跳格拆換二次襯砌在茶林頂隧道人行橫洞襯砌病害處治設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳 棚，余 順，韓自強(qiáng)，葉建虎

(招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 重慶市 400067)

1 隧道概況

茶林頂隧道位于廣東省廣昆高速公路粵境河口至平臺(tái)段(簡稱云梧高速)，是國家高速公路“7918”網(wǎng)中第十八橫(廣州至昆明高速公路)的組成部分。茶林頂隧道位于茶林頂重丘山嶺區(qū)，主要巖性有上泥盆統(tǒng)榴江組砂巖、中泥盆統(tǒng)東崗嶺組白云質(zhì)灰?guī)r、頁巖等，地下水類型為基巖裂隙水及第四系松散層孔隙水。為雙洞四車道分離式隧道，設(shè)計(jì)速度80km/h，其中左洞長2691m，右洞長2600m。RK124+910(原設(shè)計(jì)樁號(hào)RK73+387)位置人行橫洞全長約68m，該段巖體為灰?guī)r；圍巖由弱-微風(fēng)化組成，裂隙發(fā)育，巖石破碎，強(qiáng)度較高，III級(jí)圍巖，節(jié)理裂隙發(fā)育帶，大部分存在破碎帶或物探異常帶，富水。

茶林頂隧道在2010年6月30日通車，已經(jīng)運(yùn)營近8年。2015年云梧高速全線隧道定期檢查及2016年關(guān)于茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞專項(xiàng)檢查期間，發(fā)現(xiàn)茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞局部段落兩側(cè)邊墻存在呈對稱性的縱向裂縫、斜向裂縫，并與環(huán)向裂縫交匯，橫洞內(nèi)兩側(cè)排水溝積水較多，且襯砌裂縫近期發(fā)展較快，深度較深。為了確保隧道運(yùn)營安全，經(jīng)過業(yè)主對方案的討論，擬采用跳格拆換二次襯砌方案對茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處治。

2 病害檢測

2.1 表觀病害檢查

RK124+910橫洞洞身共有23處病害：環(huán)向裂縫10條，縱向裂縫3條，斜向裂縫8條，浸滲2處。該橫洞“+38.0～+49.5”和“+49.5～+57.5”(樁號(hào)以從左線往右線為前進(jìn)方向)兩模襯砌的兩邊邊墻環(huán)向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫交織，邊墻局部位置裂縫將襯砌分割成“塊狀”，橫洞內(nèi)兩側(cè)排水溝積水較多，局部邊墻縱、環(huán)向裂縫深度已超過10cm，橫洞襯砌病害有明顯發(fā)展跡象。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)探測

RK124+910位置人行橫洞5條二次襯砌雷達(dá)測線共檢測65個(gè)點(diǎn)，合格點(diǎn)數(shù)63個(gè)，合格率97%,設(shè)計(jì)二次襯砌厚度為30cm，最小二次襯砌厚度為25.3cm。二次襯砌5條雷達(dá)測線中共檢測出4處連續(xù)脫空，最大脫空長度6m，最大高度約9～11cm，襯砌裂縫嚴(yán)重段“+38.0～+57.5”邊墻和拱部測線不存在脫空。

2.3 混凝土強(qiáng)度檢測

以單?；炷翞閱挝?，對人行橫洞“+38.0～+49.5”、“+49.5～+57.3”的2?；炷翉?qiáng)度采用回彈法檢測。根據(jù)檢測結(jié)果，“+38.0～+49.5”回彈強(qiáng)度58.9MPa，“+49.5～+57.3”回彈強(qiáng)度41.8MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求(設(shè)計(jì)強(qiáng)度20MPa)。

2.4 橫洞實(shí)際寬度、高度量測

本次抽檢橫洞5個(gè)斷面的實(shí)際寬度和高度，5個(gè)抽檢斷面樁號(hào)為“+10”、“+20”、 “+30”、“+40”、“+50”(從左線往右線)，5個(gè)斷面實(shí)際寬度、高度檢測結(jié)果表明實(shí)測斷面的寬度都大于原設(shè)計(jì)寬度，局部高度也略有富余。

