双凤山隧道衬砌病害及加固措施分析

景 鹏

(甘肃省平凉公路局，甘肃 平凉 743900)

1 工程概况

1.1 基本情况

双凤山隧道位于华亭县城东约3 km处，进口桩号K105+392(运营桩号K74+485)，出口桩号K105+804(运营桩号K74+897)，全长412 m。隧道轴线为北偏东27°，直线隧道。隧道段纵坡为-0.88%单向坡。进口标高为1 531.08 m，出口标高为1 526.46 m。原隧道建筑限界宽：0.75+0.75+2×3.75+0.75+0.75=10.5 m，净高5 m。

1.2 隧道工程地质情况

隧道布置范围内地层按其成因分为两层，第四系新、老黄土及第三系泥岩。隧道进出口段沟底部均为泥岩出露，出口段(北洞口段)沟底部黄土与泥岩接触面有地下水流出，流量随季节性变化较大。隧址区主要岩性为：第三系紫红色砂质泥岩，第四系多元黄土。

1.3 水文地质

隧道所处地层的地下水为潜水，分布于泥岩与黄土接触面，水量受季节影响较大，主要出流点在隧道北端出口段原冲沟底部。

1.4 隧道围岩级别划分

K105+392～K105+420(K74+485～K74+513)Ⅴ级(公路工程地质勘察规范JTG C20-2011Ⅱ类)，K105+420～K105+780(K74+513～K74+873)Ⅳ级(公路工程地质勘察规范JTG C20-2011Ⅲ类)，K105+780～K105+804(K74+873～K74+897)Ⅴ级(公路工程地质勘察规范JTG C20-2011Ⅱ类)。

1.5 隧道衬砌及防排水布置

隧道内轮廓采用设仰拱的三心圆断面，隧道洞身采用25#防水抗渗混凝土单层模筑衬砌结构。衬砌施工缝处均采用橡胶止水带，拱墙衬砌外围纵向间隔5 m设环向半径100 mm波形盲沟管经横向导水管与洞内左右人行道下排水沟衔接至北洞口外集水井，全隧道未设中心水沟。

1.6 隧道内路面

洞内路面为30#路面混凝土厚20 cm，路面与仰拱间以15#片石混凝土填充。

1.7 2014年维修加固概况

2014年双凤山隧道针对衬砌裂损、渗漏水进行了加固维修，主要包括35 cm厚模筑钢筋混凝土套衬100 m，拱脚两侧新建小边墙、纵向排水(预留后期套衬搭接钢筋)412 m，25 cm厚隧道路面1 020 m2、隧道内装饰8 591 m2、隧道电缆沟槽842 m以及全隧道的照明系统、供配电系统升级改造。

1.8 双凤山隧道交通量统计

依据从养护单位在S304线各观测站收集到的近年来的交通量等相关资料与数据，对公路进行交通量分析。交通量统计如表1所示。

表1 交通类统计情况

2 双凤山隧道衬砌病害

根据检测报告及现场调查，目前隧道主要病害表现为：衬砌裂损、渗漏水；路面开裂、破损；进出口排水设施局部存在破损、堵塞；进出口边仰坡防护局部存在破损；洞内照明；老化，部分照明设施故障；亟待整治。

2.1 衬砌病害情况

隧道衬砌病害汇总信息如下：(1)衬砌环向裂缝26处，缝宽在0.28～0.7 mm之间，缝长在0.31～2.97 m之间；(2)衬砌纵向裂缝5处，缝宽在0.49～0.58 mm之间，缝长在0.56～3.44 m之间。(3)衬砌剥落共计7处，面积总计11.70 m2；(4)衬砌渗水(干)共计3处，面积总计2 915.43 m2；(5)K74+785～K74+831右拱脚线～左拱脚线处存在1处渗水(湿)，面积为724.16 m2。

2.2 衬砌裂损

隧道穿越地层岩性主要为第三系系泥岩，红色，成岩作用差、岩性较软弱、强度较低，具有遇水膨胀及软化，自稳能力差，承受围岩荷载强度不足时，易在围岩薄弱处产生裂缝；衬砌边墙处未能有效承担压力，导致边墙墙脚位置发生沉降、收敛变形，导致边墙部位发生纵向开裂；基底围岩劣化，隧道结构产生横向或纵向的不均匀沉降，造成为衬砌结构环向开裂、纵向开裂、斜向开裂；隧道围岩地质条件较差，衬砌背后围岩松弛范围扩大，造成松动荷载增大，易在二衬结构薄弱处尤其在拱部位置发生纵向开裂；隧道施工混凝土浇筑产生水化热，产生温度裂缝。

