隧道裂缝缺陷处治技术在施工中的应用

2019-09-10吕敏

西部交通科技 2019年11期

关键词：围岩注浆钢筋

吕敏

隧道工程中常见的质量缺陷是衬砌混凝土裂缝。文章针对某高速公路K隧道施工中存在的衬砌裂缝现象，通过对裂缝的调查与检测，分析了产生裂缝的原因，制定了裂缝处治+钢带加固的综合处理措施，有效保证了隧道工程的安全和质量。

隧道衬砌开裂;裂缝处治;钢带加固措施

0 引言

衬砌混凝土裂缝是隧道工程中常见的缺陷。本文针对隧道衬砌混凝土裂缝产生原因进行研究，探讨在施工中处治衬砌裂缝的工程措施，以保证隧道工程的安全和质量。

1 工程概况

1.1 工程背景

某高速公路于2010年7月开工建设，因建设资金无法落实，2013年起陆续停工，遗留了众多工程，直至2015年后续单位进场施工，2016年年底建成通车。

1.2 设计情况

K隧道为连拱隧道，起讫里程桩号为K55+373～K55+695，全长322 m，洞轴线走向方位角为158°，最大埋深为57 m，隧道单洞净宽为10.75 m，净高为5.0 m，内轮廓为拱、墙三心圆形式，边墙为曲墙式，中隔墙为复合式，隧道平面位于R=2 500 m左偏曲线上，纵坡为2.9%单向坡，进出口均设计为端墙式洞门。

1.2.1 地质情况

裂缝段所在隧道进口端基岩为板岩，单斜构造，岩层产状185°∠65°，节理裂隙发育。分布的强风化板岩岩性为变余泥、砂质构造，板状构造，岩芯多呈碎块状，岩体破碎;弱风化板岩岩性为变余泥、砂质构造，板状构造，岩芯多呈柱状，岩体较完整。

1.2.2 施工方法

隧道施工开挖总体上拱部采用光面爆破，边墙部采用预裂爆破，以最大限度保护周边岩体完整性，减少超挖量，提高初期支护的承载能力。隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩段采用三导坑先墙后拱法施工，隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩段采用中导坑辅助施工。中导坑全隧道贯通并浇筑中隔墙后，开始主洞开挖、支护。Ⅳ、Ⅴ级围岩段侧导坑先期施工，待側导坑矮边墙二次衬砌达到设计强度后对主洞采用上下台阶法施工;Ⅱ、Ⅲ级围岩段则采用上下台阶法施工。

1.2.3 衬砌形式

复合衬砌由系统锚杆、喷射混凝土层、钢拱架及二次衬砌共同构成。中隔墙采用钢筋混凝土浇筑，厚度为100 cm。辅助施工措施有超前大管棚、超前小导管和超前锚杆等。

1.3 施工概况

至后续单位进场施工时，隧道完成情况如下：原单位从进口端开挖，中隔墙施工完成;左线开挖至K55+611，剩余84 m，二次衬砌施工至K55+533，剩余162 m;右线开挖至K55+483，剩余212 m，二次衬砌施工至K55+433，剩余262 m。

1.4 衬砌开裂情况

ZK55+390～ZK55+450段位于Ⅳ级围岩。经检测二次衬砌拱顶及右拱腰存在34处裂缝，多处有析白、渗水现象。其中ZK55+431、ZK55+435、ZK55+438三个断面处裂缝宽度累计变化较大，均>0.3 mm。按规范要求，隧道衬砌钢筋混凝土结构裂缝宽度应≤0.2 mm。

