隧道二次衬砌全环拆除技术

赵洪克

(中铁十四局集团第五工程有限公司，山东 兖州 272100)

1 工程概况

某隧道全长14 684 m，进出口里程分别为DK53+731.0、DK68+415.0，最大埋深约739.5 m。本隧道进口-DK52+463.56位于右偏曲线上，曲线半径4 500 m，其它段位于直线上。隧道穿越岩层以凝灰岩为主，施工重点是穿越不良地质段。

2 二次衬砌质量缺陷及原因分析

隧道DK68+318-DK68+330段围岩为Ⅲ级，衬砌类型为Ⅲa，二次衬砌为素混凝土结构，二次衬砌设计混凝土强度为C35，长12 m、厚40 cm，断面净宽13.06 m，净高9.87 m。

该段二次衬砌混凝土达到56 d龄期后，采用回弹检测和取芯验证的检测手段全断面验证混凝土的强度，每板二次衬砌边墙回弹检测8个测区，拱腰回弹检测8个测区，拱顶回弹检测4个测区，检测结果如图1所示。二次衬砌出现混凝土强度不足的原因为：

(1)减水剂稳定性差，混凝土到现场泵送一段时间后，坍落度损失大，出现了混凝土在罐车内不易排出状况。现场工作人员没有按程序将混凝土返站处理，私自在现场加水，导致混凝土离析、骨料分离，局部强度不足。

(2)现场施工工艺存在问题：台车原本设计时分仓入模系统为4排，现场工人图省事，只用了2排，导致混凝土会在下料口堆积，堆积后采用插入式振动棒进行引流，因二次衬砌钢筋较密集，导致在混凝

图1 二次衬砌混凝土回弹检测结果(单位：m)

土流动过程中，骨料存在分离，甚至在下料口附近混凝土过振，导致混凝土强度不足。

(3)混凝土振捣未按要求进行，局部存在过振或漏振的情况，台车上的平板振动器未有效发挥其作用，振动时间过短。

(4)混凝土养护不及时，混凝土施工后未按规范要求时间进行养护，导致混凝土后期强度增长缓慢。

3 二次衬砌全环拆换关键技术

该板二次衬砌两端的衬砌均已施工完成，采用传统的爆破技术进行全环整板拆除，会造成两侧二次衬砌及初支的扰动而容易破坏。全环拆除该板二次衬砌施工难度大、施工风险高，本工程采用机械凿除的方法进行全环拆除，整板划分区域、机械蜂窝状凿除，大大降低了施工风险和二次破坏。

3.1 施工缝处开槽

首先以二次衬砌两端环向施工缝为分界线，距离环向施工缝0.4 m进行开槽，槽宽40 cm，槽深6 cm。为提高二次衬砌全环拆除施工效率，靠近纵向施工缝及环向施工缝80 cm区域的位置采用电锤进行凿除，其他区域的部分采用破碎锤进行凿除。

采用电钻梅花型进行打孔，孔径1.4 cm，孔深40 cm，打孔深度至初支面。二次衬砌在140°范围内环向间距15 cm，其他位置环向间距30 cm，纵向间距20 cm，二次衬砌最终打孔形状呈蜂窝状结构。边打孔边拆除，从内向外分段打孔。孔位布置如图2所示。

图2 打孔凿除孔位布置(单位：m)

3.2 从拱顶起拆除

二次衬砌全环拆除需划区域，分块分段凿除，首先从拱顶拆除[1]，拆除面积为纵向不大于100 cm、环向以每个蜂窝点为一环，不断剥离凿除。拱顶凿除应左右对称，避免因左右不平衡造成局部开裂。拆除顺序如3所示。

图3 拆除顺序

拆除至矮边墙时，为提高工作效率，纵向拆除控制在300 cm范围内，环向控制在60 cm范围内，分段逐层大块拆除。

3.3 防护措施

中心水沟及仰拱填充面采用16 mm厚钢板进行覆盖防护；隧道施工电力线采用碎石装袋对风水管进行防护，电线穿过∅108 mm钢管放入水沟电缆槽内，上面铺盖沙袋进行防护处理。拆除过程中，注意对施工缝位置的止水带和防水板进行保护[2]，防水板预留长度不小于0.2 m。

3.4 监控量测

3.4.1 监测点位布置

监控量测断面布设反光片测点(5 cm×5 cm)，布设时先用电锤在初支混凝土上钻孔，用锤子将监测元件砸入钻孔中，使得监测元件顶端露出初支面 7 cm。 测点预埋件务必埋设牢固，应向钻孔倒入锚固剂，加固测点，使其与初支结构紧密结合[3]。观测元件埋设如图4所示。

