白陽山隧道內套拱加固方案探究

馮 勁 張昱輝 鄒春賢 桑運龍

（1.浙江省交通規劃設計研究院有限公司，浙江 杭州 310011；2.武義縣交通運輸局，浙江 金華 321200；3.上海同巖土木工程科技有限公司，上海 200092；4.同濟大學，上海 200092）

針對隧道的諸多病害，考慮社會影響和通行壓力，運營養護單位優先選用局部結構維修補強的方法進行病害處置，通常包括襯背注漿、鋼板及復合材料補強、噴混凝土、錨桿加固、局部拆換等。

一、工程概況

白陽山隧道位于浙江省金華市武義縣白洋經濟開發區內，與G25長深高速公路平行布線，設計為時速80km雙向四車道分離式隧道，建筑限界凈寬14.5m，凈高5m，2005年建成通車。隧道全長480m，埋深0m～110m。隧址以弱、微風化凝灰巖、粉砂巖夾凝灰巖為主，受地質構造及風化作用影響較嚴重，節理裂隙發育；地下水以第四系松散巖類孔隙潛水和基巖網狀裂隙水為主，受大氣降水補給，水量隨季節性變化，富水性差；山體發育1條斷層帶，局部發展為斷層破碎帶，帶內地下水以基巖裂隙水及脈狀裂隙水為主。隧道設計施工按新奧法原理，進出口明洞全長62m，采用厚65cm鋼筋混凝土襯砌；暗洞采用復合式襯砌結構，初期支護以錨桿和鋼筋網噴混凝土組成聯合支護體系，二次襯砌采用模筑混凝土結構，初期支護與二次襯砌結構之間設防排水夾層。老洞襯砌支護參數，如表1所示。

二、主要病害

（一）表觀病害

襯砌表觀主要病害主要為裂縫、滲水、路面開裂等，其中，二襯縱向裂縫216處，環向裂縫68處，斜向裂縫36處，襯砌滲水23處。水泥路面縱向開裂12處，橫向開裂7處，路面縱向開裂12處，橫向開裂7處，破損5處。進出洞門拱圈及墻體有多處開裂且滲水，路緣石及蓋板多達30處破損，排水邊溝多處堵塞，瓷磚多處破損缺失。

表1 白陽山隧道老洞襯砌支護參數表

（二）二襯脫空

白陽山隧道5條測線中均出現二襯脫空現象，且所占比重較大。其中，左拱腰測線脫空共計17段，合計長度約141m，占左拱腰測線總長29.5%，最大脫空深度約15cm；左拱肩測線脫空共計15段，合計長度約166m，占左拱肩測線總長34.9%，最大脫空深度約15cm；拱頂測線脫空共計14段，合計長度約51m，占拱頂測線總長10.7%，最大脫空深度約12cm；右拱肩測線脫空共計13段，合計長度約88m，占右拱肩測線總長18.5%，最大脫空深度約12cm；右拱腰測線脫空共計11段，合計長度約129m，占左拱腰測線總長27.5%，最大脫空深度約14cm。

（三）厚度不足

該次檢測范圍，白陽山隧道二襯厚度5條測線中僅拱頂測線的二襯厚度合格率在90%以上，其余4條測線的二襯厚度合格率均低于90%，且有部分區段的二襯厚度實測值小于設計值的1/2。結果如下。

左拱腰測線厚度不足24段，長度約57m，占左拱腰測線長度的11.9%，左拱腰測線二襯厚度合格率為88.1%，未出現小于設計厚度1/2的部位。

左拱肩測線厚度不足32段，長度約76m，占左拱肩測線長度的16.0%，左拱肩測線二襯厚度合格率為84.0%，未出現小于設計厚度1/2的部位。

拱頂測線厚度不足7段，長度約15m，占拱頂測線長度的3.1%，拱頂測線二襯厚度合格率為96.9%，但在k1+430處二襯實測厚度僅13.6cm，該處設計厚度為35cm，共計一處實測厚度小于設計厚度的1/2。

右拱肩測線厚度不足20段，長度約54m，占右拱肩測線總長11.3%，右拱肩測線二襯厚度合格率為88.7%，但在k1+394處二襯實測厚度僅15.0cm，該處設計厚度為30cm；在k1+434～k1+435處二襯實測厚度僅15.3cm～17.2cm，該處設計厚度為35cm；共計2處實測厚度小于設計厚度的1/2。

右拱腰測線厚度不足28段，長度約91m，占右拱肩測線總長19.4%，右拱肩測線二襯厚度合格率為80.6%，但在k1+317.5處二襯實測厚度僅12.9cm，該處設計厚度為35cm；在k1+377.5～k1+378.5處二襯實測厚度僅13.3cm～15.0cm，該處設計厚度為30cm；在k1+425.5～k1+431.5處二襯實測厚度僅8.5cm～16.1cm，該處設計厚度為35cm；在k1+456.5處二襯實測厚度僅17.0cm，該處設計厚度為35cm；共計4處實測厚度小于設計厚度的1/2。

三、加固方案設計

根據檢測結果，隧道處于中等—嚴重損傷范疇（健康度3級），考慮施工期保通及滲漏水問題，國內外工程界通常采用內套拱加固法。依據是否設置防水板，可以將套拱加固方法分為兩類，即疊合式套拱與分離式套拱?？紤]項目滲漏水較嚴重，結合施工組織因素，推薦分離式套拱方案，即在現有二襯內側新增套拱，與既有襯砌之間布設一道新的防水板，在提高結構承載力的同時，改善結構整體防水性能，如圖1所示。

