三臺坡隧道二襯裂縫處治設計

陳星宇CHEN Xing-yu；鄭勇ZHENG Yong；張偉ZHANG Wei

（云南省交通規劃設計研究院有限公司，昆明 650041）

0 引言

云南地處青藏高原南延部分，大部分地區位于西南橫斷山脈地帶，94%以上的面積為山區，山高谷深，地勢險峻，隧道不可避免地成為了公路選線中克服困難地形的有效措施[1]。隨著公路隧道數量的急劇增加，諸如襯砌開裂、滲漏水、路面開裂、基底下沉、底鼓、侵限、凍害、震害等各種隧道病害也就相應出現。這些病害對隧道運營期的行車安全、行車環境及行車舒適性造成了不同程度的影響。根據資料表明，目前我國有大約30%的公路隧道處于病害發育的亞健康狀態[2]。因此，在不久的將來，公路隧道病害處治將會進入高頻率階段。楊春平等[3]以廈蓉高速雞照隧道工程為例，對隧道襯砌開裂、電纜槽下沉、邊墻滲漏水等病害的檢測及處治技術進行了研究。余順等[4]依據高寒區某隧道襯砌裂縫調查結果，基于斷裂力學理論，采用有限元模擬計算隧道二襯混凝土裂縫應力強度因子，并引入裂縫尖端的穩定系數作為隧道襯砌結構裂縫安全性評價的判定依據。孟陸波等[5]依托某（炭質）千枚巖隧道，基于其二襯開裂特征，結合監控量測及工程地質條件分析了隧道二襯開裂的機理，并采用數值計算分析探討了隧道二襯的支護時機。

本文依托武定至易門高速公路三臺坡隧道工程，針對其二次襯砌開裂問題，進行了裂縫檢測及監測，結合工程地質條件及施工情況對裂縫成因進行分析，并提出了裂縫處治方案，以期為類似工程的裂縫處治提供參考。

1 工程概況

1.1 設計概況

三臺坡隧道為雙洞三車道連拱隧道，隧道全長300m，起止點樁號為K72+440～K72+740；隧道全線位于圓曲線上；隧道所在路段縱坡為：隧道起點～K72+590.852為-1.900%，K72+590.852～隧道止點為-2.900%；最大埋深約54.6m。該隧道所在路段設計速度為100km/h，汽車荷載等級為公路—Ⅰ級。隧道按8（Ⅷ）度設防。隧道主洞采用三心圓曲墻式斷面，仰拱采用大半徑圓弧坦拱方案；建筑限界寬度為14.5m，高度為5m。圖1所示為隧道的內輪廓設計。

1.2 工程地質條件

隧址區屬構造剝蝕低中山地貌，地形起伏較大。受地形條件影響，區內立體氣候特點十分明顯，干濕分明，雨熱同季；多年平均降雨量為817.4mm，相對濕度72.0%，雨量充沛。隧道區地表水不發育，主要為受大氣降水補給的地表沖溝水。地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水。

隧址區位于揚子亞板塊次級構造單元康滇古隆起，位于經向構造體系的普渡河斷裂與綠汁江斷裂間。羅茨至易門斷裂為區內主要斷裂，隧址區則位于其影響帶內，受其影響，圍巖產狀變化較多，巖體破碎，節理裂隙發育，風化層厚。三臺坡隧道地層以前震旦系下統澄江組（Zac）砂巖為主，圍巖呈強～中風化，中細粒結構，塊狀構造，巖質硬且脆，節理裂隙發育。隧道穿越三賢村1號斷層，該斷層與路線呈83°斜交，斷層性質不明，受斷層影響，局部地段巖體破碎。全隧均為Ⅳ級、Ⅴ級圍巖。

2 裂縫情況及原因分析

2.1 隧道施工方法

隧道采用無中導連拱隧道的方案。以左幅隧道作為先行洞先施工，掌子面開挖采用環形預留核心土法，右幅隧道作為后行洞后施工，掌子面開挖采用CRD法。先行洞二襯應始終超前后行洞掌子面的距離不小于40m。先行洞施工中，三臺階開挖應錯開，錯開長度為5～10m；后行洞施工中，左右斷面開挖必須錯開，錯開長度10～15m。隧道開挖應以機械開挖為主，必要時可采用控制爆破施工，爆破震動速度控制標準值應小于15cm/s。