1.5 裂缝类别及分布情况

裂缝按其在隧道分布位置分为以下三类：

（1）纵向裂缝：指与隧道轴线为平行关系的裂缝，多位于边墙及拱部，是隧道裂缝中最常见也是危害最大的裂缝。

（2）斜向裂缝：指与隧道纵轴之间的夹角一般为45°左右的裂缝，一般是因围岩压力不均匀造成的。

（3）环向裂缝：危害较小，多分布于围岩应力变化的沉降缝或洞口交接处。

裂缝在本段的分类情况如表1所示。

2 隧道裂缝缺陷成因

因原单位施工停工时间长，相关资料缺失，推测其可能的原因如下：

2.1 工程地质条件复杂

连拱隧道一般位于浅埋以及偏压地段，这些地方覆盖岩层薄、裂隙发育。现场调查发现在ZK55+415洞顶有一塌坑，中心偏距为左7.0 m，周围山上流水汇入坑中，使隧道流水汇集，岩体中的充填物被带走，使岩体完整性降低，可能造成衬砌开裂。

2.2 施工管理不善，标准化水平低

（1）施工原材料管控不严，混凝土配合比达不到规范要求，施工工艺交底不到位，工序检查未严格执行。如振捣不到位，施工缝、变形缝处理不到位，拆模过早，未进行混凝土养护等。检测中发现此段隧道矮边墙混凝土强度、厚度不足，对工程质量影响重大，导致工程整体质量的下降。

（2）施工中超欠挖、模板支架变形或塌方，中隔墙回填不密实，造成局部衬砌混凝土结构厚度不均或衬砌结构受力不对称，特别是拱顶回填不及时或回填效果差，使荷载承受能力降低。

（3）上下台阶开挖时，仰拱与掌子面之间的安全步距超过规范要求，工序衔接不紧密，不能及时封闭成环，中隔墙与二次衬砌沉降缝不一致，不同岩石交界处未设置沉降缝，导致地基发生不均匀沉降。

2.3 设计原因

地质勘察资料不够详细，未全面排查隧址的岩层地质，围岩划分所依据的结构参数不充分，缺少针对性设计，与现场地质情况差别较大，导致工程质量隐患的出现。

3 隧道裂缝缺陷加固措施

根据专家评审方案，结合现场情况，裂缝出现时间长且已处于稳定状态，决定采用裂缝处治+钢带加固的综合处治方法对此开裂段进行加固，相对于套拱加固、换拱方案，其施工难度较低。同时，钢带加固方案不需要大型施工机械，施工进度较快，确保了隧道净空，能在不中断交通的情况下进行。

3.1 塌坑处治

清除塌坑周围地表2 m外植被，然后开挖临时截水沟，截水沟采用0.05 m厚M10砂浆封闭，截流周围山谷汇水。为防止雨季降水的影响，在塌坑上面搭设彩条布覆盖。

洞内钢带加固处治后进行塌坑回填。回填前塌坑周壁采用0.1 m厚C15混凝土封闭，防止后期周围水渗入塌坑，回填高度高出原流水高程0.15 m。回填材料上部采用0.8 m厚C15混凝土，下部采用炉渣回填。回填后沿塌坑体施工0.6 m深度的M30砂浆弧形截水沟。

3.2 裂缝处治

（1）宽度<0.2 mm的裂缝

将裂缝两边各20 cm范围内衬砌表面刷洗干净并清除松动混凝土块，沿裂缝走向在两侧各20 cm范围内的衬砌表面涂刷改性环氧砂浆。

（2）宽度>0.2 mm的裂缝

在裂缝处开槽，开槽宽度原则为裂缝上下各5 cm。当多条裂缝集中时，在裂缝处集中处理，开槽宽度按实际情况调整。开槽深度按有钢筋处至钢筋为止，但≤10 cm;无钢筋处按10 cm深开槽，不允许破坏二次衬砌钢筋和刺破防水板。由于本段裂缝较多，裂缝处置时，同一模二衬不准同时处理多条裂缝。开槽完成后在裂缝位置按纵向间距20 cm布置5 mm注浆孔，钻孔深度不大于二次衬砌厚度。注浆时从较低位置的注浆孔开始注入环氧树脂砂浆，循序向上直至所有注浆孔注浆完成。