3 病害原因分析

經(jīng)現(xiàn)場查看，并結(jié)合竣工圖及檢測報(bào)告，分析該段在橫洞二次襯砌厚度、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求、邊墻和拱部測線少量存在脫空的情況下裂縫發(fā)展嚴(yán)重，推斷橫洞襯砌裂縫主要是由于該段地質(zhì)條件較差造成。根據(jù)竣工資料及2016年專項(xiàng)檢測報(bào)告分析，橫洞處于斷層破碎帶段、圍巖富水，推斷因襯砌背后圍巖松弛對襯砌形成作用力、或襯砌背后水壓力較大使襯砌產(chǎn)生裂縫的可能性較大。

4 隧道原設(shè)計(jì)

人行橫洞采用復(fù)合式襯砌，III級(jí)圍巖段初期支護(hù)采用5cm厚噴射混凝土、二次襯砌采用30cm厚C20模筑混凝土，路面采用10cm厚C20混凝土(如圖1所示)。拱墻布設(shè)PVC復(fù)合排水板，襯砌背后設(shè)置環(huán)向盲管，將襯砌背后地下水引至縱向排水管中，然后通過Φ5橫向?qū)軐⒌叵滤谅穫?cè)邊溝中。排水溝深5cm，寬10cm。

5 病害處治設(shè)計(jì)

檢測結(jié)果表明茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞存在二次襯砌持續(xù)開裂、局部二次襯砌脫空、拱腳積水等問題，襯砌結(jié)構(gòu)承載力有所下降，因此建議對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行病害處治，以提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力。

初期設(shè)計(jì)方案建議比選采用“現(xiàn)有二襯內(nèi)側(cè)增設(shè)鋼筋混凝土套襯加固+加密橫向泄水孔+底板增設(shè)邊墻鋼筋混凝土支撐梁” 或“現(xiàn)有二襯內(nèi)側(cè)開槽嵌拱+噴混+防排水改造” 的方案。但襯砌裂縫后期發(fā)展較快，深度較深，原處治方案內(nèi)輪廓可能會(huì)侵入建筑限界等情況；通過專家論證比選及對隧道長期安全性考慮，最終確定該人行橫洞采用“重新拆換二次襯砌+防排水改造”方案，改善當(dāng)前結(jié)構(gòu)安全水平。為確?，F(xiàn)場拆換二次襯砌施工安全，作業(yè)時(shí)間及空間條件極其有限，并避免拆換過程中出現(xiàn)重大塌方等不可控險(xiǎn)情，擬采用“跳格拆換二次襯砌+臨時(shí)工字鋼防護(hù)+超前小導(dǎo)管”相結(jié)合的方案；同時(shí)徑向注漿加固圍巖，以發(fā)揮圍巖的自承能力；加密兩側(cè)拱腳橫向泄水孔，加大兩側(cè)水溝寬度和深度并接至主洞側(cè)排水溝。

5.1 病害處治方案

(1)斷面測量與復(fù)核，并確定處治段落。

(2)施作臨時(shí)鋼架，鋼架與二次襯砌表面間采用木楔塊塞緊，焊接鋼架間的縱向連接筋。

(3)進(jìn)行襯砌背后徑向注漿加固圍巖。

(4)進(jìn)行跳格拆除二次襯砌及防水板，超前注漿，局部拆除臨時(shí)支撐，每個(gè)循環(huán)拆除二次襯砌長度建議不超過3m。

(5)破除路面，擴(kuò)挖仰拱。

(6)綁扎仰拱鋼筋預(yù)留接頭并施作仰拱及回填。

(7)鋪掛拱墻防水板及排水系統(tǒng)。

(8)疏通并接長拱腳處原有泄水管，再按縱向間距3m來加密預(yù)埋泄水管，出水管口用廢棄布料包裹封口。

(9)加寬加深人行橫洞左右兩側(cè)拱腳處的水槽，直至與主洞排水溝相接。

(10)綁扎拱墻鋼筋并施作拱墻二次襯砌(主筋縱向間距20cm/根，箍筋環(huán)向間距30cm/根，C30模筑混凝土)，并拆除或新增臨時(shí)鋼架。

(11)對下一段二次襯砌進(jìn)行拆換，重復(fù)上述(4)～(10)步驟，直至完成所需處治段落。

(12)拆除出水管口處廢棄布料，恢復(fù)泄水通暢。

圖1 人行橫洞原設(shè)計(jì)襯砌斷面圖

(a)拆換段襯砌配筋圖

(b)拆換段襯砌結(jié)構(gòu)圖圖2 拆換段新建二次襯砌圖

5.2 二次襯砌跳格拆換設(shè)計(jì)

