八里关隧道病害整治

时间：2024-05-20

杜锋涛，冯博，张毅涛，赵新

(1.汉中公路管理局，陕西汉中 723000;2.中非国际建设工程有限公司，陕西西安 710650)

0 引言

近年来，随着中国经济的迅速发展，公路隧道修建里程不断增加，隧道病害也随之频发。目前，中国对公路隧道的病害治理进行了大量的研究，如王春景等采用结构-荷载结构模型，提出了一套行而有效的隧道安全评价办法［1］;余健等通过室内大比例相似模型的破坏试验，对隧道不同补强模式做了大量研究［2］;孙彬等对隧道背后脱空的病害进行了研究，认为背后脱空会造成应力结构变化，从而导致隧道出现衬砌裂缝、衬砌腐蚀等病害［3］;雷升祥等在分析隧道病害基本特征及病害成因基础上，提出了内套拱法等8种基本衬砌补强方法［4］;赵旭东针对隧道渗漏水，提出了综合治理的原则，采用注浆、凿槽堵漏等具体整治措施［5］;刘会迎等分析了中国己建铁路隧道渗漏水情况，得出了隧道渗漏水的主要形式和成因，阐述了渗漏水的治理措施［6］。但是国内缺少对隧道病害全面、系统的治理方法及隧道状况的评价系统，工程中只能根据经验判断提出养护治理办法。

本文依托八里关隧道病害整治工程实例，针对隧道裂缝、隧道渗漏水、衬砌脱空等具体病害进行综合治理，使加固后的隧道使用功能和安全性得以恢复。

1 工程概况

八里关隧道位于G316国道汉中市留坝县姜窝子镇八里关村南100 m处，隧道长82 m，进口(汉中方向)里程桩号为K2235+405，出口(留坝方向)里程桩号为K2235+487，洞身支护为曲墙式。隧道设计为双向两车道，隧道净宽10.5 m，净高5.0 m。

2 隧道病害及原因分析

八里关隧道运营已达13年，隧道衬砌混凝土存在较多的斜向、纵向及环向裂缝，部分裂缝存在渗漏水现象，衬砌背后存在多处脱空及不密实现象，局部段落衬砌混凝土强度不满足设计要求。隧道衬砌破损、开裂及渗漏水的原因分析如下。

(1)由衬砌混凝土强度不足或者施工质量较差而引起拱腰或拱顶混凝土破损、开裂及渗漏水［7］。

(2)隧道渗漏水不断侵蚀衬砌混凝土，导致衬砌混凝土强度降低，破损开裂。

(3)由于排水系统不畅，围岩内部水压升高，对围岩裂隙产生润滑，降低了围岩的自承能力，作用在衬砌上的压力过高使其产生开裂、渗漏水［8］。

3 病害治理方案

3.1 衬砌病害治理及结构补强处治方案

由于八里关隧道衬砌厚度及局部强度不满足要求，洞顶存在脱空，有部分纵向、斜向裂缝的问题，故需对全隧道采取全断面花管注浆加固围岩喷射混凝土套拱的措施。

3.1.1 安全性验算

八里关隧道围岩条件为Ⅴ级和Ⅵ级，纵向裂缝发育，Ⅴ级围岩段落最大埋深为40 m，Ⅵ级围岩段落最大埋深为10 m。采用荷载结构法对这两种围岩条件下隧道衬砌结构进行安全性检算。

喷射混凝土施工完成后，钢筋网可以很好的与喷射混凝土结合，起到防止喷射混凝土开裂的作用，因此Ⅴ级围岩段将16 cm厚喷射钢筋混凝土和原45 cm二次衬砌简化为一个61 cm厚的单侧配筋的钢筋混凝土二次衬砌进行安全系数验算;Ⅵ级围岩段将16 cm厚喷射钢筋混凝土和原50 cm二次衬砌简化为一个66 cm厚的单侧配筋的钢筋混凝土二次衬砌进行安全系数验算。经验算，所有截面的安全系数均满足规范的要求，因此可以说明衬砌加16 cm厚喷射钢筋混凝土的加固方案可以满足隧道衬砌的安全要求。

3.1.2 隧道建筑界限要求

通过隧道衬砌内轮廓激光断面的扫描，结果表明该隧道除边墙衬砌内轮廓与设计轮廓紧贴外(无侵限)，拱顶衬砌均有富余量。如采用16 cm厚喷射混凝土套拱后，人行道内侧稍微侵限，但宽度均大于60 cm，基本不影响行人、行车安全，如图1所示。

3.2 隧道衬砌后空洞注浆处治方案

图1 八里关隧道套拱建筑限界设计

在需要治理的脱空处钻设2排注浆边孔，同时在注浆边孔之间钻注浆中孔，从2个注浆边孔开始压注水泥浆液(水灰比为1∶1)，当注浆压力逐步升至0.5 MPa且稳定10 min以上时，减慢进浆速度，浆液从注浆中孔流出时，结束边孔注浆，然后从注浆中孔压注水泥浆液;由于拱顶衬砌厚度大部分偏薄，施工时应控制好注浆压力，并设置衬砌临时支护措施，同时密切观察衬砌变形位移及周围裂缝的发展情况，确保施工安全。

3.3 隧道渗漏水处治方案

隧道衬砌渗漏水的原因有很多，主要可分为自然环境，防排水结构的设计与施工，防排水设施及衬砌完整性这3大因素，而渗漏水的治理应根据围岩的水文地质条件进行综合分析判断［9-10］。本工程渗漏水治理方案采取以排为主，以堵为辅，以截、堵、排相结合的原则进行，利用直接堵漏、注浆堵水和刻槽埋半管引排等方法进行渗漏水处治。3.3.1 衬砌施工缝渗漏水处治方案

