運營中的高速公路隧道二次襯砌裂縫處治方案

饒 永 強

(中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙　410100)

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運營中的高速公路隧道二次襯砌裂縫處治方案

饒 永 強

(中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙410100)

簡述了某高速公路隧道二次襯砌裂縫的特點，結合該隧道水文地質情況，分析了隧道襯砌裂縫形成的原因，探討了不同類型裂縫對隧道結構安全的影響，并提出了合理的裂縫整治方案，保證了隧道襯砌結構的穩(wěn)定性。

隧道，裂縫，二次襯砌，處治方案

0　引言

高速公路山嶺隧道開通運營后，由于受水文地質條件、施工期的施工工藝、開通后的動荷載等因素影響，二次襯砌會出現(xiàn)不同程度的裂紋、裂縫(下文簡稱裂縫)，這些裂縫對隧道襯砌結構的安全運營有何影響、如何安全、快捷、經濟的進行處治，對高速公路的安全維護及運營有著重要的意義。

1　工程簡介

渝湘高速公路某隧道位于重慶市黔江區(qū)境內，是一座上、下行分離的四車道高速公路長隧道，左線隧道起訖樁號ZKAA+370～ZKAA+650，長3 280 m；右線隧道起訖樁號YKAA+325～YKAA+638，長3 313 m。本隧道屬分離式隧道，隧道按新奧法施工原理進行洞身結構設計施工，即以系統(tǒng)錨桿、噴混凝土、鋼筋網、格柵鋼架組成初期支護與二次模筑混凝土相結合的復合式襯砌形式。

本隧道左線于2006年3月29日正式開工， 2007年10月25日貫通，2009年3月1日完工；右線于2006年3月29日正式開工，于2007年10月12日貫通，2009年3月1日完工。全線于2009年10月1日正式開通運營。

2013年、2014年年底，檢測單位在渝湘高速公路隧道定期檢測中發(fā)現(xiàn)，該隧道出現(xiàn)較多裂縫，其中左洞359條總長度1 174.4 m，右洞610條總長度1 611.8 m，以環(huán)向裂縫為主，少量縱向斜向裂縫，隧道洞身未見襯砌起層、剝落、掉塊等病害現(xiàn)象。

2　水文地質情況

2.1地層巖性

隧址山體位于泥質、砂質碎屑巖分布區(qū)，巖性為頁巖、砂質頁巖、粉砂巖，局部互層狀發(fā)育，以較軟巖為主，其中粉砂巖、石英砂巖為硬巖(單層厚度一般小于1.0 m)。

2.2地下水

隧址山體碎屑沉積巖層中主要為隔水的頁巖地層，不透水不含水，左線洞口地表溝谷有溪水，地下水主要是風化帶網狀裂隙水，水量隨降雨大小而變化。降雨時以地表徑流為主,地下水對隧道圍巖的影響較小。全隧襯砌中無明顯的滲漏水現(xiàn)象。

3　裂縫成因分析

3.1裂縫類型統(tǒng)計

某隧道左右洞洞身襯砌發(fā)育有環(huán)向、斜向及縱向等不同形態(tài)的裂縫，裂縫寬度0.15 mm～2.0 mm，大小不一，分布部位既有拱部，也有邊墻部位，見圖1。根據(jù)現(xiàn)場觀察，施工縫部位也有一定程度的裂縫發(fā)展，但裂縫內未見滲漏水及剝落、掉塊、錯臺現(xiàn)象。根據(jù)裂縫寬度及走向統(tǒng)計，以環(huán)向裂縫、0 mm～1.0 mm寬度裂縫為主，如圖2所示。

3.2裂縫成因分析

根據(jù)裂縫發(fā)育部位、形態(tài)及寬度等參數(shù)，初步分析隧道襯砌開裂原因如下：

1)圍巖荷載作用。

隧道圍巖在長期的運營過程中，可能發(fā)生松動或變形現(xiàn)象，并與運營后的行車荷載產生疊加，作用于襯砌結構上后，可能使襯砌結構開裂。該影響因素下襯砌結構易出現(xiàn)斜向及縱向裂縫。

