，以便后期注漿加固錨固端巖體。

6.6雨水較多，南北洞口附近頂部滲水問題

面對(duì)雨水較多，施工過程中發(fā)現(xiàn)，隧道南北洞口附近頂部出現(xiàn)滲水、滴水現(xiàn)象，主要集中在以下三個(gè)典型部位：中空錨桿、化學(xué)錨栓、裂縫（包括施工縫、細(xì)微裂縫）起拱線位置，制定有針對(duì)性處理措施如下：

1）粘貼鋼板帶處

在滲水集中點(diǎn)周圍增打1m深注漿孔，注入水溶性聚氨酯灌漿堵水高分子材料，填充遇水凝固的堵漏劑于孔洞位置，并且最終在滲水表面噴涂高效防水涂料。

2）其他一般段落

有條件時(shí)盡量采取引排措施，開槽引流，但環(huán)向排水管縱向間距不宜過小，最小不小于5m，排水管附近存在滲漏水時(shí)，可斜向開槽將水導(dǎo)入環(huán)向排水管內(nèi)，導(dǎo)水管內(nèi)應(yīng)加密引水孔，增強(qiáng)引排效果。

圖3 裂縫注漿補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

不具備開槽條件時(shí)，打1m深注漿孔，注入水溶性聚氨酯灌漿堵水高分子材料，滲水孔洞、缺損處位置適當(dāng)開鑿，填充遇水凝固的堵漏劑（“立止水堵漏劑”等相關(guān)堵漏材料），最后在滲水表面噴涂高效防水涂料。

結(jié)語：

秦山隧道全線加固自2016年8月開始，歷時(shí)2.5個(gè)月，經(jīng)過業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位密切配合，順利實(shí)現(xiàn)整治項(xiàng)目目標(biāo)和通車。本次整治后全線檢測(cè)，隧道達(dá)到了公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中總體技術(shù)狀況1類標(biāo)準(zhǔn)，確保了隧道安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝孝成，金世欣.淺談公路隧道病害維修與加固[J].江西建材，2016（4）：190-190.

[2]曹永新.探析公路隧道病害維修與加固[J].山西建筑，2017，43（28）：183-185.

[3]崔曉晨，戴文光.淺談公路隧道病害維修與加固[J].工程技術(shù)：引文版，2016（5）：00140-00140.

[4]楊文方.淺談公路隧道病害維修與加固[J].商品與質(zhì)量，2016（16）.

[5]孫齊.既有隧道維修加固措施研究[J].四川建筑，2017，37（3）：91-93.

作者簡(jiǎn)介：

吳志明，中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽；

王煒龍，浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州。