高速公路隧道襯砌開裂的整治

劉曉蕾

摘要：針對某高速公路隧道的特殊地質條件，在施工中出現的襯砌開裂屈服現象，分析襯砌開裂產生的原因，在隧道投入運營前采取相應的加固整治工程措施治理病害。

關鍵詞：公路隧道;襯砌開裂;加固整治

一、地質條件

1.工程地質條件

地質分布如圖1所示。修筑路段表層廣泛分布第四系崩坡積松散層，下伏基巖為元古界小羊街組上亞組的花崗片麻巖。圍巖類別為Ⅱ～Ⅲ類。第四系松散層堆積物可根據成因類型劃分為：第四系人工填土層（Qml）、第四系沖洪積卵礫層（Qal+pl）、第四系崩坡積層（Qcol+dl），元古界小羊街組（Ptxb）。這些巖土體具有如下特征：①人工填土層（Qml），由于是回填欠固結土，結構疏松，力學強度低。②層沖洪積層（Qal+pl）卵礫層，中密狀，具有一定的力學強度。③崩坡積層（Qcol+dl）為散體結構，結構疏松，力學強度低，易產生淺層劃移。④強風化基巖，呈散體—碎裂結構，結構疏松，力學強度低，穩定性差，隧道修建時，易產生坍塌，側壁失穩。⑤中等風化基巖，呈塊狀—碎裂結構，具有一定的力學強度，隧道修建時，局部會產生坍塌現象。白色花崗巖片麻巖層，其傾向與山坡傾向相反，巖體具片麻構造。節理裂隙發育，強風化巖體呈碎裂-散體結構，強度低，結構疏松，中等風化巖體呈塊狀—碎裂結構，具有一定的力學強度，穩定性稍好，由于風化的差異性，存在強風化的包裹體。

圖1 ?隧道地質剖面圖

2.水文地質條件

筑路段以基巖裂隙水為主要地下水類型，含水介質為弱富水性的花崗片麻巖，大氣降水的垂直入滲為主要補給徑，具有水位埋藏深且不穩定、水力聯系弱的特點，排泄受地形控制，坡底河流或局部崖腳是常見的排泄部位，排泄方式為沿溝谷流向曼薩河徑流或點狀泉。據勘測其間調查，擬建隧道進口有一泉點，偶測流量為0.2l/s，在隧道出口段“V”型溝谷有一常年水流，偶測流量為8.0l/s。因此，常常構成多個相對獨立的次級水文地質單元。

二、襯砌出現的病害

根據各單位提供的資料及多次現場勘察的結果，二次襯砌的破壞段主要集中在隧道出口的K235+900～K235+970段，而且中隔墻、邊墻和拱各部分均發生嚴重破壞。破壞情況歸納如下：

1.中隔墻

中隔墻的沉降縫和施工縫均發生橫向錯位，一般錯位3～6cm，最大的錯位達12.5cm。中隔墻有下沉現象，隔墻頂部和起拱線相交部位有連續貫通的裂縫。中隔墻頂部局部混凝土壓碎，成塊脫落。墻體內的鋼筋變形凸出，嚴重部位中隔墻墻體有折斷、錯位現象，個別部位錯位達25cm。

2.邊墻

上、下行線邊墻均有明顯的縱向和斜向裂縫，縫寬0.3～20mm。

3.拱頂

上行線的拱頂有許多縱向裂縫，主要分布在K235+900～K235+940段，縫寬0.3～10mm。這些裂縫表明該處拱圈斷裂。特別在K235+900～K235+910段，拱與中隔墻的錯位達30cm。下行線的裂縫主要分布在K235+970～K235+940段，縫寬度0.3～15mm。

三、襯砌裂縫產生原因分析

1.地質因素

隧道所處山體整體性雖然具有穩定性，隧道圍巖的不穩定主要存在于基礎以上部位。存在三個不可忽視得非穩定區， 這三個非穩定區具有共同的特征，就是其巖體都是由砂、粘土與塊石組成的松散層。

