千枚巖地層中隧道襯砌破壞整治施工技術

徐彬軒

（四川公路橋梁建設集團有限公司公路隧道分公司， 四川 成都 610200）

1 工程背景

1.1 隧道基本情況

國道317線薛城隧道位于雜谷腦河左岸高山中，山坡地形陡峻，地形坡度35°—45°，山坡覆蓋層較薄，大部分地段基巖直接出露。履蓋層主要為第四系全新統沖洪積卵石層、更新統崩坡積層碎石土層，下伏基巖為泥盆系統維關群下組千枚巖、炭質千枚巖。隧道大部分所處地層圍巖主要構成為灰、深灰色千枚巖，其礦物成分主要為石英、絹云母、綠泥石等，變晶結構，千枚狀構造，片理面具微弱絲絹光澤；隧道中部所處地層分布有灰黑、黑色炭質千枚巖。隧道圍巖級別以Ⅳ、Ⅴ級為主。

1.2 隧道原施工情況

隧道于2008年11月開工建設，2011年3月建成通車。2013年3月，隧道在運營過程中出現了邊墻開裂、路面沉隆、邊墻水溝變形等病害，且隨著時間推移，病害仍逐漸擴展。2014年，針對隧道病害進行了全隧整治，2015年繼續開通。其中，K29+398—+443里程段落，對仰拱病害采用新增樹根樁和拆除重建鋼筋砼仰拱的措施進行處治；對拱墻病害，采用新增設20cm格柵鋼纖維噴射砼套襯進行處治。K30+360—+430里程段落，對仰拱病害分段采用了基底注漿和新增樹根樁措施進行處治；對拱墻病害，采用裂縫修補和新增15cm鋼纖維噴射砼套襯進行處治。

1.3 隧道現狀情況

歷經兩年多的運營，薛城隧道逐步表現出路面開裂、下沉等情況，其中K29+395—+443里程48m段落，隧道左側邊墻套襯砼出現破碎開裂并大面積剝落現象。最嚴重K29+395—+410段剝落面積約10m2、厚度約12cm，格柵拱架外露、扭曲變形。K30+360—+430里程70m段落中，隧道拱頂套襯砼出現砼剝離掉塊、錯臺位移等現象。最嚴重的K30+403里程前后，隧道拱頂套襯砼出現面積約20m2剝離，其中近施工縫處拱頂偏左1.5m處有長5m、寬0.8m、厚15cm的剝離砼已脫落掉塊。

2 隧道病害原因分析

薛城隧道發生以上病害是多方因素綜合作用的結果，根據當前隧道現場的病害表現，結合原有施工情況和2013年病害處治情況，綜合分析襯砌結構破壞病害發生的直接原因是隧道圍巖壓力的不斷發展增大，超出了結構的承載能力，最后導致襯砌（和套襯）結構的破壞。1、薛城隧道穿越千枚巖地層這一地質條件是發生病害的主要原因。2、隧道總體按IV級圍巖建設，支護參數偏弱，襯砌結構無法承受持續變化增大的圍巖壓力。3、隧道本次出現病害段落，在原有施工過程中，曾發生過坍方、初支變形開裂等情況，處治施工時可能存在局部空洞現象，在圍巖壓力分布不均的情況下，襯砌結構更易受損破壞。4、施工過程可能存在二襯施工過早的缺陷。當初支變形收斂穩定前便進行二襯施工，導致二襯在成形時就過多分擔了圍巖壓力。當圍巖壓力繼續增大時，襯砌結構便受損破壞。

3 整治施工技術

3.1 測量控制

隧道建筑凈空限界是保證行車安全通行于隧道的重要參數。薛城隧道已經歷過一次病害處治，由于隧道不同段落采用了不同厚度的套襯加固措施、施工誤差的存在和隧道運營中發生的結構緩慢持續變形，隧道現有的凈空斷面必然尺寸多樣且不規則。同時，新建套襯的厚度又是確保隧道整治效果的重要指標。因此，整治施工前必須對隧道現場凈空斷面進行精確測量，平衡控制好隧道設計凈空和二襯厚度的關系，以便既能保證隧道整治施工過程安全，又能保證隧道整治后運營和往來行車的安全。

薛城隧道為直線單坡隧道，整治段落的縱斷面控制以段落起止點的路面設計標高為控制點，處治段落按設計坡度順接前后路段即可。

隧道橫斷面控制，根據隧道現場凈空復測結果，在首要滿足隧道設計凈空的條件下，確保新建套襯施工厚度不小于設計厚度。當發現現場實際凈空無法同時滿足隧道設計凈空條件和新建套襯厚度要求時，才對上一次處治增加套襯或原有二襯進行拆除施工，以確保該項條件的滿足。

3.2 臨時加固處理

臨時加固采用安裝I20b工字鋼拱架加固形式。根據前期測量的襯砌斷面形式，在加工場將鋼拱架分節制作成形，現場拼裝就位。鋼拱架全環用4m長φ22藥卷錨桿按1m間隔焊接鎖固于襯砌表面，拱架與襯砌表面的空隙用鋼墊板和木楔墊填緊密。拱架每榀間距1m，用連接鋼筋焊接成一體。