2.3 衬砌渗漏水

隧道排水系统或存在堵塞现象，地下水不能及时排出，最终衬砌背后水经由衬砌裂缝或施工缝等薄弱部位渗出；施工缝处防水板发生破损导致地下水经由施工缝裂隙等薄弱部位渗出。

3 加固原则

本次加固处治主要以检测结果及显现出来的病害为处治依据。本次仅处治对隧道结构、行车安全已构成较为严重隐患和影响的病害，主要为衬砌裂损、渗漏水、路面破损、路面抗滑不足等其他附属设施。对于轻微病害和未明显显现的病害暂不作处治，建议加强检查及监测，并根据病害发展情况，有针对性的采取养护措施。

(1)维修处治应遵循“安全、科学、谨慎、施工便捷”的原则，充分考虑到隧道维修处治工程对社会的影响，在保障隧道结构安全稳定的前提下，采取快捷的处治方案，减小对交通的干扰与社会影响；

(2)在掌握隧道建设期、运营期的技术资料的基础上，针对衬砌的病害与缺陷情况、产生机理，有针对性的采取处治措施；

(3)隧道应在有安全保障的前提下进行结构加固，保证施工的安全性；

(4)尽量采用成熟工艺与材料，选择可操作性强的方案；

(5)施工单位应结合病害与缺陷程度、地质条件、加固方案等，考虑施工风险，制定应急预案，并配备满足规范和设计要求的安全、救援等设施；

(6)隧道维修遵循动态设计与信息化施工的原则，制订监测方案，通过监测反馈信息，优化设计或调整施工方案；

应采取有效措施减小处治施工对既有结构、排水设施、机电设施和附属设施的不良影响。

4 加固措施

对该隧道K74+545～857衬砌裂损、渗漏水段进行30 cm厚C30钢筋混凝土模筑套衬。

4.1 处治设计

施工前必须对套衬施做段落的断面进行复测，以保证满足设计标准的净空内轮廓要求与套衬厚度，对于环向长5 m以上侵入套拱施工空间超过15 cm，导致套拱厚度不足20 cm的情况，应进行断面凿除修整，但是一次凿除长度不得大于2 m，且厚度不得大于原厚度的1/3，保证凿除后衬砌厚度大于设计厚度2/3，对于多凿除的部分，在套衬完成后应进行背后注浆回填密实。对原二衬裂缝、渗漏水进行修补、堵塞、引排处治，对衬砌背后脱空回填处治，遵循“先治理后加固”的原则。在衬砌裂缝、渗漏水处治完毕的基础上，全断面敷设350 g/m2土工布+1.2 mmEVA防水板。模筑30 cm厚C30防水混凝土套衬，要求抗渗等级不低于p8，根据原衬砌位置设置施工缝、沉降缝，确保隧道协调变形。对新旧套衬错台采用挂铅丝网聚合物砂浆整平处理。內缘设20×20防裂钢筋网，环向采用φ22钢筋，纵距25 cm，纵向设φ14钢筋，环距25 cm，钢筋保护层不小于5 cm，拱脚钢筋与原预留钢筋可靠焊接，确保隧道呈环受力。施工中注意预留消防槽空间。恢复隧道涂装。

4.2 施工要点及注意事项

(1)隧道内套衬施工时应尽可能封闭该洞交通，若不允许时应兼顾通行及施工安全。

(2)套衬台车钢板厚度不小于10 mm，对已使用过的台车必须经过专业模板厂家修整合格后方可进场。为减少套衬模板之间的痕迹，每块钢板宽度应不小于2 m，板间接缝按齿口搭接或焊接打磨；概述台车的支撑体系，避免由于模板局部受力过大造成变形，影响外观。

台车模板支撑桁架门下净空应满足隧道施工所需大型设备通行要求，桁架各层平台的高度要满足混凝土施工要求，利于人工进行安管、混凝土捣固等施工作业，且须要有上下行的爬梯。衬砌台车现场拼装时，衬砌前对模板表面彻底打磨，清楚锈斑，涂刷油防锈，对模板板块拼缝进行焊连打磨平整。

(3)所有排水管接头应采用无纺布包裹并做好防护，防止套衬浇筑混凝土时，水泥浆液堵塞排水管。

(4)浇筑衬砌时，输送泵应连续运转，泵送连续灌注，应避免停歇造成冷缝，间歇时间超过规范要求时，应按施工缝处理。拆模后，若发现缺陷，不得擅自修补，经监理工程师批准后方可处理。衬砌拆模时间由最后一盘封顶混凝土试件达到强度来控制，不得过早拆模。

(5)项目业主应委托有资质的检测单位对仰拱与衬砌钢筋、保护层厚度、空洞情况进行检测，对检查不合格的项目，必须整改处理。

(6)浇筑衬砌前，土建应与机电专业充分接洽，将机电工程需要预留、预埋的部分做好。考虑机电工程安装施工的方便性，衬砌浇筑施工完毕后，应在预留硐室及预埋管处标注桩号与用途，以方便机电施工时查找。拆除隧道原有机电设施时，应注意机电设施的完整性，保证机电设备完好无损。如有预留管，管内应穿1根3号镀锌铁丝，以方便机电安装缆线敷设。