第一個非穩定區位于隧道出口段，里程K235+940～+965區段，波速小于1.0km/s，強度低。隧道圍巖為塊石與砂粘土堆積，砂粘土比例較大。由于地形較陡，飽水后重力不穩定，易變形流動，對隧道產生較大的側向推力。目前已經造成隧道的側移和襯砌破壞。

第二個非穩定區在隧道頂部，位于K235+820～+940之間，厚度5～20m，產生的節理裂隙帶與開挖松動有關。裂隙帶中充填砂與粘土，模量低、強度差，遇有垂向節理帶時易塌方冒頂。K235+879～+889處的塌方冒頂就有此種原因。該松散層飽水后有向左側滑動的可能性，對拱頂產生側向建立，造成拱頂襯砌變形。特別是K235+920～+940段尤為明顯，拱頂施工縫的錯臺達8cm。

第三個非穩定區為山坡淺表松散層，厚5～15m，主要分布在隧道前半段的山坡上，面積較。松散層以砂為主，混有并留有大量風化殘余塊體。由砂和殘留塊體構成的山坡淺表松散層，穩定性很差，飽水后易流動，形成淺表滑坡。

2.施工影響

在不良地質地段進行大跨度公路施工使洞口圍巖受到擾動，改變了圍巖的受力狀態。

四、加固措施

1.加固的指導思想

加固要求：K235+900～K235+970段破壞混凝土經補強后，結構的強度和剛度不小于原設計。為達到此目的，加固的指導思想是：

加固補強設計在結構變形停止、裂縫不再發展、基礎不再沉陷的前提下進行。充分利用已破壞的二次襯砌結構的殘余強度和剛度，在不拆除已破壞的結構殘體上進行粘鋼加固，使其恢復強度和剛度。加固后結構的強度和剛度滿足原設計二襯和500mm內襯的強度和剛度，并有一定的安全儲備。加固后，二襯混凝土、粘貼的鋼板、工字鋼、新增內襯套聯合變形，共同工作。墻伸縮縫處的“平移錯臺”，加固時保持“柔性可動”，不作剛性處理，中隔墻施工縫處產生的“錯臺”和起拱線處產生的“水平錯臺”，加固時按剛性加固處理。

2.加固方法

2.1 對裂縫及破損混凝土進行化學灌漿及修補處理，具體方法如下：

對于小于0.3mm的縫隙采用YZJ-1型結構膠進行表面封堵;對于大于0.3mm至3mm以內的裂縫采用YZJ-5型灌注結構膠進行灌縫處理;對于大于3mm以上的裂縫，先鑿出混凝土松動部分，然后采用高強微膨脹無收縮化學灌漿材料進行灌縫處理;對于破損混凝土，采用插筋及高于原混凝土強度的纖維混凝土進行補強及修形。

2.2 對于拱腳、中隔墻及錯臺處，將錯臺部位的屈服筋混凝土鑿開，重新焊接一定長度的鋼筋替代屈服筋（搭接長度按規范規定），將錯臺部分重新澆筑高于原混凝土強度的纖維混凝土并修形，以便后續粘結鋼板之用。

2.3 對于邊墻，中隔墻的處理，首先進行基礎灌漿，形成穩定的基礎。對邊墻、中隔墻局部加強處理，首先灌縫，其次粘鋼、植筋將鋼板鎖住。對于拱頂及邊拱采用對拱外圈進行灌漿處理，將周圍松散堆積物灌漿后形成拱圈，厚度8～10m。

五、加固效果

在加固施工前后，對隧道襯砌進行了收斂觀測和拱頂下沉量測。從量測的結果來看，洞內襯砌收斂量測在加固施工前，最嚴重地段平均為每天收斂值為0.62mm，加固施工結束后，最嚴重的斷面平均每天收斂變形量為0.049mm。拱頂下沉在加固前變化最大點平均為每天0.83mm，加固施工后變化最大點平均為每天0.054 mm。

參考文獻：

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