秦山隧道病害分析與加固研究

文/吳志明 中核核電運行管理有限公司 浙江海鹽 314300 王煒龍 浙江大學建筑設計研究院有限公司 浙江杭州 310012

由受諸多因素干涉，比如水害，凍害，不良地質及襯砌材料侵蝕、設計建造時間較為久遠等，從而導致很多不良現象產生，秦山隧道襯砌混凝土外觀不斷出現開裂、變形、剝落、掉塊等，且襯砌的有效厚度也在不斷減小，以至于襯砌結構的承載能力，使用壽命不斷降低，經采用地質雷達等先進檢測評估手段全面評估隧道結構等總體技術狀況情況，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，嚴重影響交通通行安全。因此，有必要對秦山隧道存在的病害及環境問題進行全面分析、維修與加固。

1、秦山隧道概況

秦山隧道主要承擔著秦山第二核電廠在施工、安裝期內各種建筑材料、設備、機具及超大型設備的運輸及運行后核電站的材料、設備等各種物料的運輸功能。整個隧道全長一共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，復合式襯砌被其采用，防水板未設置于初期支護與二次襯砌間，鋼筋混凝土結構設計強度為C20，素混凝土設計強度為C15。

2、隧道病害情況

根據2015年最近的檢測評估報告，隧道結構技術狀況評定為4類，即嚴重破損。由于隧道自身有著嚴重破壞，以至于行人，行車安全已深受其影響，如若想改變現狀，則必須將結構病害措施以及交通管制迅速實施。

（1）通過現場的外觀，檢查結合秦山隧道襯砌混凝土結構裂縫檢測報告顯示，隧道結構存在多處襯砌開裂現象，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，局部裂縫呈網狀分布，造成襯砌結構完整性較差，結構安全風險較大。

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重的滲水現象，主要表現為襯砌施工縫帶狀滲水及裂縫滲水；側墻裝飾面層及拱頂砂漿層存在與襯砌脫空現象，有掉落風險，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為原設計混凝土的強度等級，由調查結果可知，較大的混凝土離散性出現在各斷面之中，且一經修整，混凝土的推定強度均不小于C20，混凝土并未出現強度降低現象，材料亦未發生劣化。在襯砌混凝土中，9毫米的最大深度仍低于鋼筋的保護層厚度。

（4）在一定范圍內，隧道襯砌的鋼筋配置情況，比如鋼筋的數量，直徑，間距，以及保護層厚度等等，均可以通過鋼筋掃雷雷達進行抽檢，且一經檢測可以得知，符合有關規范設計的基本要求。

（5）由相關數據檢測可以得知，在襯砌混凝土鋼筋中，經被測的截面鋼筋銹蝕電位普遍不大于-200mV，由諸多評判標準可以得知，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性或者根本沒有銹蝕活動。

（6）由電阻率測試結果可以得知，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可以得知，對襯砌混凝土內部結構并無明顯變形，或其變形幾乎可以忽略。

