雙鳳山隧道襯砌病害及加固措施分析

景 鵬

(甘肅省平?jīng)龉肪?，甘肅 平?jīng)?743900)

1 工程概況

1.1 基本情況

雙鳳山隧道位于華亭縣城東約3 km處，進(jìn)口樁號K105+392(運(yùn)營樁號K74+485)，出口樁號K105+804(運(yùn)營樁號K74+897)，全長412 m。隧道軸線為北偏東27°，直線隧道。隧道段縱坡為-0.88%單向坡。進(jìn)口標(biāo)高為1 531.08 m，出口標(biāo)高為1 526.46 m。原隧道建筑限界寬：0.75+0.75+2×3.75+0.75+0.75=10.5 m，凈高5 m。

1.2 隧道工程地質(zhì)情況

隧道布置范圍內(nèi)地層按其成因分為兩層，第四系新、老黃土及第三系泥巖。隧道進(jìn)出口段溝底部均為泥巖出露，出口段(北洞口段)溝底部黃土與泥巖接觸面有地下水流出，流量隨季節(jié)性變化較大。隧址區(qū)主要巖性為：第三系紫紅色砂質(zhì)泥巖，第四系多元黃土。

1.3 水文地質(zhì)

隧道所處地層的地下水為潛水，分布于泥巖與黃土接觸面，水量受季節(jié)影響較大，主要出流點(diǎn)在隧道北端出口段原沖溝底部。

1.4 隧道圍巖級別劃分

K105+392～K105+420(K74+485～K74+513)Ⅴ級(公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范JTG C20-2011Ⅱ類)，K105+420～K105+780(K74+513～K74+873)Ⅳ級(公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范JTG C20-2011Ⅲ類)，K105+780～K105+804(K74+873～K74+897)Ⅴ級(公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范JTG C20-2011Ⅱ類)。

1.5 隧道襯砌及防排水布置

隧道內(nèi)輪廓采用設(shè)仰拱的三心圓斷面，隧道洞身采用25#防水抗?jié)B混凝土單層模筑襯砌結(jié)構(gòu)。襯砌施工縫處均采用橡膠止水帶，拱墻襯砌外圍縱向間隔5 m設(shè)環(huán)向半徑100 mm波形盲溝管經(jīng)橫向?qū)芘c洞內(nèi)左右人行道下排水溝銜接至北洞口外集水井，全隧道未設(shè)中心水溝。

1.6 隧道內(nèi)路面

洞內(nèi)路面為30#路面混凝土厚20 cm，路面與仰拱間以15#片石混凝土填充。

1.7 2014年維修加固概況

2014年雙鳳山隧道針對襯砌裂損、滲漏水進(jìn)行了加固維修，主要包括35 cm厚模筑鋼筋混凝土套襯100 m，拱腳兩側(cè)新建小邊墻、縱向排水(預(yù)留后期套襯搭接鋼筋)412 m，25 cm厚隧道路面1 020 m2、隧道內(nèi)裝飾8 591 m2、隧道電纜溝槽842 m以及全隧道的照明系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)升級改造。

1.8 雙鳳山隧道交通量統(tǒng)計

依據(jù)從養(yǎng)護(hù)單位在S304線各觀測站收集到的近年來的交通量等相關(guān)資料與數(shù)據(jù)，對公路進(jìn)行交通量分析。交通量統(tǒng)計如表1所示。

表1 交通類統(tǒng)計情況

2 雙鳳山隧道襯砌病害

根據(jù)檢測報告及現(xiàn)場調(diào)查，目前隧道主要病害表現(xiàn)為：襯砌裂損、滲漏水；路面開裂、破損；進(jìn)出口排水設(shè)施局部存在破損、堵塞；進(jìn)出口邊仰坡防護(hù)局部存在破損；洞內(nèi)照明；老化，部分照明設(shè)施故障；亟待整治。

2.1 襯砌病害情況

隧道襯砌病害匯總信息如下：(1)襯砌環(huán)向裂縫26處，縫寬在0.28～0.7 mm之間，縫長在0.31～2.97 m之間；(2)襯砌縱向裂縫5處，縫寬在0.49～0.58 mm之間，縫長在0.56～3.44 m之間。(3)襯砌剝落共計7處，面積總計11.70 m2；(4)襯砌滲水(干)共計3處，面積總計2 915.43 m2；(5)K74+785～K74+831右拱腳線～左拱腳線處存在1處滲水(濕)，面積為724.16 m2。