2)基礎不夠密實牢固，產生不均勻沉降。

隧道在施工過程中，由于各種原因導致襯砌及路面基礎不夠密實牢固，在運營過程中由于結構自重、車輛荷載及圍巖壓力作用下，基礎可能出現(xiàn)不均勻沉降，導致襯砌出現(xiàn)開裂。該影響因素下襯砌結構易出現(xiàn)環(huán)向裂縫，此類裂縫在施工縫及沉降縫處更為明顯。

3)施工質量原因。

隧道在施工過程中存在二次襯砌厚度不滿足設計要求、二襯或初支背后有脫空或不密實區(qū)域、露筋、襯砌混凝土強度可能不滿足設計要求等質量缺陷，襯砌結構在荷載作用下可能在缺陷部位產生開裂現(xiàn)象。

4)襯砌結構存在受力不良部位。

人行、車行橫洞與主洞交叉部位，或邊墻與仰拱連接部位，由于開挖斷面較大，線條過渡不夠順滑，存在應力集中現(xiàn)象，易導致該部位襯砌開裂。

5)襯砌混凝土劣化。

隧道襯砌混凝土是一種各向異性的材料，經過一定的使用年限后，由于各種原因襯砌混凝土發(fā)生劣化，同時由于隧道縱向長度范圍溫度不一致，可能導致混凝土由于溫度應力出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。該影響因素下襯砌結構易出現(xiàn)環(huán)向裂縫。

3.3不同類型裂縫對隧道結構安全的影響

1)裂縫錯臺、掉塊。

隧道襯砌結構所受外力已遠遠超過其承載范圍，襯砌結構已經損壞，在外力沒有明顯消減的情況下其結構將不斷變形直至破壞，嚴重影響襯砌結構以及運營安全，必須立即采取加固措施。本隧道沒有錯臺、掉塊的裂縫。

2)變形在發(fā)展的裂縫。

周邊圍巖沒有穩(wěn)定、外力沒有消減，襯砌變形在擴大，表現(xiàn)在裂縫的加長、加寬、加深，或產生新的裂縫，必須及時加固以免襯砌結構發(fā)生結構性破壞。

3)已經穩(wěn)定的裂縫。

圍巖已經穩(wěn)定，表現(xiàn)為不產生新的裂縫，裂縫不加長、加寬、加深，總體來說縱向斜向裂縫比環(huán)向裂縫危害大，寬裂縫比細微裂縫危害大，裂縫密集區(qū)比裂縫少、微區(qū)段危害大，應根據(jù)實際情況進行處治。本隧道經過四五年的開通運營，圍巖已基本穩(wěn)定，裂縫沒有發(fā)展。

4　裂縫處治方案

4.1整治原則

在充分分析隧道病害現(xiàn)狀和原因的基礎上，依據(jù)國內外成熟整治經驗，對隧道表觀病害和嚴重質量缺陷進行維修整治設計。設計原則為技術可行、經濟合理。由于本隧道已經運營，日常交通量大，還要考慮對正常交通運輸?shù)挠绊憽?/p>

1)設計方案施工方便可行，效果良好，經濟性高。

2)設計方案應盡量縮短施工工期，同時減小施工對隧道通行的影響。

3)對存在襯砌開裂病害嚴重的地段進行結構加固，對一般襯砌開裂段落進行裂縫處理。

4.2整治設計

根據(jù)隧道目前狀態(tài)，針對不同的隧道病害現(xiàn)象和襯砌開裂的不同形態(tài)，采取如下工程整治措施：

1)寬度小于0.2 mm的裂縫。二次襯砌為素混凝土段寬度小于0.2 mm的環(huán)向裂縫不進行整治，但二次襯砌為鋼筋混凝土段寬度小于0.2 mm的裂縫也應涂刷環(huán)氧砂漿進行封閉處理。

對寬度小于0.2 mm的縱向和斜向裂縫采用在裂縫部位涂刷環(huán)氧砂漿封閉裂縫的方法進行整治。

2)寬度不小于0.2 mm～1.0 mm及個別大于1.0 mm的裂縫。對寬度不小于0.2 mm的縱向、斜向和環(huán)向裂縫采用低壓注漿法進行整治，通過壓注改性環(huán)氧樹脂灌縫膠充填封閉裂縫，粘結裂縫，阻止其進一步發(fā)展。低壓注漿法的施工工序為：裂縫清理→粘貼注漿嘴、封閉裂縫→試漏→配制注漿液→壓漿→二次注漿→清理表面。