注浆完成后，对衬砌开槽处表面做凿毛处理，并清洗干净，涂刷界面剂，铺设固定纵向22 mm竖向12 mm的钢筋网，钢筋网轴线与裂缝平行，钢筋网交叉处采用铁丝绑扎或焊接牢固。最后用环氧砂浆封闭开槽，其中环氧砂浆中环氧树脂重量比例为10%。

表面复原处理：表面突出部分清除，磨平至原基本面平齐，从而恢复原面。

3.3 裂缝伴随渗水处治

根据本隧道现场观察，部分裂缝伴随有渗水现象，导致出现析白、水斑。裂缝渗水主要分为点状渗水、线状渗水、面状渗水三类。

处治方法：裂缝处治后在渗水裂缝主要出水处刻引水槽，刻槽应避免割断二衬环向主筋。引水槽宽15 cm，深9 cm，间距1 m。如存在出水区域过大的问题，开槽宽度按实际情况调整。在沟槽内出水处打入42 mm无缝钢管，管长1.5 m左右，通过埋设80 mmHDPE半圆管将围岩内的渗水引入集水槽水管内，并通过横向排水管引入纵向盲沟。横向排水管间距3～5 m，依据现场实际情况合理调整。半圆管采用卡扣固定，环氧树脂封边，粘结密实。软管安装完成后先进行试水，确定没有渗漏后再封闭软管端头，然后用环氧砂浆抹平环向引水槽。其余细小的渗水点，涂刷JS聚合物水泥基复合防水涂料防水。

3.4 钢带加固处治

本段除衬砌存在多处开裂外，还存在二衬钢筋间距超宽、混凝土强度不足等质量缺陷，根据隧道质量缺陷处治原则，對本段隧道衬砌进行钢带加固处治：

（1）采用热轧镀锌钢带加固。钢材要求采用Q235，钢带标准厚度为5 mm，宽度为40 cm，中心间距为100 cm，整环敷设。钢带采用M20高强化学锚栓及复合粘钢胶与衬砌连成一体，每排设置两套锚栓。锚栓环向间距为60 cm，纵向间距为20 cm，左右两侧距离钢带边缘均为10 cm。

（2）钢带施工应在该段其他病害处治完成后进行。钢带施工前应对衬砌表面混凝土进行打磨（深度为2～3 mm），清除条宽度为50 cm，必须完全露出新面，并用压缩空气吹除粉尘，然后将衬砌表面清理干净。

（3）锚固锚栓安装。先探测混凝土中钢筋分布情况，尽可能避开受力主筋，标定位置后进行钻孔，在钢带对应位置开孔。锚栓环向间距可根据现场情况作适当调整，通过锚栓将钢板锚固于二次衬砌上，预留注浆间隙。同时注意不得破坏已处治好的渗漏水措施，若渗漏水被破坏，则需修复。

（4）镀锌钢带粘贴。对螺栓固定的钢带用结构胶封边，预埋灌胶嘴（环向间隔0.5～1 m设置）、出气孔。粘合剂的选用应能保证后续压力注浆的要求。封边固化结硬后，方可压入粘合剂，并保证注浆压力持续、缓慢、均匀，保证注浆密实度，密贴饱满，增强结构整体加固效果。

3.5 处治效果

高速公路运营两年后，从反馈的结果来看，K隧道此段衬砌监控数据稳定，表面未出现裂缝，无渗水现象，表明隧道裂缝缺陷综合处治达到了预期效果。

4 结语

随着社会经济建设的发展，高速公路建设向山区延伸，隧道工程所占比例越来越大。隧道衬砌裂缝作为隧道常见的质量缺陷，轻则造成隧道渗水，重则造成隧道垮塌。所以，探讨续建工程中隧道裂缝的成因，采用隧道裂缝处治措施+钢带加固的工程措施，对今后类似后续工程的缺陷处理有一定的借鉴作用。

[1]肖振江.浅析高速公路隧道裂缝产生原因及修复方案[J].科技风，2019（17）：114.

[2]廖志宣.公路隧道裂缝成因及防治的几点建议[J].低碳世界，2017（7）：194-195.