图4 隧道观测标志埋设

隧道拱顶拆除1 m2左右后，首先在拱顶布置一处监控量测点，及时进行观测；拆除到140°范围处，需在拱腰左右两侧各布置一处监控量测点；该板二衬拆除共布置5个监测断面，每天进行监测，频率为次/4 h。当拱顶下沉、水平收敛速率≥5 mm/d 时，由项目部组织施工现场分析原因并停止施工，采用∅529 mm螺旋管进行竖向支撑。监控量测点纵向间距为5 m/个，第一个监控量测点距离施工缝1 m处。

3.4.2 沉降观测数据分析[4]

隧道二衬在拆除拱顶至140°部位过程中，拱顶存在应力重分布，拱顶最大沉降约2 mm；第5 d之后继续拆除拱腰至边墙部位的二衬混凝土，拱顶沉降和拱腰收敛数据达到最大，因采用分区域蜂窝凿除的工艺，沉降速率均在合理范围内；第15 d后继续拆除边墙部位，沉降观测几乎趋于稳定；第20 d隧道二衬拆除已全部完成，拆除完成后5 d内沉降观测有所变化，但变化不明显；第25 d后沉降观测已趋于稳定。拆除二次衬砌过程中初支面的监控量测数据如图5所示。

图5 监控量测数据

3.5 主体钢筋修复

3.5.1 钢筋保护及恢复

凿除过程中对既有钢筋进行保护，尽量保留原有的钢筋，采用除锈剂除锈，若锈蚀严重，绑扎新的钢筋对既有钢筋进行替换，钢筋搭接长度必须满足规范要求。

3.5.2 主体钢筋植筋

拆除二次衬砌混凝土后，应对施工缝进行凿毛处理，并清洗干净，对损坏的接茬钢筋采用植筋胶进行植筋，确保新旧混凝土接缝良好，并在原设计施工缝止水带的基础上增加止水条，确保防排水效果。接茬钢筋布置如图6所示。

图6 接茬钢筋布置(单位：cm)

3.6 防排水系统恢复

隧道初支进行拱顶沉降和边墙收敛监测，沉降稳定后，铺挂防水板和土工布。拆除旧混凝土后，应将新旧混凝土接缝处涂刷界面剂，并在纵向施工缝和环向施工缝设置一条宽2 cm的遇水膨胀止水条，改善防水性能。

环向施工缝和纵向施工缝处预留40 cm的部位采用人工凿除，新旧防水板搭接长度不小于20 cm，采用TH520三焊缝增强爬焊机进行搭接焊接，防水板个别损坏的部位采用热风焊枪进行补焊。

4 质量控制措施

(1)对整治措施中使用的材料应严把质量关，杜绝不合格产品，并按照材料要求进行堆放、使用等，以保证整治工程的质量。

(2)二次衬砌凿除后，重点对施工缝的处理和防排水的设置进行重点检查，确保施工缝不得存在松散的混凝土，浇筑混凝土前对施工缝进行湿润，做好防排水加强措施。

(3)拆除混凝土要保证一次处理到位，特别注意施工缝处防水板、钢筋的搭接质量，不留下新的隐患。

(4)混凝土凿除时注意保护既有防水板、止水带，对损坏的防水板、止水带进行重新修复、焊接，确保防水板及止水带的性能。

5 安全控制措施

(1)拆除环向顺序从拱顶开始分段向边墙进行拆除，一旦发生异常，应立即采取临时钢管加强支承等应急措施，以保安全。

(2)施工过程中应安排专人负责施工安全，每道工序作业必须有专职安全员在现场值班，发现险情及时撤离作业人员，防止意外事故的发生。

(3)在衬砌拆换、凿槽等破除施工过程中，作业现场必须设置防坠物等安全警示标识，并在作业范围拉安全警戒线，禁止闲杂人员进入施工区域[5]。

(4)破碎锤挡风玻璃上部采用钢板进行防护，确保施工安全。

(5)二次衬砌混凝土拆除作业时，在该板二衬两端20 m处各设置一道降尘帷幕，防止灰尘对洞内空气污染的扩散，并采取通风机通风，抽排该段洞内空气中的粉尘浓度，确保施工人员身体健康。

(6)拆除二次衬砌处小里程端采用碎石袋拦截水沟电缆槽，待水沉淀后排放。

6 结束语

针对隧道二次衬砌混凝土强度问题，采用回弹检测和取芯验证相结合的检测手段，针对不同的缺陷类型，划分不同的缺陷等级，制定不同的缺陷处理方案。实践证明，本工程采用拆除方案技术可行，二次伤害小，可用于类似工程。