3.3 圍巖注漿加固處理

圍巖的加固處理按周邊圍巖加固和深層圍巖加固兩部分配套進行。周邊圍巖加固采用5m長φ42小導管進行環向注漿加固，小導管縱向間距1.5m、環向間距1.5m，交錯成梅花型布置。注漿采用純水泥漿，水灰比控制在0.4左右。深層圍巖加固采用8m長φ28中空注漿錨桿進行環向注漿加固，錨桿縱向間距1.5m，環向間距1.5m，呈梅花型交錯布置于兩環小導管中間。注漿采用M30水泥砂漿。

鉆孔采用風鉆成孔。鉆孔方向垂直于襯砌表面，以便鎖定錨板，保證錨固效果。

注漿施工嚴格按配合比制拌漿液。注漿作業采用注漿壓力和注漿量雙控制。注漿壓力按分級升壓法調整，由小到大逐步加大注漿壓力至1MPa，終孔壓力控制在1.5MPa。當單孔注漿壓力達到設計要求值，可結束注漿。當單孔注漿量超過設計的注漿量且注漿壓力無明顯變化時，需暫停一段時間待漿液初凝后再補充注漿至注漿壓力升至設計值方可結束。

注漿作業是利用原有套襯或二襯結構作為止漿墻，但注漿施工作業過程中，安排專人加強對套襯和二襯變形情況的觀察，嚴防過大變形發生安全事故。同時認真填寫注漿記錄，隨時分析和調整注漿參數。

3.4 鋼管樁加固處理

為改善隧道邊墻基礎承載能力不足的缺陷，采用4m長直徑φ250的鋼管樁對邊墻墻角進行加固。鋼管樁布置于新建套拱腳處，縱向間距1.2m，鉆進方向按與垂直方向向外呈30°和15°隔孔布置。注漿采用M30水泥砂漿。

3.5 套襯處理

由于部分整治段落的凈空尺寸和新建套襯厚度值無法同時滿足要求，上一次處治增加的套襯結構必須拆除。

既有套襯拆除是極其危險的工作，稍有不慎，將造成隧道坍塌等事故發生。為減少安全風險，現場對既有套襯進行分段拆除，一般破損路段每次拆除范圍不超過6米，破損嚴重、拆除厚度較深的地段，每次拆除范圍不超過3米。拆除作業前加強作業面照明，清理現場人員，警戒封閉作業區域。拆除作業從環向施工縫處開始，將拆除段與非拆除段的臨時拱架連接鋼筋切割斷開，分解拆除段內臨時拱架。破碎機停于非拆除段襯砌下，將破碎頭伸入拆除區進行拆除作業。拆除由點至面、逐榀進行，先全環用較小力量將套襯擊打出裂縫，再加大力量由下至上逐步破碎剝離套襯層。機械拆除過程中，安全人員注意對作業面的觀察，嚴范掉塊、坍方等風險，當發現不穩定情況時，及時停機撤離。

既有套襯破碎拆除后，及時對凈空進行復測，以確保新套襯厚度和行車限界空間。若仍舊不足，視差值再次進行局部襯砌破碎拆除。

新做套襯采用高于一般隧道襯砌砼強度的C40鋼筋砼，厚度不少于30cm。由于圍巖加固的小導管和錨桿施工破壞了隧道原有的防水系統，所在，必須在新套襯砼施工前，分別在隧道拱腳、起拱線、縱、環向施工縫等部位布設常規的亂絲排水盲溝、止水帶、止水條等設施。

為保證新舊砼的連接，原襯砌表面進行鑿毛處理，同時，在既有拱腳砼面進行植筋處理，將二襯鋼筋植入仰拱砼內不小于20cm，并與鋼管樁焊接。全環鋼筋綁扎成形后，在拱腳處打設2根φ25藥卷錨桿，并與襯砌鋼筋焊接成整體。當隧道凈空斷面尺寸滿足要求時，臨時工字鋼拱架可以不拆除，作為永久支護體系與襯砌鋼筋焊接成一體，澆筑進新套襯中。

新套襯砼采用為6米長全液壓模板襯砌臺車澆筑。澆筑長度在舊套襯拆除段視拆除分段情況確定，非拆除段按6米確定。

4 結語

薛城隧道整治施工僅耗時兩個月便恢復通車；施工過程中，沒有發生安全、質量事故；整治完畢后，經監控量測反映，襯砌結構穩定無明顯變化。

此次整治施工的經驗總結，對千枚巖地層隧道的襯砌破壞病害的預防和整治，主要從兩方面著手，一是對易遇水軟化變形的隧道圍巖進行加固，二是適當提高襯砌承壓能力。對既有隧道的整治，必須做好凈空斷面復測工作。盡量在現有凈空尺寸內平衡凈空限界與二襯厚度的關系，盡量避免拆除原有襯砌結構，減少施工安全風險。重視圍巖注漿加固作業。對隧道初支外圍巖層進行注漿加固，以增加圍巖自穩性，形成穩定圈層包裹隧道結構。注漿水泥漿液宜采用0.4左右的較小值水灰比，以減少用水量，避免過多用水導致千枚巖軟化。