圖1連拱隧道內輪廓設計圖

2.2 裂縫分布及監測情況

隧道裂縫分布在先行洞（左幅）ZK72+455～ZK72+715段，于后行洞（右幅）開挖掘進時出現，后行洞無明顯裂縫出現。圖2所示為裂縫分布區域圖。（圖3）

圖2三臺坡隧道裂縫分布區域圖

圖3三臺坡隧道拱腰及邊墻處縱向裂縫

三臺坡隧道裂縫主要有兩種類型：第一類裂縫為縱向裂縫，整體以平行隧道軸線分布為主，并有斜向裂縫與之交錯分布；裂縫主要分布于先行洞（左幅）靠近中墻一側的拱腰、拱腳及邊墻位置，在拱腳和拱腰之間集中分布；該類裂縫是三臺坡隧道的主要裂縫類型，在ZK72+498～ZK72+516、ZK72+525～ZK72+624、ZK72+642～ZK72+651段裂縫較為嚴重，呈羽毛狀分布；該隧道裂縫寬度為0.1～2.32mm不等。第二類裂縫為環向裂縫，分布于施工縫附近，并從隧道拱頂向兩側發展，共有三道，分別位于ZK72+530（寬度約1.32～1.56mm）、ZK72+695（寬 度 約0.28～0.42mm）、ZK72+711（寬度約0.35～0.44mm）處，長度約為22m。圖4所示為裂縫展布圖。

裂縫監測采用玻璃貼片、裂縫測寬儀兩種方法進行，在隧道先行洞（左幅）共布設22組觀測點，共計44個監測點。根據裂縫監測數據顯示，三臺坡隧道裂縫均為干裂縫，且總體上已趨于穩定。表1所示為裂縫監測情況一覽表。

2.3 裂縫原因分析

根據檢測資料，并結合三臺坡隧道地形地質條件和施工情況，對隧道左幅（先行洞）二襯出現裂縫的原因分析如下：①對于第一類裂縫，以縱向裂縫為主，主要由于該隧道所穿越區域地形偏壓，加之后行洞開挖過程中荷載重分布，集中作用于先行洞拱腰、拱腳和邊墻部位，造成了此區域混凝土出現張拉裂縫。②對于第二類裂縫，即環向裂縫，其出現位置主要靠近施工縫交接處，為施工工序調整銜接因素造成。（圖5）

圖5三臺坡隧道平面圖

3 裂縫處治方案

3.1 處治原則

①該處治方案僅針對已穩定的二襯裂縫。②處治方案遵循消除安全隱患、且滿足使用功能的基本原則。③裂縫處治方案應保證二襯的穩定性和耐久性滿足要求；處治后的隧道能達到竣工驗收的要求，并方便運營管理和養護。④處治方案應盡量減少對已建成隧道結構的破壞，并兼顧建設工期要求。⑤結合工程特點，盡量采用技術成熟、質量可靠、施作簡單的技術方案。

3.2 處治措施（圖6）

三臺坡隧道先行洞（左幅）二襯共有主要裂縫22處，其中，縱向裂縫19處，環向裂縫3處。對于以上22處裂縫，均采用灌漿法進行處理，漿液材料采用環氧樹脂。灌漿修補加固前，根據裂縫寬度及裂縫分布情況，分別采取以下措施：①對于寬度不大于0.2mm的裂縫，采用表面封閉法。灌漿前需清除裂縫表面的灰塵、浮渣等附著物，對于裂縫內的灰塵及雜物也應清除；并用甲苯、酒精等有機溶液，沿裂縫兩側不小50mm的范圍進行擦洗，然后吹干。②對于寬度大于0.2mm的裂縫，采用開槽法。灌漿前沿裂縫開槽，開槽槽型為“V”字型，開槽深度不小于20mm，開槽寬度不小于15mm，且要有利于封縫。開槽時先沿裂縫開鑿，再向兩側加寬，鑿完后需將混凝土碎屑及粉塵等清除干凈。③對于ZK72+498～ZK72+516、ZK72+525～ZK72+624、ZK72+642～ZK72+651段裂縫分布密集，呈羽毛狀分布的地段，除采用開槽法外，還可采用鉆孔法進行補充。對于走向不規則的裂縫，應采用騎縫鉆孔并加鉆斜孔的方式，以增大漿液的擴散通道。鉆孔后需清除孔內的碎屑粉塵。

圖4三臺坡隧道裂縫展布圖

圖6二襯裂縫處理措施示意圖

表1三臺坡隧道先行洞（左幅）二襯裂縫監測情況一覽表

裂縫封閉固化后應進行壓氣試漏，用于檢查密閉效果。裂縫修復完成后需對裂縫部位進行隨機鉆芯取樣和無損檢測，以確保裂縫處治達到良好效果。隧道二襯裂縫處治完成后，還需建立健康診斷監測系統對裂縫處治段進行長期監測，分析隧道的受力情況，以對隧道的安全性做出判斷。

4 結論

本文依托武易高速公路三臺坡隧道工程，針對其二襯裂縫問題，根據隧址區的地形地質條件，并結合裂縫檢測及監測情況，對隧道二襯裂縫發生的原因進行了分析，最后提出采用灌注環氧樹脂漿液修補加固的方法，安全有效地對裂縫進行了處理，可為類似工程的處治提供借鑒及參考。