鸡照隧道二衬结构病害原因分析与处治措施研究

龙晓毅

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)

0 引言

随着我国交通基础建设的发展，大量公路隧道经长时间运营后，出现二衬开裂、渗漏水以及掉块等质量问题[1]。二衬病害的产生是由多种因素相互作用的结果[2-3]，如受到二衬施工质量、围岩强度、地下水作用等因素的影响[4]。本文以厦蓉高速公路鸡照隧道为例，针对隧道出现的各类二衬病害问题，分析其原因，并提出相应的处治措施，研究成果可为其他隧道二衬病害处治提供参考。

1 工程概况

厦蓉高速公路鸡照隧道为双洞四车道分离式长隧道，长2 215 m，于2010年建成通车运营。根据原设计详勘资料及施工图设计文件，隧道穿越区位于构造隆升低山工程地质区，山体近南北走向，地势总体北低南高；隧道与山脊近于直交，沿隧道轴向山体两侧低、中部高；隧道进口地形较缓，坡脚约为22°，隧道出口地形亦较缓，坡脚约为35°。

隧址区有产状为85°∠75°的断层通过，断层产状在泥盆系泥质粉砂岩中，地貌上山脊鞍部呈线状分布。断层呈南北走向，向东倾，属正断层。断层破碎带宽20～30 m，为碎裂岩，断距7～27 m。隧道ZK175+100～ZK175+132段、YK175+165～YK175+185段与该断层正交，对该隧道洞室围岩稳定性影响较大。

2 隧道新增病害情况及原因分析

2.1 隧道新增病害基本情况

鸡照隧道已于2017年2～6月进行了病害处治，处置范围为左洞ZK175+420～ZK175+940(长520 m)与右洞YK175+560～YK175+980(长420 m)，重建了部分仰拱与二衬。2021-03-19，日常检查发现鸡照隧道处治段落内部分二衬产生5处新增裂缝病害，且最严重的拱脚变形位置有发育现象，变形幅度逐步增大。具体病害位置如表1所示。

表1 鸡照隧道新增病害位置及状况分析表

2.2 二衬新增病害表现

(1)YK175+820～YK175+841段左侧边墙在2017年处治时未更换二衬，仅更换仰拱，完成后于旧二衬边墙的拱脚处抹约2 cm厚砂浆层保持外观。2021年4月调查时，因拱墙沉降不均，此砂浆层已开裂，形成30 m长贯穿纵向裂缝。

(2)YK175+970～YK175+985段左侧边墙拱脚起层、剥落。根据隧道施工资料显示，在2010年鸡照隧道新建施工时，YK175+970～YK175+985段左侧边墙的初支与二衬施工质量较差，混凝土强度过低，部分混凝土可用手捏碎，二衬厚度不足，且内部钢筋等结构材料缺失，导致整个初支与二衬质量较差。2017年对鸡照隧道进行病害处治时，此处二衬并未发现病害，因此未对此处二衬进行更换，仅更换了仰拱，并在两侧拱脚处打锁脚钢管注浆加固。2021年4月调查发现，该二衬拱脚混凝土因质量差破裂剥落，二衬厚度最薄处仅10 cm，无防水层，二衬混凝土含水率较高，劣化严重，二衬钢筋缺失严重。

(3)ZK175+770～ZK175+790段右侧边墙纵向裂缝。2017年处治时，ZK175+770～ZK175+790段右侧边墙未更换二衬，仅更换仰拱，二衬边墙的拱脚处抹约2 cm厚砂浆层保持外观。目前因拱墙沉降不均，此砂浆层已开裂，形成20 m长纵向裂缝，且在左侧拱腰处发现轻微错台等问题。

(4)ZK175+790～ZK175+830段左侧边墙段在2017年隧道病害处治时未更换二衬，仅更换仰拱，完成后于旧二衬边墙的拱脚处抹约2 cm厚砂浆层保持外观。此处位于仰拱更换段落与旧路的交界处，目前因拱墙沉降不均，此砂浆层已开裂，形成20 m长纵向裂缝，同时ZK175+805处拱腰位置局部隆起。

2.3 隧道新增病害原因机理分析

隧道病害是在地形地貌、岩土体条件和断层等不利条件的综合作用下产生的，其病害的发展往往呈现初期较慢、中后期病害发育速度显著加快的特点。鸡照隧道于2010年建成通车，经过7年运营，隧道出现较严重的隧道病害，如衬砌开裂、二衬劣化、渗漏水等问题，于2017年对该隧道病害进行处治，2021年日常巡查发现多处新增二衬结构病害，归纳原因如下：

