元宝山岩溶隧道病害整治施工技术

2016-05-03顾智刚中铁四局集团第二工程有限公司江苏苏州215100

安徽建筑 2016年6期

关键词：边墙岩溶间距

顾智刚（中铁四局集团第二工程有限公司，江苏苏州 215100）

元宝山岩溶隧道病害整治施工技术

顾智刚（中铁四局集团第二工程有限公司，江苏苏州 215100）

元宝山隧道岩溶较发育，在百年一遇暴雨后，出现了二衬严重破损、二衬开裂、渗漏水等病害。文章对以上病害一般原因和岩溶隧道特殊原因进行了分析，并将病害整治的现场经验加以总结，具有现实作用和指导意义。

岩溶隧道；二衬严重破损；二衬开裂；渗漏水；病害整治

0 引言

我国已建隧道不同程度地存在着衬砌裂缝、变形、渗漏水等问题，隧道病害严重威胁隧道内行车的安全，缩短了隧道的维护周期和使用寿命，对隧道病害进行实地调查，综合隧道勘察、设计和施工因素，探究隧道病害的产生原因和发展过程，有针对性地对隧道病害进行整治就十分必要，同时具有现实作用和指导意义。

1 元宝山隧道病害概述

2016年6月27日17时至28日07时，织金县普降暴雨，隧址区降雨量达到220mm，此值远大于以前收集到的地区百年一遇日最大降雨量。根据大气降水渗入法计算，进口汇水面积1.1km2，入渗系数0.2，渗水量达1.3×105m3/d，出口汇水面积1.05km2，入渗系数0.3，渗水量达1.9×105m3/d。已经远远超过了设计最大涌水量37800m3/d。

降雨后，对元宝山隧道进行巡查，发现主要病害有二衬严重破损、二衬开裂、渗漏水。

根据水力学和水文地质学原理，地下水的流动是由高压水位向低压水位。同时，隧道开挖后围岩卸荷，地层的原始地应力重新调整，洞周围岩产生变形，出现裂缝，地下水便沿张开裂缝流入隧道。在可溶岩地区，更由于地表冲沟、落水洞等与地下溶管、溶隙、溶洞和暗河联系，降雨能短时间进入地下。一旦隧道开挖时揭开溶管、溶隙、溶洞和暗河，岩溶水就会大量涌入隧道。急增的水压是此次造成元宝山隧道病害的主要原因，另外还包括一些其他原因。

2 原因分析

2.1 二衬严重破损

一般产生的地段多位于出入洞口、冲沟底部，这些地方浅埋，也容易造成偏压。也多产于断层、褶皱等地质构造影响区，这些地方围岩破碎，地应力复杂。另外就是地下水富集区。岩溶隧道则是通过大型充填型溶洞、富水溶洞时，如隧底软弱造成洞身下沉、侧向无约束造成洞身滑移等；高水压致使二衬严重破损。

2.2 二衬开裂

裂缝一般自衬砌内开口，沿衬砌厚度逐渐减少，一般不贯穿整个衬砌厚度。隧道裂缝以拉裂为主，压剪裂缝相对较少。

①混凝土原因：衬砌拆模过早，混凝土强度不足就开始受力，从而使混凝土产生裂缝；混凝土施工过程中，任意加水，不按配合比施工；混凝土浇筑过程中离析，振捣不充分；浇筑停留时间过长，产生冷缝；混凝土本身的干缩与冷缩也是产生裂缝的重要原因，特别是在北方温差变化大的地方，这种裂缝就特别显著。

②衬砌厚度、强度不足：局部欠挖、二衬背后空洞（尤其是拱部）等造成二衬厚度不足，混凝土强度或钢筋设置达不到安全承载力的要求。

③地形偏压和地质偏压：岩溶隧道，地质偏压较明显。洞周局部处于填充型溶洞或溶蚀破碎带，衬砌结构局部承受较大的围岩主动荷载。

④初支与围岩不密贴、二衬与初支不密贴：岩溶隧道，支护与围岩不密贴情况更普遍。隧道通过岩溶空腔，支护既无围岩主动压力的作用，也无抵抗衬砌变形的围岩被动弹性抗力的作用，即破坏了衬砌结构的受力平衡状态。而且，随着空洞规模及其与隧道相对位置的差异，会形成不同规模、位置、形态的裂缝。