2.2 襯砌裂損

隧道穿越地層巖性主要為第三系系泥巖，紅色，成巖作用差、巖性較軟弱、強(qiáng)度較低，具有遇水膨脹及軟化，自穩(wěn)能力差，承受圍巖荷載強(qiáng)度不足時，易在圍巖薄弱處產(chǎn)生裂縫；襯砌邊墻處未能有效承擔(dān)壓力，導(dǎo)致邊墻墻腳位置發(fā)生沉降、收斂變形，導(dǎo)致邊墻部位發(fā)生縱向開裂；基底圍巖劣化，隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向或縱向的不均勻沉降，造成為襯砌結(jié)構(gòu)環(huán)向開裂、縱向開裂、斜向開裂；隧道圍巖地質(zhì)條件較差，襯砌背后圍巖松弛范圍擴(kuò)大，造成松動荷載增大，易在二襯結(jié)構(gòu)薄弱處尤其在拱部位置發(fā)生縱向開裂；隧道施工混凝土澆筑產(chǎn)生水化熱，產(chǎn)生溫度裂縫。

2.3 襯砌滲漏水

隧道排水系統(tǒng)或存在堵塞現(xiàn)象，地下水不能及時排出，最終襯砌背后水經(jīng)由襯砌裂縫或施工縫等薄弱部位滲出；施工縫處防水板發(fā)生破損導(dǎo)致地下水經(jīng)由施工縫裂隙等薄弱部位滲出。

3 加固原則

本次加固處治主要以檢測結(jié)果及顯現(xiàn)出來的病害為處治依據(jù)。本次僅處治對隧道結(jié)構(gòu)、行車安全已構(gòu)成較為嚴(yán)重隱患和影響的病害，主要為襯砌裂損、滲漏水、路面破損、路面抗滑不足等其他附屬設(shè)施。對于輕微病害和未明顯顯現(xiàn)的病害暫不作處治，建議加強(qiáng)檢查及監(jiān)測，并根據(jù)病害發(fā)展情況，有針對性的采取養(yǎng)護(hù)措施。

(1)維修處治應(yīng)遵循“安全、科學(xué)、謹(jǐn)慎、施工便捷”的原則，充分考慮到隧道維修處治工程對社會的影響，在保障隧道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的前提下，采取快捷的處治方案，減小對交通的干擾與社會影響；

(2)在掌握隧道建設(shè)期、運(yùn)營期的技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，針對襯砌的病害與缺陷情況、產(chǎn)生機(jī)理，有針對性的采取處治措施；

(3)隧道應(yīng)在有安全保障的前提下進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，保證施工的安全性；

(4)盡量采用成熟工藝與材料，選擇可操作性強(qiáng)的方案；

(5)施工單位應(yīng)結(jié)合病害與缺陷程度、地質(zhì)條件、加固方案等，考慮施工風(fēng)險，制定應(yīng)急預(yù)案，并配備滿足規(guī)范和設(shè)計要求的安全、救援等設(shè)施；

(6)隧道維修遵循動態(tài)設(shè)計與信息化施工的原則，制訂監(jiān)測方案，通過監(jiān)測反饋信息，優(yōu)化設(shè)計或調(diào)整施工方案；

