隧道加固和綜合改造設計

0 引言

近年來公路隧道病害問題變得日益突出，其主要病害形式為嚴重滲漏水、結構襯砌的腐蝕裂損等，為隧道的后期運營帶來了安全隱患。本文針對隧道裂縫、隧道滲漏水等具體病害，提出各種結構補強措施和隧道防排水措施綜合運用，使加固后的隧道使用功能和安全性得以恢復。

1 工程概況

南京市中山門隧道位于中山門南北兩側古城墻下，經多年使用后，隧道內滲漏嚴重、主體結構局部變形破損等問題逐漸顯露。為保障隧道結構安全，徹底解決隧道滲漏問題，確定從結構止水補強加固、完善防排水系統等方面對隧道進行綜合改造。

原隧道城墻段采用礦山法暗挖施作，城墻內、外兩側采用明挖法施工。隧道凈空斷面高6．8 m，凈寬13．86 m，屬于三車道特大扁平隧道。原隧道采用復合襯砌結構形式，初期支護為C20厚35 cm早強混凝土，二襯為C25厚50 cm防水鋼筋混凝土;初襯與二襯間鋪設PVC防水板。

2 加固方案設計

2．1 加固設計方案

1)通過拱背注漿提高圍巖的自承載能力。2)對墻背不密實區進行注漿加固，防止隧道結構外緣地層變形，阻止滲漏，提高原主體結構的承載能力。3)針對各類結構裂縫采用不同方式進行補強處理。拱部縱向裂縫、寬度大于2 mm的裂縫，對隧道原有結構的承載力影響較大，采用粘鋼加固措施。兩側邊墻二襯裂縫，采用鉆孔注漿止水加固。4)在原二襯結構內側增設一道C35厚30 cm防水混凝土三襯。5)在原有襯砌與新建襯砌之間敷設復合防水層。6)對分散的單個漏水點，用φ50 mm軟式透水管盲溝引排。

2．2 新增襯砌結構設計

圖1 新增襯砌加固設計斷面圖

加固方案采用在原襯砌內側滿鋪復合防水層之后，用模板臺車澆筑30 cm厚的新增鋼筋混凝土襯砌(見圖1)。復合防水層能有效防排原有襯砌的圍巖滲漏水，使新增襯砌免于受到地下水的腐蝕，提高新增襯砌的結構安全性。加固結構的特點如下:

1)由于設置了復合防水層，原有襯砌和新增襯砌之間只能傳遞壓力，而不能傳遞剪力和彎矩。2)考慮原有二襯和新增三襯共同受力。3)左側設置底寬91．5 cm，右側設置底寬71．8 cm的C35混凝土支墩，并沿隧道縱向植筋φ22@150×150以提高支墩的穩定性。

2．3 新增襯砌結構驗算

隧道附近地表最大高程約33．0 m，隧道設計高程為14．0 m～15．0 m。隧道設計位于亞粘土層中，圍巖分級為Ⅴ級。本地區區域地震烈度為7度。

新增襯砌結構凈寬約12．0 m，凈高約5．6 m。隧道荷載主要包括:結構自重荷載，土壓力荷載，混凝土收縮荷載，地震荷載和地面超載等。襯砌結構計算采用荷載結構法，考慮到原有初期支護和二襯的作用，圍巖彈性抗力取Ⅴ級圍巖的最大值K=200 000 kPa/m。Ⅴ級圍巖襯砌結構考慮原襯砌結構和新增三襯結構共同受力，根據規范的規定，三襯承擔60%～80%的圍巖荷載。具體計算參數見表1。

表1 計算參數

圖2 襯砌結構彎矩圖（單位：kN·m）

圖3 襯砌結構軸力圖（單位：kN）

采用通用結構設計分析程序SAP2000進行計算。計算結果如圖2，圖3所示。

按照上述方案加固后安全系數為3．51，滿足規范［1］要求(≥2．40)，加固方案可行。

2．4 施工注意事項

1)鉆孔注漿前，應確定設計鉆孔位置的鋼筋分布情況;鉆孔時，應避開鋼筋;鉆孔注漿時宜嚴格控制注漿壓力等參數，并宜沿裂縫走向自下而上依次進行。

2)對滲漏易發部位(如沉降縫、施工縫)必須加強振搗施工，選擇有利于抗裂防滲的時間段進行混凝土澆搗施工。襯砌施作完成后應及時檢查其背后與原結構層之間的空隙，一旦發現，應及時注漿填充。

3)鋪設防水板前應裁除出露的鋼筋端部，修整表面過大的凹凸不平處，以防刺破防水板，鋪設過程中應注意防水板材搭接良好。

4)根據原二次襯砌變形縫的位置設置變形縫，當原二次襯砌在很長距離沒有設置變形縫時，補強層也應根據裂縫開裂情況每20 m～30 m設置一處變形縫。

5)由于部分襯砌出現滲水現象，因此，在進行補強時，采用Ω形彈簧排水管進行引排，原則上在原襯砌每道施工縫、變形縫和裂縫處設置。

6)施工中采用的膠粘劑與混凝土界面劑的質量參數，均應符合規范［2］的規定。

3 結語

本文通過隧道加固實例，從裂縫補強、圍巖注漿、新增三襯、加強防排水體系等多方面進行綜合治理，對新增襯砌的安全系數進行了評估，通過本文的研究，對今后類似工程的研究提供了參考。

1)對襯砌后圍巖不密實區注漿加固，采用注漿補強、貼碳纖維布和型鋼等手段有效抑制裂縫發展，充分利用原有襯砌的結構承載能力。

2)新增三襯混凝土結構進行永久加固，經驗證，計算后的襯砌結構滿足安全系數的要求。

3)對地下水進行防、排、截、堵綜合整治，加固以不破壞原有防排水體系為原則，重新布置完整的防排水系統，保證隧道防排水系統的長期有效。

［1］JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］．

［2］GB 50367-2006，混凝土結構加固設計規范［S］．