某隧道二襯混凝土掉塊病害檢測及應急處治

徐洪彬,宋文超,周 明,李 鵬

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

隨著我國公路交通事業的大力發展，公路隧道工程不斷增加。但隧道地質條件復雜多變，受設計和施工技術條件的限制，以及運營期養護管理不合理等因素的影響，隧道病害不斷出現，甚至發生二襯混凝土掉塊現象，直接威脅到隧道內行人和行車安全。目前我國相當比例的公路隧道處于病害發育的亞健康狀態，隧道養護維修的任務相當繁重。公路隧道病害應急檢測和養護處治技術對于保障隧道運營安全、降低社會影響意義重大。

1 二襯混凝土掉塊事故簡介

我國某公路隧道在運營過程中拱頂二襯混凝土發生掉塊，面積約33 m2，環向最長約為5.8 m，縱向最長約為7 m，掉落混凝土體積估約13.2 m3，砸落在隧道瀝青路面上。事故發生后，運營管養單位立即委托專業檢測單位對二襯混凝土掉塊區段進行應急檢測，并根據檢測結果進行應急處治設計。

2 二襯混凝土掉塊段病害檢測

2.1 檢測方案

根據混凝土掉塊段病害情況及相關規范[1]要求，對發生襯砌混凝土掉塊位置一模襯砌（里程樁號為K5+981～K5+990）縱向9 m 長度范圍進行應急檢測，檢測項目及內容如表1 所示。

表1 檢測項目及內容

2.2 混凝土掉塊處特征調查結果

（1）掉塊區域位于拱頂，面積約33 m2，環向最長約為5.8 m，縱向最長約為7 m，掉落混凝土估約13.2 m3，位于一模混凝土內。

（2）已掉塊混凝土厚度約為30～50 cm，斷裂面有明顯顏色分界，為土黃色和灰白色（灰白色為新斷裂混凝土顏色）。

（3）掉塊區域肉眼可見單層鋼筋，位于襯砌內側（靠圍巖側），裸露環向鋼筋17 根，縱向構造鋼筋11 根，其中3 根縱筋被拉斷。

2.3 襯砌內鋼筋檢測結果

掉塊段落原設計為Ⅴ級圍巖，二襯采用雙層鋼筋，環向主筋直徑B22，間距20 cm；縱向構造筋直徑B14，間距25 cm。鋼筋間距實測結果為：

（1）環向主筋最小間距22.0 cm，最大間距41.5 cm，平均間距33.1 cm。

（2）縱向構造鋼筋最小間距40.5 cm，最大間距71.8 cm，平均間距54.03 cm。

2.4 二襯厚度及背后空洞檢測結果

原設計二襯厚度為50 cm，檢測結果顯示，共有7 個厚度代表值不滿足設計要求，最小襯砌厚度為39 cm。檢測結果見表2。

表2 二次襯砌掉塊段厚度檢測結果

經敲擊拱頂殘留混凝土發現背后存在空洞，位于兩模混凝土施工縫處。在三處防水板露出部位驗證，防水板后空洞深度最大為16.0 cm。

2.5 襯砌強度

該次在襯砌邊墻及掉塊混凝土分別進行取芯抗壓檢測，2處混凝土強度均滿足設計要求，檢測結果如表3所示。

表3 襯砌混凝土強度檢測數據表

2.6 凈空斷面檢測

混凝土掉塊段共檢測3 個凈空斷面。檢測結果顯示：實測斷面均未侵入設計內輪廓。檢測結果見圖1～3。

圖1 K5+985 凈空斷面圖

3 病害原因綜合分析

根據襯砌掉塊段應急檢測結果，現將病害產生原因總結如下：

3.1 襯砌混凝土存在施工界面

襯砌掉塊段二襯混凝土斷裂面有明顯顏色分界，為土黃色和灰白色（灰白色為新斷裂混凝土顏色），二次襯砌混凝土存在不連續澆筑施工界面。可能為施工過程中二襯澆筑完后脫模過早，造成襯砌混凝土局部掉塊，單層鋼筋位置形成脫離面，施工單位未進行有效結構修補，襯砌整體性差。

3.2 襯砌施工質量缺陷

襯砌掉塊段襯砌內鋼筋設計為雙層鋼筋，混凝土掉塊區域為單層鋼筋，且位于襯砌內側（靠圍巖側）。環向、縱向主筋間距過大，不滿足設計要求。該段襯砌拱頂背后存在空洞。二次襯砌鋼筋布設不規范以及襯砌拱頂背后空洞，不利于隧道結構受力。

