隧道裂縫缺陷處治技術(shù)在施工中的應(yīng)用

呂敏

隧道工程中常見的質(zhì)量缺陷是襯砌混凝土裂縫。文章針對某高速公路K隧道施工中存在的襯砌裂縫現(xiàn)象，通過對裂縫的調(diào)查與檢測，分析了產(chǎn)生裂縫的原因，制定了裂縫處治+鋼帶加固的綜合處理措施，有效保證了隧道工程的安全和質(zhì)量。

隧道襯砌開裂;裂縫處治;鋼帶加固措施

0?引言

襯砌混凝土裂縫是隧道工程中常見的缺陷。本文針對隧道襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行研究，探討在施工中處治襯砌裂縫的工程措施，以保證隧道工程的安全和質(zhì)量。

1?工程概況

1.1?工程背景

某高速公路于2010年7月開工建設(shè)，因建設(shè)資金無法落實(shí)，2013年起陸續(xù)停工，遺留了眾多工程，直至2015年后續(xù)單位進(jìn)場施工，2016年年底建成通車。

1.2?設(shè)計(jì)情況

K隧道為連拱隧道，起訖里程樁號為K55+373～K55+695，全長322 m，洞軸線走向方位角為158°，最大埋深為57 m，隧道單洞凈寬為10.75 m，凈高為5.0 m，內(nèi)輪廓為拱、墻三心圓形式，邊墻為曲墻式，中隔墻為復(fù)合式，隧道平面位于R=2 500 m左偏曲線上，縱坡為2.9%單向坡，進(jìn)出口均設(shè)計(jì)為端墻式洞門。

1.2.1?地質(zhì)情況

裂縫段所在隧道進(jìn)口端基巖為板巖，單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀185°∠65°，節(jié)理裂隙發(fā)育。分布的強(qiáng)風(fēng)化板巖巖性為變余泥、砂質(zhì)構(gòu)造，板狀構(gòu)造，巖芯多呈碎塊狀，巖體破碎;弱風(fēng)化板巖巖性為變余泥、砂質(zhì)構(gòu)造，板狀構(gòu)造，巖芯多呈柱狀，巖體較完整。

1.2.2?施工方法

隧道施工開挖總體上拱部采用光面爆破，邊墻部采用預(yù)裂爆破，以最大限度保護(hù)周邊巖體完整性，減少超挖量，提高初期支護(hù)的承載能力。隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖段采用三導(dǎo)坑先墻后拱法施工，隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖段采用中導(dǎo)坑輔助施工。中導(dǎo)坑全隧道貫通并澆筑中隔墻后，開始主洞開挖、支護(hù)。Ⅳ、Ⅴ級圍巖段側(cè)導(dǎo)坑先期施工，待側(cè)導(dǎo)坑矮邊墻二次襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后對主洞采用上下臺階法施工;Ⅱ、Ⅲ級圍巖段則采用上下臺階法施工。

1.2.3?襯砌形式

復(fù)合襯砌由系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土層、鋼拱架及二次襯砌共同構(gòu)成。中隔墻采用鋼筋混凝土澆筑，厚度為100 cm。輔助施工措施有超前大管棚、超前小導(dǎo)管和超前錨桿等。

1.3?施工概況

至后續(xù)單位進(jìn)場施工時(shí)，隧道完成情況如下：原單位從進(jìn)口端開挖，中隔墻施工完成;左線開挖至K55+611，剩余84 m，二次襯砌施工至K55+533，剩余162 m;右線開挖至K55+483，剩余212 m，二次襯砌施工至K55+433，剩余262 m。

1.4?襯砌開裂情況

ZK55+390～ZK55+450段位于Ⅳ級圍巖。經(jīng)檢測二次襯砌拱頂及右拱腰存在34處裂縫，多處有析白、滲水現(xiàn)象。其中ZK55+431、ZK55+435、ZK55+438三個(gè)斷面處裂縫寬度累計(jì)變化較大，均>0.3 mm。按規(guī)范要求，隧道襯砌鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度應(yīng)≤0.2 mm。

1.5?裂縫類別及分布情況

裂縫按其在隧道分布位置分為以下三類：

（1）縱向裂縫：指與隧道軸線為平行關(guān)系的裂縫，多位于邊墻及拱部，是隧道裂縫中最常見也是危害最大的裂縫。

（2）斜向裂縫：指與隧道縱軸之間的夾角一般為45°左右的裂縫，一般是因圍巖壓力不均勻造成的。

（3）環(huán)向裂縫：危害較小，多分布于圍巖應(yīng)力變化的沉降縫或洞口交接處。

裂縫在本段的分類情況如表1所示。

2?隧道裂縫缺陷成因

因原單位施工停工時(shí)間長，相關(guān)資料缺失，推測其可能的原因如下：

2.1?工程地質(zhì)條件復(fù)雜

連拱隧道一般位于淺埋以及偏壓地段，這些地方覆蓋巖層薄、裂隙發(fā)育。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)在ZK55+415洞頂有一塌坑，中心偏距為左7.0 m，周圍山上流水匯入坑中，使隧道流水匯集，巖體中的充填物被帶走，使巖體完整性降低，可能造成襯砌開裂。