在二次衬砌施工缝位置通过刻槽埋管的方式，设置环向排水，辅以槽内钻孔排水管道，降低衬砌背后水位，将施工缝处的环向出水引入电缆沟槽排出洞外。施工步骤如下。

(1)沿开槽方向固定2根木条，用锯槽机顺扁钢锯出2条缝后，用气动风铲凿除两缝之间混凝土，手工将槽底修凿平整，环氧树脂腻子找平(找平施工缝两侧的基础，以便橡胶条铺设平顺，防止半管内水向两侧流出，严禁腻子覆盖施工缝，施工缝两侧槽底各3 cm内不得涂抹找平腻子)。

(2)沿槽方向，按50 cm间距钻孔，置Φ8 mm螺丝。

(3)将Ω管安装在槽内，紧固Ω管两边螺丝，使半管与槽接触密实。

(4)检查安装情况，管内加水检查渗漏水情况，如有渗漏水现象则重新安装。

(5)环氧树脂砂浆填充凿槽。

泄水孔采用直径为50 mm钻头成孔，内设1.5 m长、直径Φ50 mm的不锈钢管，钻孔位置在满足施工可行性的前提下沿边墙脚尽量靠下。钢管末端150 cm内管壁单侧间隔15 cm开孔，且用土工布包裹，防止土砂进入，如图2所示。

图2 施工缝渗漏水处治

3.3.2 非施工缝渗漏水处治方案

对于裂缝宽度大于0.5 mm、渗水量较大的隧道纵向及斜向缝渗水，采用刻槽埋管结合主动引流的方法治理。

对于存在渗漏水现象的斜向、纵向裂缝，将裂缝周围混凝土表面的反碱、灰尘、油污、表面涂层及其他外来物清理干净，并凿除疏松、空鼓和蜂窝结构，除去积水和明水;沿裂缝延伸方向凿出10 cm宽、7 cm深的槽，凿槽埋管长度应向未漏水裂缝处延伸且不小于10 cm;若附近有施工缝渗水时，将渗漏水引入施工缝位置的环向排水管中;施工过程中在排水管搭接位置刷一层瞬间堵漏剂，将搭接处搭接密实;在距裂缝轴线两边不小于25 cm，共50 cm的范围内环向涂刷1～2 mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料。当附近无施工缝渗水时，可在斜向裂缝中间位置向下开槽直至电缆槽底部，将Φ50 mm的Ω管埋入槽中，通过电缆槽引到排水边沟中。

图3 非施工缝渗漏水处治

3.3.3 衬砌裂缝处治方案

对于衬砌裂缝(不渗漏水)处，根据裂缝宽度治理方案分为表面封闭法和注射法，裂缝宽度小于0.2 mm的可采用表面封闭法治理，裂缝宽度大于0.2 mm的可采用注射法治理。

(1)表面封闭法(裂缝宽度小于0.2 mm)施工工艺。首先用钢丝刷或风砂枪将裂缝两侧各宽5 cm、深3 mm的混凝土表面的反碱、灰尘、油污、表面涂层及其他外来物清理干净，并凿除疏松、空鼓和蜂窝结构;其次，对裂缝涂刷2～3遍配置好的封闭材料(SHO BOND#101#高分子树脂主剂和硬化剂按重量比7:3比例混合，配制前需精准称量。混合时需充分搅拌，混合均匀)，涂抹总厚度不应小于2 mm，后用高分子树脂材料在原衬砌表面再刷一次，厚度小于1 mm。

(2)注射法(裂缝宽度大于0.2 mm)主要方法及原理。该方法是选择合适的材料，通过注浆方法将低黏度高强度材料注入已产生的裂缝中(可渗入宽仅0.02 mm的裂纹末端)，完成对裂缝的彻底修复。同时注浆过程中，利用缓慢均匀的压力可以将裂缝中积存的空气压入混凝土的毛细孔中排出，避免产生空气气阻，从而保证混凝土修复质量。

3.3.4 点状渗漏水处治方案

(1)直接堵漏法。在隧道渗漏水位置水压不大且混凝土结构密实性良好时，采用直接堵漏法。点渗漏处理主要采用“立止水”堵水材料和“优止水”防水材料应用直接堵塞法治理，并在出水点周围不小于Φ40 cm的范围内抹厚度1～2 mm的水泥基渗透结晶性防水材料［11］。施工工艺流程为:基层清理、凿槽，用“立止水”堵漏剂堵漏，用“优止水”防水剂填充开槽，用水泥基渗透结晶性防水材料抹面封闭，修复饰面，场地清理，检查验收。

(2)注浆堵漏法［12］。当隧道局部水压较大且混凝土层内有薄弱点时，直接堵漏法无法解决点状渗漏水问题，需采用注浆堵漏法施工。主要要求为:对排查出的渗漏水部位进行表面清理，找出渗水点，用粉笔画圈明示;使用电钻对标明的渗水点进行钻孔，深度约10～20 cm，埋设注浆头，注浆头口中心对正钻孔位置，然后用堵水速凝砂浆封堵注浆头周围;用清洗机往注浆管内注水，压力大于1 MPa，检查四周出水点，如有跑水、冒水处则用速凝堵水砂浆封堵;注浆材料选择双组份高聚合物化学浆，注浆压力为0.5 MPa，可根据实施情况调整，注浆管与注浆头连接好，灌浆开始逐渐升压，使浆液沿漏水通道推进;最后重新打开闸阀如有水渗出继续注浆，直到闸阀无水渗漏。