3)寬度大于1.0 mm的裂縫較密集段落?？紤]到隧道已經運營五年多了，二襯結構已經收斂，且日常交通流量大，不宜采取破壞原有結構的方式進行整治。同時，考慮到整治所需時間長短、經濟性、安全性等因素，比選方案采取鋼筋網噴射混凝土套襯加固、鋼帶加固等兩種加固整治方式，使加固的結構與原有支護結構聯(lián)合受力。

a.套襯加固方案。襯砌結構表面采用套襯加固。套襯采用10 cm厚C25鋼纖維混凝土結構，套襯內設置單層鋼筋網，環(huán)向鋼筋采用Φ20鋼筋，間距25 cm，縱向鋼筋采用Φ16鋼筋，間距25 cm，鋼筋網交叉處采用鐵絲綁扎或焊接牢固。既有襯砌與套襯之間的新舊混凝土采用界面劑以增加混凝土間的粘結力，并與Φ22環(huán)氧砂漿錨固鋼筋連接，增強兩層混凝土的整體性。由于原襯砌斷面大于建筑限界12 cm，因此加固厚度10 cm能滿足設計建筑限界要求。本方案的優(yōu)點為加固結構與原有襯砌結構結合良好，整體受力效果好，整治完成后不需要額外的維護保養(yǎng)；缺點是需要配套相關施工設備，施工進度較慢，且需要斷道施工，施工風險大，交通組織困難。

b.鋼帶加固方案。鋼帶采用Q235鋼材質，厚5 mm，單幅鋼帶寬27.5 cm，整環(huán)敷設。采用M20高強化學錨栓固定鋼帶，每排設置兩套錨栓，錨栓環(huán)向間距為60 cm，縱向間距為15 cm，左右兩側距離鋼帶邊緣均為6.25 cm。敷設鋼帶前，應清除敷設位置襯砌表面的雜物等，清除條帶寬度為40 cm，清除后應整環(huán)打磨襯砌混凝土表面直至露出混凝土新鮮面，打磨條帶寬度為40 cm，深度為2 mm～3 mm。鋼帶敷設好后，應在鋼帶與原襯砌混凝土間壓注粘鋼膠，并應確保充填飽滿，以使兩者密貼，增強結構加固整治效果。鋼帶間采用鋼帶縱向連接，增強整體受力。本方案優(yōu)點為施工比較簡單，不需要大型施工機械，施工進度較快；可采取單車道通行，交通組織較簡便；缺點為鋼帶表面難以與襯砌表面密貼，影響整體受力效果。

綜合考慮交通組織、施工進度、處理難度等因素，決定采用鋼帶處理方案。

4.3處治效果

本隧道2015年4月1日開始進場施工，6月1日完成全部整治項目，采用的單車道行車，未對渝湘高速公路的正常營運造成大的影響；到2015年年底，檢測單位進行年度隧道專項檢測活動，未發(fā)現(xiàn)新的裂縫發(fā)育，隧道襯砌結構已基本穩(wěn)定。

[1]JTG H12—2003,公路隧道養(yǎng)護技術規(guī)范[S].

[2]JTG D70—2004,公路隧道設計規(guī)范[S].

[3]JTG F60—2009,公路隧道施工技術規(guī)范[S].

[4]JTG F80/1—2004,公路工程質量檢驗評定標準[S].

[5]GB 50108—2008,地下工程防水技術規(guī)范[S].

[6]JTG/T B07—01—2006,公路工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范[S].

[7]GB 50015—2003,建筑給水排水設計規(guī)范[S].

Secondary masonry cracking treatment scheme of highway tunnel in operation process

Rao Yongqiang

(ChinaRailway5thBureauGroup1stEngineeringCo.,Ltd,Changsha410100,China)

With an introduction of secondary masonry cracking features of the highway tunnel, combining with the tunnel hydrological conditions, the paper analyzes the tunnel masonry cracking causes, explores the impact of various cracks upon tunnel structure safety, and finally puts forward rational cracks processing scheme, so as to guarantee the tunnel masonry structure stable.

tunnel, crack, secondary masonry, treatment scheme

1009-6825(2016)08-0201-02

2016-01-07

饒永強(1978- )，男，工程師

U451.4

A