應(yīng)采取有效措施減小處治施工對既有結(jié)構(gòu)、排水設(shè)施、機(jī)電設(shè)施和附屬設(shè)施的不良影響。

4 加固措施

對該隧道K74+545～857襯砌裂損、滲漏水段進(jìn)行30 cm厚C30鋼筋混凝土模筑套襯。

4.1 處治設(shè)計

施工前必須對套襯施做段落的斷面進(jìn)行復(fù)測，以保證滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的凈空內(nèi)輪廓要求與套襯厚度，對于環(huán)向長5 m以上侵入套拱施工空間超過15 cm，導(dǎo)致套拱厚度不足20 cm的情況，應(yīng)進(jìn)行斷面鑿除修整，但是一次鑿除長度不得大于2 m，且厚度不得大于原厚度的1/3，保證鑿除后襯砌厚度大于設(shè)計厚度2/3，對于多鑿除的部分，在套襯完成后應(yīng)進(jìn)行背后注漿回填密實。對原二襯裂縫、滲漏水進(jìn)行修補(bǔ)、堵塞、引排處治，對襯砌背后脫空回填處治，遵循“先治理后加固”的原則。在襯砌裂縫、滲漏水處治完畢的基礎(chǔ)上，全斷面敷設(shè)350 g/m2土工布+1.2 mmEVA防水板。模筑30 cm厚C30防水混凝土套襯，要求抗?jié)B等級不低于p8，根據(jù)原襯砌位置設(shè)置施工縫、沉降縫，確保隧道協(xié)調(diào)變形。對新舊套襯錯臺采用掛鉛絲網(wǎng)聚合物砂漿整平處理。內(nèi)緣設(shè)20×20防裂鋼筋網(wǎng)，環(huán)向采用φ22鋼筋，縱距25 cm，縱向設(shè)φ14鋼筋，環(huán)距25 cm，鋼筋保護(hù)層不小于5 cm，拱腳鋼筋與原預(yù)留鋼筋可靠焊接，確保隧道呈環(huán)受力。施工中注意預(yù)留消防槽空間?；謴?fù)隧道涂裝。

4.2 施工要點(diǎn)及注意事項

(1)隧道內(nèi)套襯施工時應(yīng)盡可能封閉該洞交通，若不允許時應(yīng)兼顧通行及施工安全。

(2)套襯臺車鋼板厚度不小于10 mm，對已使用過的臺車必須經(jīng)過專業(yè)模板廠家修整合格后方可進(jìn)場。為減少套襯模板之間的痕跡，每塊鋼板寬度應(yīng)不小于2 m，板間接縫按齒口搭接或焊接打磨；概述臺車的支撐體系，避免由于模板局部受力過大造成變形，影響外觀。

臺車模板支撐桁架門下凈空應(yīng)滿足隧道施工所需大型設(shè)備通行要求，桁架各層平臺的高度要滿足混凝土施工要求，利于人工進(jìn)行安管、混凝土搗固等施工作業(yè)，且須要有上下行的爬梯。襯砌臺車現(xiàn)場拼裝時，襯砌前對模板表面徹底打磨，清楚銹斑，涂刷油防銹，對模板板塊拼縫進(jìn)行焊連打磨平整。

(3)所有排水管接頭應(yīng)采用無紡布包裹并做好防護(hù)，防止套襯澆筑混凝土?xí)r，水泥漿液堵塞排水管。

(4)澆筑襯砌時，輸送泵應(yīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，泵送連續(xù)灌注，應(yīng)避免停歇造成冷縫，間歇時間超過規(guī)范要求時，應(yīng)按施工縫處理。拆模后，若發(fā)現(xiàn)缺陷，不得擅自修補(bǔ)，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可處理。襯砌拆模時間由最后一盤封頂混凝土試件達(dá)到強(qiáng)度來控制，不得過早拆模。

(5)項目業(yè)主應(yīng)委托有資質(zhì)的檢測單位對仰拱與襯砌鋼筋、保護(hù)層厚度、空洞情況進(jìn)行檢測，對檢查不合格的項目，必須整改處理。

(6)澆筑襯砌前，土建應(yīng)與機(jī)電專業(yè)充分接洽，將機(jī)電工程需要預(yù)留、預(yù)埋的部分做好。考慮機(jī)電工程安裝施工的方便性，襯砌澆筑施工完畢后，應(yīng)在預(yù)留硐室及預(yù)埋管處標(biāo)注樁號與用途，以方便機(jī)電施工時查找。拆除隧道原有機(jī)電設(shè)施時，應(yīng)注意機(jī)電設(shè)施的完整性，保證機(jī)電設(shè)備完好無損。如有預(yù)留管，管內(nèi)應(yīng)穿1根3號鍍鋅鐵絲，以方便機(jī)電安裝纜線敷設(shè)。