圖1 分離式套拱加固示意圖

為確保建筑限界凈高、凈寬滿足規范要求，將隧道建筑限界向右側偏移75cm，同時改造原有2m寬人行道及道下電纜溝，重建路緣石、路側排水及機電照明系統。

圖2 加固前后建筑限界對照圖

加固設計主要包括：套拱加固、拱背空洞充填、裂縫修補、套拱背排水、施工縫及集中出水點刻槽埋管五個方面。其中拱背空洞充填、裂縫修補及施工縫、集中出水點刻槽埋管應在套拱結構加固處置之前進行。

（一）套拱加固

針對二次襯砌的病害，在不侵入建筑限界的前提下，考慮各種圍巖類別及實際襯砌厚度情況，采用在既有二襯結構外加C30混凝土套拱，通過對襯砌的加強，提高其整體穩定性和承載力，以達到提高缺陷襯砌安全度的目的。

主要要點：對指定區域空洞進行注漿回填密實，并完成拱背排水、施工縫及集中出水點刻槽埋管施工；二襯表面要清除表面浮渣、裝飾、油污、混凝土漿皮；摻聚丙烯纖維混凝土的摻量及工藝需按要求施工；復測隧道凈空斷面（保證不侵入隧道建筑限界）；混凝土表面應進行表面抹光，并采用涂料噴涂處理，以利美觀，墻部裝飾采用裝飾板材。

（二）拱背空洞填充

注漿充填拱背空隙或空洞地段，使襯砌與圍巖緊密結合，荷載作用均勻，增強圍巖彈性抗力，減小拱頂和拱腰部位的沖擊荷載，改善襯砌結構的約束條件，同時起到約束圍巖松弛的作用。

該次設計拱背注漿采用φ100mm鋼管，端部開十字形槽口。拱部范圍內布置3根，間距3m，縱向間距2m，長度以頂住初期支護層為準。注漿材料采用M25水泥砂漿。為保證砂漿和二襯混凝土的膠結強度，砂漿配合比應在現場試驗后確定，參考配合比為水泥：砂：水=1：0.2：0.4，注漿壓力控制在0.8MPa。注漿要求回填密實，空洞較大處應分次進行，注漿結束后應封住注漿口，待砂漿強度達到設計強度以上時，進行無損檢測，對未回填密實的地段鉆孔低壓壓注水泥漿。

拱背注漿應在結構加固處治之前進行，確保后續處置工程中安全施工。

（三）施工縫及集中出水點刻槽埋管

根據檢測報告中所述的二次襯砌滲水情況，主要采用打孔排水、鑿槽埋管的方法引排處理襯背的滲漏水。

1.針對施工縫處襯砌排水。在襯砌施工縫的混凝土表面開鑿15cm×15cm的環向槽，在槽內向圍巖內鉆孔，孔的直徑8cm，深度300cm，然后向孔內插入直徑5cm，靠圍巖的一端剪掉一段鋼絲，扎緊管口的φ80軟式透水管，環向槽下端通過PVC管連接到水溝。

2.針對集中出水點處襯砌排水，施工時首先對隧道內各滲水點、滲水裂縫作全面復查，確定需處理的樁號范圍，然后在有集中滲水點附近或滲水裂縫的混凝土表面沿縫開鑿15cm×20cm的環向槽。在槽內向集中出水點鉆孔，孔的直徑8cm，深度300cm，然后向孔內插入直徑5cm，靠圍巖的一端剪掉一段鋼絲，扎緊管口的φ80軟式透水管，軟式透水管與PVC管之間用彎接頭連接，φ80PVC管固定在槽中，下端引入水溝。安裝環向管的槽用遇水膨脹膩子和干硬性混凝土塞填(水灰比約0.45)，可摻加適量的微膨脹劑。塞填混凝土前應先在槽內壁涂刷混凝土黏合劑兩遍。施工完畢恢復混凝土表面平整。

3.對襯砌漬水地段，首先將滲水處清洗鑿毛，再采用外刮優質防水涂料處理。施工中鑿槽后應用高壓風、清水沖洗，清碴后再安裝排水管。并應對洞內設備及管線采取保護措施，施工期間應密切觀察滲漏水情況。

（四）套拱結構防排水

套拱襯砌采用防水混凝土，混凝土抗滲等級不小于P8。套拱與原襯砌結構之間施作完整的防排水系統，包括襯砌背面EVA防水板、70mm×30mm環向排水盲溝、φ100mmHDPE襯背縱向盲溝。

鑿除現有堵塞的路緣排水溝，采用C30混凝土回填，在現狀電纜溝位置設置縱向蓋板排水邊溝，并于路緣石中每10m設置一道φ6排水孔，將路面污水引入排水溝。

（五）技術經濟分析

作為隧道整體性結構補強方法，除內套拱方案外，傳統的方法還包括預加固后整體拆除原襯砌結構，重新施作新的二襯結構。經比選，內套拱方案較換拱部方案約節約造價3500萬元，同時具有施工快、安全隱患小的優點，從環保角度，套拱方案施工時僅拆除隧道底部，對周邊環境擾動小，具有較明顯的優勢。

四、結語

白陽山隧道為早期修建的公路隧道，設計、施工水平較低，該隧道的多數病害在早期修建的隧道中普遍存在。此加固方案研究不僅可直接指導、輔助依托工程——白陽山隧道的維修加固，還可以為浙江省境內1550座危病橋隧整治提供有力技術支持，提高全省乃至全國公路隧道養護技術水平。