2.2?施工管理不善，標(biāo)準(zhǔn)化水平低

（1）施工原材料管控不嚴(yán)，混凝土配合比達(dá)不到規(guī)范要求，施工工藝交底不到位，工序檢查未嚴(yán)格執(zhí)行。如振搗不到位，施工縫、變形縫處理不到位，拆模過早，未進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)等。檢測中發(fā)現(xiàn)此段隧道矮邊墻混凝土強(qiáng)度、厚度不足，對工程質(zhì)量影響重大，導(dǎo)致工程整體質(zhì)量的下降。

（2）施工中超欠挖、模板支架變形或塌方，中隔墻回填不密實(shí)，造成局部襯砌混凝土結(jié)構(gòu)厚度不均或襯砌結(jié)構(gòu)受力不對稱，特別是拱頂回填不及時(shí)或回填效果差，使荷載承受能力降低。

（3）上下臺階開挖時(shí)，仰拱與掌子面之間的安全步距超過規(guī)范要求，工序銜接不緊密，不能及時(shí)封閉成環(huán)，中隔墻與二次襯砌沉降縫不一致，不同巖石交界處未設(shè)置沉降縫，導(dǎo)致地基發(fā)生不均勻沉降。

2.3?設(shè)計(jì)原因

地質(zhì)勘察資料不夠詳細(xì)，未全面排查隧址的巖層地質(zhì)，圍巖劃分所依據(jù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)不充分，缺少針對性設(shè)計(jì)，與現(xiàn)場地質(zhì)情況差別較大，導(dǎo)致工程質(zhì)量隱患的出現(xiàn)。

3?隧道裂縫缺陷加固措施

根據(jù)專家評審方案，結(jié)合現(xiàn)場情況，裂縫出現(xiàn)時(shí)間長且已處于穩(wěn)定狀態(tài)，決定采用裂縫處治+鋼帶加固的綜合處治方法對此開裂段進(jìn)行加固，相對于套拱加固、換拱方案，其施工難度較低。同時(shí)，鋼帶加固方案不需要大型施工機(jī)械，施工進(jìn)度較快，確保了隧道凈空，能在不中斷交通的情況下進(jìn)行。

3.1?塌坑處治

清除塌坑周圍地表2 m外植被，然后開挖臨時(shí)截水溝，截水溝采用0.05 m厚M10砂漿封閉，截流周圍山谷匯水。為防止雨季降水的影響，在塌坑上面搭設(shè)彩條布覆蓋。

洞內(nèi)鋼帶加固處治后進(jìn)行塌坑回填。回填前塌坑周壁采用0.1 m厚C15混凝土封閉，防止后期周圍水滲入塌坑，回填高度高出原流水高程0.15 m。回填材料上部采用0.8 m厚C15混凝土，下部采用爐渣回填。回填后沿塌坑體施工0.6 m深度的M30砂漿弧形截水溝。

3.2?裂縫處治

（1）寬度<0.2 mm的裂縫

將裂縫兩邊各20 cm范圍內(nèi)襯砌表面刷洗干凈并清除松動混凝土塊，沿裂縫走向在兩側(cè)各20 cm范圍內(nèi)的襯砌表面涂刷改性環(huán)氧砂漿。

（2）寬度>0.2 mm的裂縫

在裂縫處開槽，開槽寬度原則為裂縫上下各5 cm。當(dāng)多條裂縫集中時(shí)，在裂縫處集中處理，開槽寬度按實(shí)際情況調(diào)整。開槽深度按有鋼筋處至鋼筋為止，但≤10 cm;無鋼筋處按10 cm深開槽，不允許破壞二次襯砌鋼筋和刺破防水板。由于本段裂縫較多，裂縫處置時(shí)，同一模二襯不準(zhǔn)同時(shí)處理多條裂縫。開槽完成后在裂縫位置按縱向間距20 cm布置5 mm注漿孔，鉆孔深度不大于二次襯砌厚度。注漿時(shí)從較低位置的注漿孔開始注入環(huán)氧樹脂砂漿，循序向上直至所有注漿孔注漿完成。