3.3 地形、地質條件

該段圍巖為粉砂質泥巖，巖質軟弱，且該段地面地形陡緩交界，地下水易沿層面滲入隧道，不利的地形、地質條件以及地下水的作用對襯砌結構具有一定影響。

3.4 多次地震對隧道結構影響

該項目完工后周邊地區曾發生多次地震，如2013 年4 月20 日蘆山地震（7.0 級）、2019 年6 月17 日宜賓長寧地震（6.0 級）等，頻繁發生的地震對隧道結構會造成一定影響，進一步削弱了該處二次襯砌的整體性。

圖2 K5+988 凈空斷面圖

圖3 K5+989 實測凈空斷面圖

綜合以上因素分析，襯砌混凝土施工質量是導致襯砌掉塊的主要原因。二次襯砌混凝土由于存在上下不連續的澆筑施工界面，且該界面位于單層鋼筋網附近，上下部分混凝土結合差，在地下水、圍巖的長期反復作用及地震的誘導作用下，襯砌承受荷載增大，上部混凝土無法提供足夠的連接力，下部混凝土連接邊緣破裂，導致襯砌混凝土掉塊。

4 二襯混凝土掉塊段病害處治措施

根據隧道掉塊成因和特征，考慮技術、經濟及安全、公路隧道運營壓力及工期要求，通過多方溝通及綜合比選，本著“安全經濟、方案合理、施工便捷”的原則，決定采用輕軌+噴射混凝土套襯+邊墻鋼管樁加固，襯砌掉塊位置采用單層鋼筋網+噴射混凝土嵌補方案。

襯砌混凝土掉塊段的主要處治方案及措施詳見表4及圖4、圖5，各處治措施施工工藝及質量要求如下：

表4 二襯混凝土掉塊段處治措施

圖4 襯砌嵌補設計圖

圖5 套襯設計圖

4.1 套拱加固

（1）套拱加固段處治工序必須按“防火涂料鑿除→二襯表面清潔與鑿毛→對局部內空富余不足的位置，適當鑿除→布設輕軌→鋪設鋼筋網→噴C30 混凝土形成套襯”的施工順序，逐步逐項完成。

（2）原二襯表面鑿毛并涂刷混凝土界面劑，鑿毛面積5×5 cm 的范圍內不少于1 點，保證新舊混凝土的良好結合。

（3）套襯拱腳必須嚴格按設計施作，確保輕軌落腳牢固可靠。

4.2 邊墻鋼管樁

（1）鋼管樁施工工序：鉆孔→清孔（清除積水和虛碴等）→插入鋼管、鋼筋籠（居中）→振動密實灌入細骨料混凝土。應作試驗樁檢查以上工序的有效性和樁的質量。

（2）鋼管應先在管壁上開孔，開孔直徑為A20，豎向間距20 cm，120°螺旋布設。確保灌漿時水泥砂漿能填充管壁與孔壁的間隙。

（3）鋼管下放成功后采用C30 細骨料混凝土（最大粒徑＜1.5 cm）進行灌注，孔口采用注漿膠球或編織袋封閉。

4.3 襯砌掉塊嵌補

（1）施工工序為：架設18 kg/m 輕軌→清除原襯砌有掉塊風險混凝土→掉塊處植入單層鋼筋網→分層噴混凝土修補原襯砌→邊墻處施作A42 泄水孔→預埋A50 半剖PVC 軟管將地下水引排至電纜溝內→進行下一步套襯結構施作。

（2）襯砌掉塊嵌補前應先清除原襯砌有掉塊風險襯砌混凝土，并采用階梯切割方式使既有襯砌與噴射混凝土接縫面垂直于襯砌結構軸線。

（3）鋼筋網應插入原襯砌混凝土中30 cm，采用植筋膠連接。靠圍巖內側既有鋼筋間距過大或鋼筋掉落位置應加密布設鋼筋并與原鋼筋采用A10 箍筋綁扎連接，保證兩層鋼筋間距。

4.4 背后注漿填充

（1）注漿管長度以穿過套拱和二襯厚度適當長度進入脫空部位為準，應避免破壞原有防水系統；

（2）采用水泥砂漿填充空洞，水灰比0.8 ∶1～1 ∶1，水泥和砂的比率為1 ∶0.5。

（3）采取低壓注漿充填方式，當注漿壓力達到0.1 MPa并穩定5 min 以上即可結束該孔注漿。

5 結語

該處治工程在大量收集隧道原設計、施工、運營資料的基礎上，對結構開展了全面的應急檢測，對襯砌混凝土掉塊原因進行了有效分析，并及時制定了切實可行的處治方案，保證處治工程快速有效實施，迅速恢復交通，減小了社會影響，經處治施工后圍巖及隧道結構恢復穩定，處治效果良好。