⑤边墙基础底虚渣未清除干净，导致承载力不足，边墙下沉将边墙混凝土拉裂，形成水平裂缝。

⑥基底软弱，造成差异沉降，易造成环向裂缝。

⑦爆破震动破坏。

2.3 隧道渗漏

隧道渗漏水一般有浸渗、滴漏、渗漏和涌漏，与汇水通道及汇水量密切相关。

①防水混凝土失效：不按配合比施工，过程中随意加水；混凝土浇筑高度大于2m，不采取措施造成离析；振捣不到位，混凝土不密实；拆模时间过早；养护不到位等。

②施工缝、变形缝处理不当：止水带、止水条安装不规范；止水带、止水条与混凝土不密贴。

③防水板失效：不注意保护，存在破损；防水板搭接不过关。

④排水系统失效：二衬浇筑或注浆过程中，砂浆、浆液堵塞，不能排水。另外，排水盲管、泄水孔设置间距过大，衬砌背后水越积越多，就在相对薄弱的地方渗漏排泄出来。

2.4 勘察、设计

①轻防水，采用P8等级混凝土，隧底无防水结构措施。

②Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳb级、Va级二衬均不设置钢筋，地质较设计异常时，承载能力不足。

③选线存在缺陷，元宝山隧道线路几乎平行于区域断层走向、褶皱走向，且全隧在其影响范围内，出露地表的绮陌断层层面与线路间距最近约80m，陈家寨背斜与线路间距最近约40m。岩溶发育地区，岩溶往往在断层破碎带、褶皱、岩层层面、结构裂隙等条件下加速发育，其自身也成为地下水流通的通道，加重了隧道病害的程度。

④日降雨量超过设计允许值，导致隧道防排水设施超负荷运转，必然导致衬砌壁后积水无法及时排除，造成局部水压力过大，从而衬砌开裂、渗漏水等。

3 病害整治技术

3.1 严重破损二衬拆换

衬砌严重破损变现为裂缝交叉分布且裂缝较宽，局部挤出有错台、部分剥落等，原衬砌已经失去了使用功能，需拆换。重新施作的衬砌要适应地质条件、受力要求，一般来讲应比原衬砌有所增强。岩溶隧道此类病害往往是水的问题产生，需格外注意防排水问题。

主要处理措施：

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①在破损拆除段上方施作锁定加固锚管。在边墙破损段按纵向1m间距施作Φ89拱脚锁定锚管，锚管按高于边墙破损上边界0.5m整齐布置，单根长度3m，并压注无收缩水泥浆。为防止衬砌失稳，拆除破损边墙砼时，应对保留部分做变位观测，必要时在破损边墙对侧起拱线设置部分锚杆。

②拆除破损衬砌并施作型钢支柱，先拆立两端形成门式支撑，再拆除中间部分。衬砌锁定（脚）完成后，剥离受损边墙混凝土及防水板，形成开放性排水。先从破裂边墙两端短距离（1m以内）进行破损混凝土拆除，并对两端实施钢架支顶，形成门式支撑，其余部分由两侧向中间逐榀拆换。采用I20型钢，间距1m。施工时候，注意钢架立于稳定的基础上，并在轮廓线以内。为增加支柱刚度，于破损线以下20cm设置I20型钢横梁将钢架支柱连接为一体，横梁以下采用Φ16纵向钢筋连接，钢筋间距1m。若衬砌破损段跨施工缝，则在施工缝两端处采用双I20钢架支撑。

③型钢支柱通过系统锚杆固定，锚杆直接与钢架连接。锚杆采用Φ25全长锚固型锚杆或Φ25中空注浆锚杆（针对围岩破碎或渗水严重段），长4m，梅花形布置，间距1m，端部与钢架焊接。喷混凝土，采用C25喷射混凝土将支柱至围岩面喷射密实，按喷混凝土厚度均匀设置3层闭口型钢筋网，Φ6钢筋网网格间距10cm×10cm。

④钢架背后设置Φ50盲管；根据渗水情况可增设Φ200排水管，并在底部设置开放式排水措施。

图1 二衬拆换支护图

⑤衬砌背后存在岩溶空腔时，需另外增加措施：首先对溶洞底采用C20混凝土顺坡铺砌，厚度20cm，坡度不小于5%。铺砌混凝土中间设Φ8钢筋网，网格间距20cm×20cm；顺溶洞侧壁设置Φ200PVC管，纵向间距2m，引排水至侧沟；铺砌完成后于衬砌背后设置1m厚C20混凝土挡墙，挡墙与溶洞侧壁之间空洞采用大卵石回填。

3.2 衬砌裂缝处理

本次隧道衬砌裂缝主要为纵向裂缝，较严重的共12处，未见拱部裂缝，边墙裂缝宽度约0.5～1mm，部分裂缝处渗水较严重。

锚固注浆处理措施：

①在裂缝上下各0.5m处施作骑缝锚杆，纵向间距0.75m，梅花形布置，锚杆采用Φ22水泥砂浆锚杆或Φ25中空注浆锚杆（针对围岩较为破碎或渗水严重），长度为3m。在骑缝锚杆上下各1.2～1.5m处施作加固锚杆，锚杆采用Φ22水泥砂浆锚杆，长度为3m。注浆采用硫铝酸盐水泥浆液。

②对受喷面砼凿毛、清洗，进行网喷加固。

③对锚杆加固范围内进行网喷混凝土封闭加固。Φ6钢筋网，网格间距15cm×15cm，喷混凝土厚度15cm。