（8）諸多缺陷仍存在于該隧道區域內，比如脫空，孔洞等等，以至于隧道襯砌開裂破損等現象仍舊時常發生，應對缺陷部位進行相應技術處理。

3、病害原因分析

通過對2015年秦山隧道結構檢測評估報告和裂縫檢測報告分析，結合隧道地勘、施工資料，隧道病害產生原因分析如下：

3.1 有關襯砌的環向、斜向、縱向裂縫

1）隧道建成時間早，當時施工水平有限，二次襯砌混凝土拆模過早，養護不足，承受圍巖荷載時強度不足產生環向、斜向裂縫。

2）隧道地質條件較復雜，共計13處受斷層影響，襯砌背后圍巖松動荷載隨時間逐漸增大，易在二襯結構薄弱處尤其在拱頂位置發生縱向開裂。

3）二次襯砌與初期支護之間存在空洞、脫空、不密實現象，結構受力時常不均，以至于應力集中現象時常發生，縱向、斜向裂縫不斷形成。

4）隧道邊墻下方基礎施工期間濕軟不堅實，襯砌產生不均勻沉降，形成環、斜向裂縫。

3.2 襯砌不密實、空鼓

1）襯砌施工控制不規范，混凝土振搗不足導致襯砌混凝土不密實。

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

3.3 砂漿層脫落

1）砂漿層強度較低，同時襯砌表面光滑，砂漿層與襯砌間粘結效果差，造成防火層粘結不牢而脫落。

2）重車通過隧道時造成襯砌發生瞬間震動，造成防火層松動、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，其一，整個施工缺乏規范性或規范性過低，其二，有空洞脫空存在于襯砌背后。

3.5 襯砌滲漏水

1）隧道經過多年運營，排水系統局部淤積堵塞，導致地下水不易排出；同時襯砌背后存在不密實區及空洞，易形成地下水富集區。

2）隧道建成早，初期支護與二襯之間未設置防水板，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）針對襯砌的病害情況、產生機理，有針對性的采取處治措施。

2）處治應按先襯砌空鼓注漿，再襯砌滲漏水處治，然后裂縫補強，襯砌鋼板或套拱加固，最后裝飾層修復的順序進行。

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

4）襯砌加固盡可能保持原結構完整性的基礎上進行結構補強。

5）通過隧道結構加固，達到恢復原設計使用功能的目的，同時確保隧道裝飾美觀。

6）采用成熟工藝，施工材料、工藝與施工條件緊密結合，可操作性強。

4.2 加固總體方案

1）對于二次襯砌與初期支護之間存在不密實、空鼓、高含水現象，采取注入水泥—水玻璃雙液漿進行填充。

2）對于襯砌滲漏水，采取鑿槽埋管的方式進行處治，當襯砌出現大面積的嚴重滲水時，同時采取拱腳泄水的方式進行處治。

3）對于襯砌環向、斜向、縱向裂縫，對于大于0.2mm的超限裂縫，采取裂縫注膠方式進行處治。

4）對于襯砌厚度不足和襯砌網狀嚴重開裂的段落：采取襯砌鋼帶加固的方式進行處治。

5、鋼板帶加固

5.1 加固段

根據秦山隧道病害檢測評估報告和裂縫檢測報告襯砌結構厚度和裂損情況，對襯砌結構網裂密集段落及較大規模拱部襯砌厚度不足段落共計331m長段落，進行鋼帶加固，加固段落見下表1所列。

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

5.2 鋼板帶方案加固優點

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，提高抗拉強度12%-15%。④W鋼帶截面利用率高，節省材料。⑤既有機電設備基本不用拆除，鋼帶布置位置與其沖突時，可做適當調整。⑥施工快速、環保，可實現單車道交替通行。

圖2 襯砌鋼帶加固設計圖

5.3 鋼帶加固施工工藝

1）基面的處理

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

2）W鋼帶制作

①鋼帶粘結面用噴砂或除銹機打磨直至露出金屬光澤，打磨紋路應與鋼帶受力方向垂直，鋼帶粘結面應有一定的粗糙度；用脫脂棉沾丙酮將鋼帶表面擦拭干凈。②依據現場植埋的錨栓位置、間距，對待固定的鋼帶進行配套打孔。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——配制結構膠——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

①鉆孔植埋錨栓：

（a）依照設計圖紙的要求，放出需鉆孔的位置。（b）應采用與錨栓直徑配套的鉆頭進行鉆孔。（c）鉆孔應清理干凈，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準《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2013）的相關規定執行。

②配制結構膠：按照供應商提供的產品說明書要求配制結構膠，用低速攪拌器攪拌均勻，并在適用期內用完。膠黏劑應滿足設計要求的各項力學指標和耐久性要求。其質量應符合《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2013）的相關規定。