(1)施工原因。根据相关施工资料，新增二衬病害地段的初支与二衬施工质量较差，混凝土强度过低，部分混凝土可用手捏碎，结构层厚度不足，钢筋等结构材料缺失，二衬出露部分未见防水板，导致整个初支与二衬质量较差，加之受断层等不良地质条件影响，二衬加速劣化。

(2)不良地质条件。隧道新增病害段基岩为弱风化泥质粉砂岩，局部偶夹泥灰岩，岩质较坚硬，节理裂隙发育，节理多为张节理。同时受隧址区断层影响，隧道新增病害位置(ZK175+100～ZK175+132段、YK175+165～YK175+185段)与该断层正交，对该隧道洞室围岩稳定性影响较大。受沟谷地形地下水的影响，隧道病害进一步加剧。

(3)前期处治范围不到位。YK175+820～YK175+841段左侧边墙、YK175+970～YK175+985段左侧边墙、ZK175+770～ZK175+790段右侧边墙、ZK175+790～ZK175+830段左侧边墙段等地段目前开裂严重，前期处治过程中由于二衬开裂问题不严重，只更换仰拱，二衬表面仅采用抹浆处理，未对裂缝地段进行进一步安全性评价，随着二衬裂缝加速发育，导致二衬结构性病害进一步加剧。

3 病害处治设计以及处治效果

3.1 隧道病害处治设计方案

(1)对于拱脚变形、剥落的YK175+970～YK175+985段左侧边墙，其二衬厚度严重不足，二衬劣化十分严重，已经在前期治理中采取凿除整个二衬至初支部分(仰拱及锁脚钢管已经在前期治理中使用，不做处理)仰拱及锁脚钢管的方案，此次采取重新施工初支、防水层和重新装模浇筑边墙二衬的方案，于新旧混凝土处植筋连接，植筋长度为40 cm，如图1所示。二衬凿除段重新浇筑，施工期应根据裂缝实际情况进行现场分块，并严格控制每次凿除长度，凿除前应做好临时保固措施，在换拱、衬砌拆除段前后3 m设置Ⅰ20工字钢钢支撑，间距为0.5 m，采用φ22 mm钢筋纵向连接。

图1 二衬拆除临时支护布置平面图

图2 粘贴钢带布置平面图(cm)

(2)对于宽度<0.2 mm，深度较浅的纵、斜向二衬裂缝进行表面封闭处理，裂缝宽度>0.2 mm时，采用压力灌浆法灌注处理。二衬裂缝灌胶密封后，对YK175+820～YK175+841段左边墙、ZK175+770～ZK175+790段右边墙和ZK175+790～ZK175+820段左边墙等处的斜向裂缝及纵向裂缝部位采用粘贴钢板进行加固，粘贴钢板采用Q345钢带(50 cm×370 cm，间距50 cm)，钢带外表面应进行防锈处理。钢带与隧道二衬模筑混凝土之间采用改性环氧树脂胶粘剂进行粘接，并用M24化学锚栓锚固。化学锚固螺杆型号为M24 mm×300 mm，钻孔直径为28 mm，钻孔深度为30 cm，单根锚固力≥100 kN。胶粘剂采用A级改性环氧树脂胶粘剂。见图2。

(3)施工过程中必须做好临时排水措施，同时对于二衬重建段需加强排水措施，确保二衬不会长时间受地下水影响，以增强二衬结构的耐久性。

3.2 隧道病害处治后效果

该隧道采用上述处治方案处理二衬病害后，后续运营期间隧道运行基本正常，未发现裂缝、混凝土掉块和渗漏水等现象，处治效果显著。

4 结语

本文以鸡照隧道为工程背景，分析隧道新增二衬病害的主要病害形式，并结合地质条件及施工资料，对新增二衬病害原因进行分析。病害产生的原因为受断层等不良地质条件以及施工质量等因素影响，使隧道二衬出现开裂，二衬严重劣化等病害，且由于前期处治工作不足导致隧道病害进一步加剧。本次处治设计中，针对隧道不同部位的病害程度给出了合理的处治方案，如采用注浆加固、粘贴钢板以及二衬重筑等措施进行处治，极大地提高隧道病害段的稳定性。