注漿完成后，對襯砌開槽處表面做鑿毛處理，并清洗干凈，涂刷界面劑，鋪設(shè)固定縱向22 mm豎向12 mm的鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)軸線與裂縫平行，鋼筋網(wǎng)交叉處采用鐵絲綁扎或焊接牢固。最后用環(huán)氧砂漿封閉開槽，其中環(huán)氧砂漿中環(huán)氧樹脂重量比例為10%。

表面復(fù)原處理：表面突出部分清除，磨平至原基本面平齊，從而恢復(fù)原面。

3.3?裂縫伴隨滲水處治

根據(jù)本隧道現(xiàn)場觀察，部分裂縫伴隨有滲水現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)析白、水斑。裂縫滲水主要分為點(diǎn)狀滲水、線狀滲水、面狀滲水三類。

處治方法：裂縫處治后在滲水裂縫主要出水處刻引水槽，刻槽應(yīng)避免割斷二襯環(huán)向主筋。引水槽寬15 cm，深9 cm，間距1 m。如存在出水區(qū)域過大的問題，開槽寬度按實(shí)際情況調(diào)整。在溝槽內(nèi)出水處打入42 mm無縫鋼管，管長1.5 m左右，通過埋設(shè)80 mmHDPE半圓管將圍巖內(nèi)的滲水引入集水槽水管內(nèi)，并通過橫向排水管引入縱向盲溝。橫向排水管間距3～5 m，依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況合理調(diào)整。半圓管采用卡扣固定，環(huán)氧樹脂封邊，粘結(jié)密實(shí)。軟管安裝完成后先進(jìn)行試水，確定沒有滲漏后再封閉軟管端頭，然后用環(huán)氧砂漿抹平環(huán)向引水槽。其余細(xì)小的滲水點(diǎn)，涂刷JS聚合物水泥基復(fù)合防水涂料防水。

3.4?鋼帶加固處治

本段除襯砌存在多處開裂外，還存在二襯鋼筋間距超寬、混凝土強(qiáng)度不足等質(zhì)量缺陷，根據(jù)隧道質(zhì)量缺陷處治原則，對本段隧道襯砌進(jìn)行鋼帶加固處治：

（1）采用熱軋鍍鋅鋼帶加固。鋼材要求采用Q235，鋼帶標(biāo)準(zhǔn)厚度為5 mm，寬度為40 cm，中心間距為100 cm，整環(huán)敷設(shè)。鋼帶采用M20高強(qiáng)化學(xué)錨栓及復(fù)合粘鋼膠與襯砌連成一體，每排設(shè)置兩套錨栓。錨栓環(huán)向間距為60 cm，縱向間距為20 cm，左右兩側(cè)距離鋼帶邊緣均為10 cm。

（2）鋼帶施工應(yīng)在該段其他病害處治完成后進(jìn)行。鋼帶施工前應(yīng)對襯砌表面混凝土進(jìn)行打磨（深度為2～3 mm），清除條寬度為50 cm，必須完全露出新面，并用壓縮空氣吹除粉塵，然后將襯砌表面清理干凈。

（3）錨固錨栓安裝。先探測混凝土中鋼筋分布情況，盡可能避開受力主筋，標(biāo)定位置后進(jìn)行鉆孔，在鋼帶對應(yīng)位置開孔。錨栓環(huán)向間距可根據(jù)現(xiàn)場情況作適當(dāng)調(diào)整，通過錨栓將鋼板錨固于二次襯砌上，預(yù)留注漿間隙。同時(shí)注意不得破壞已處治好的滲漏水措施，若滲漏水被破壞，則需修復(fù)。

（4）鍍鋅鋼帶粘貼。對螺栓固定的鋼帶用結(jié)構(gòu)膠封邊，預(yù)埋灌膠嘴（環(huán)向間隔0.5～1 m設(shè)置）、出氣孔。粘合劑的選用應(yīng)能保證后續(xù)壓力注漿的要求。封邊固化結(jié)硬后，方可壓入粘合劑，并保證注漿壓力持續(xù)、緩慢、均勻，保證注漿密實(shí)度，密貼飽滿，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體加固效果。

3.5?處治效果

高速公路運(yùn)營兩年后，從反饋的結(jié)果來看，K隧道此段襯砌監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定，表面未出現(xiàn)裂縫，無滲水現(xiàn)象，表明隧道裂縫缺陷綜合處治達(dá)到了預(yù)期效果。

4?結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，高速公路建設(shè)向山區(qū)延伸，隧道工程所占比例越來越大。隧道襯砌裂縫作為隧道常見的質(zhì)量缺陷，輕則造成隧道滲水，重則造成隧道垮塌。所以，探討續(xù)建工程中隧道裂縫的成因，采用隧道裂縫處治措施+鋼帶加固的工程措施，對今后類似后續(xù)工程的缺陷處理有一定的借鑒作用。

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