跳格拆換二次襯砌施工步序如下：

(1)架設(shè)臨時(shí)拱拱架及縱向連接筋。

(2)破除首段(95cm)二次襯砌混凝土，打入超前鋼花管支護(hù)。

(3)拆除緊鄰段(205cm)臨時(shí)鋼支撐，破除該段二次襯砌混凝土。

(4)模筑首模鋼筋混凝土二次襯砌(300cm)，割除超前小導(dǎo)管出露部分。

(5)跳一模二次襯砌，破除第二段二次襯砌，打入超前小導(dǎo)管。

(6)拆除該模二次襯砌緊鄰段臨時(shí)鋼支撐，破除該段二次襯砌混凝土。

(7)模筑第二模鋼筋混凝土二次襯砌，割除超前小導(dǎo)管出露部分。

(8)拆建臨時(shí)鋼架，破除第三段二次襯砌，打入超前小導(dǎo)管。

(9)拆除該段二次襯砌緊鄰段臨時(shí)鋼支撐，破除該段二次襯砌混凝土。

(10)模筑第三模鋼筋混凝土二次襯砌，割除超前小導(dǎo)管出露部，并進(jìn)入下一循環(huán)施工。

(11)待所有二次襯砌拆換完成后，最后再拆除新增的輔助臨時(shí)鋼拱架。

具體施作過程詳見圖3。

6 結(jié)論

(1)人行橫洞運(yùn)營后出現(xiàn)持續(xù)嚴(yán)重性病害目前還較少，針對其相應(yīng)的病害處治方法也較少。由于人行橫洞斷面較小、作業(yè)面較窄、大型機(jī)械不能展開等特點(diǎn)，并結(jié)合后期運(yùn)營安全及造價(jià)、病害嚴(yán)重程度等綜合情況，最終采用常規(guī)的拆換二次襯砌方案。該方案造價(jià)較低、施工風(fēng)險(xiǎn)小、耐久性好、技術(shù)成熟。

(a)架設(shè)臨時(shí)拱拱架及縱向連接筋，破除首段混凝土，打入超前鋼花管

(b)拆除緊鄰段臨時(shí)鋼支撐，破除該段二襯混凝土

(c)模筑首模二襯，并跳一模二襯，破除第二段二襯，拆除該模二襯緊鄰段臨時(shí)鋼支撐，破除該段二襯混凝土

(d)模筑第二模二襯，拆建臨時(shí)鋼架，破除第三段二襯，拆除該段二襯緊鄰段鋼支撐，破除該段二襯混凝土

(e)模筑第三模鋼筋混凝土二襯，割除超前小導(dǎo)管出露部分，并進(jìn)入下一循環(huán)圖3 跳格拆換二次襯砌施工步序圖

(2)常規(guī)的連續(xù)拆換二次襯砌具有施工風(fēng)險(xiǎn)較大、前后擾動(dòng)大、工期偏長、作業(yè)面窄等特點(diǎn)，本次采用的跳格拆換二次襯砌相對于連續(xù)拆換二次襯砌減小了施工風(fēng)險(xiǎn)、前后擾動(dòng)，縮短了工期，增加了作業(yè)面。

(3)臨時(shí)鋼支撐+超前小導(dǎo)管+跳格拆換二次襯砌+徑向注漿加固圍巖提高了施工安全性及可操作性，具有推廣應(yīng)用的價(jià)值，希望能為以后主洞隧道及人行橫洞、車行橫洞初期支護(hù)及二次襯砌拆換處治時(shí)提供新思路、新方法。

(4)無仰拱段人行、車行橫洞出現(xiàn)持續(xù)性嚴(yán)重病害時(shí)，如需要拆換二次襯砌時(shí)，建議可向下擴(kuò)挖仰拱，并對仰拱二次襯砌進(jìn)行配筋加強(qiáng)，優(yōu)化力學(xué)性能，提升襯砌穩(wěn)定性及安全性。