③涂刷膠黏劑：涂刷膠黏劑前應對襯砌表面進行基面處理，保證粘貼面堅實干燥，對表面缺損處及不平整處采用改性環氧砂漿進行找平處理。基面處理完成后，在襯砌表面及鋼帶均勻地涂刷膠黏劑，膠黏劑的膠層應有足夠的厚度。

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，鋼板與襯砌應密貼，應避免局部脫空。鋼帶分段處采用平口焊接連接，再用長60cm的W接頭鋼帶進行搭接，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。

2.檢索策略：采用潛水醫學方面的關鍵詞、主題詞、名稱、摘要、權利要求書等檢索詞，匹配專利數據庫進行檢索構成檢索式：名稱、摘要、權利要求書(水下或高氣壓或潛水或脫險)和(醫學或設備或加壓艙或裝具或裝備或裝置或呼吸器或生命支持系統)；檢索時間：2016年11月初，檢索2016年9月30日前的專利和專利申請。

⑤鋼帶表面防腐處理：經檢驗確認鋼帶粘貼固化密實效果可靠后，并清除鋼帶表面污垢。對安裝過程中造成的底漆破損進行補漆，再在鋼帶外露面涂刷面漆4道。

⑥處治進行鋼帶分段時，鋼帶連接采用平口焊接，再用長60cm的W接頭鋼帶進行搭接，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。

⑦采用縱向平鋼板與環向鋼帶焊接，并用接頭鋼板進行錨接。

⑧最后采用3cm厚聚合物砂漿對加固區域進行封閉。

6、施工遇到的實際問題處理

下文，我們將對施工中遇到的實際問題進行詳細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，結合實際現場對0～205、603～964樁號間的砂漿層進行鑿除。其余205～603區間根據砂漿粘結強度檢測，檢測結果≥0.3MPa能滿足要求，同意保留原有砂漿層。施工時，要求在新老砂漿層交界位置注意平整，同時對未鑿除的老砂漿層進行清洗除灰處理。此外對于保留的砂漿層也要再行進行空鼓錘敲擊及外觀檢查等，對局部空鼓及劣化嚴重的零星部位進行處理。

6.2 樁號643m處襯砌薄弱、空鼓部位處理

6.3 隧道北部零星部位雙夜注漿屢注不滿問題

根據現場查看應按照原設計處理方案進行現場實施，同時經過處理仍未注滿時，可由檢測單位現場查一下注漿空洞大小和注漿流動范圍，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，無法規避鋼筋的情況下，可適當增大鋼帶間距，由1米調整至2米，同時要求對已實施的錨桿（遇到障礙無法繼續鉆孔），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按照設計進行施工，如有漿液流入空鼓位置時，建議根據現場情況采用止漿塞進行止漿作業。當遇到止漿塞無法有效止漿的特殊情況時，可采用錨固劑臨時錨固的方案，但該方案應確保錨桿端頭出漿孔位置應保留出漿空間，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

面對雨水較多，施工過程中發現，隧道南北洞口附近頂部出現滲水、滴水現象，主要集中在以下三個典型部位：中空錨桿、化學錨栓、裂縫（包括施工縫、細微裂縫）起拱線位置，制定有針對性處理措施如下：

1）粘貼鋼板帶處

在滲水集中點周圍增打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

有條件時盡量采取引排措施，開槽引流，但環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，可斜向開槽將水導入環向排水管內，導水管內應加密引水孔，增強引排效果。

圖3 裂縫注漿補強設計

不具備開槽條件時，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、缺損處位置適當開鑿，填充遇水凝固的堵漏劑（“立止水堵漏劑”等相關堵漏材料），最后在滲水表面噴涂高效防水涂料。

結語：

秦山隧道全線加固自2016年8月開始，歷時2.5個月，經過業主、設計、監理、施工單位密切配合，順利實現整治項目目標和通車。本次整治后全線檢測，隧道達到了公路隧道養護技術規范中總體技術狀況1類標準，確保了隧道安全穩定運行。