隧道加固和综合改造设计

0 引言

近年来公路隧道病害问题变得日益突出，其主要病害形式为严重渗漏水、结构衬砌的腐蚀裂损等，为隧道的后期运营带来了安全隐患。本文针对隧道裂缝、隧道渗漏水等具体病害，提出各种结构补强措施和隧道防排水措施综合运用，使加固后的隧道使用功能和安全性得以恢复。

1 工程概况

南京市中山门隧道位于中山门南北两侧古城墙下，经多年使用后，隧道内渗漏严重、主体结构局部变形破损等问题逐渐显露。为保障隧道结构安全，彻底解决隧道渗漏问题，确定从结构止水补强加固、完善防排水系统等方面对隧道进行综合改造。

原隧道城墙段采用矿山法暗挖施作，城墙内、外两侧采用明挖法施工。隧道净空断面高6．8 m，净宽13．86 m，属于三车道特大扁平隧道。原隧道采用复合衬砌结构形式，初期支护为C20厚35 cm早强混凝土，二衬为C25厚50 cm防水钢筋混凝土;初衬与二衬间铺设PVC防水板。

2 加固方案设计

2．1 加固设计方案

1)通过拱背注浆提高围岩的自承载能力。2)对墙背不密实区进行注浆加固，防止隧道结构外缘地层变形，阻止渗漏，提高原主体结构的承载能力。3)针对各类结构裂缝采用不同方式进行补强处理。拱部纵向裂缝、宽度大于2 mm的裂缝，对隧道原有结构的承载力影响较大，采用粘钢加固措施。两侧边墙二衬裂缝，采用钻孔注浆止水加固。4)在原二衬结构内侧增设一道C35厚30 cm防水混凝土三衬。5)在原有衬砌与新建衬砌之间敷设复合防水层。6)对分散的单个漏水点，用φ50 mm软式透水管盲沟引排。

2．2 新增衬砌结构设计

图1 新增衬砌加固设计断面图

加固方案采用在原衬砌内侧满铺复合防水层之后，用模板台车浇筑30 cm厚的新增钢筋混凝土衬砌(见图1)。复合防水层能有效防排原有衬砌的围岩渗漏水，使新增衬砌免于受到地下水的腐蚀，提高新增衬砌的结构安全性。加固结构的特点如下:

1)由于设置了复合防水层，原有衬砌和新增衬砌之间只能传递压力，而不能传递剪力和弯矩。2)考虑原有二衬和新增三衬共同受力。3)左侧设置底宽91．5 cm，右侧设置底宽71．8 cm的C35混凝土支墩，并沿隧道纵向植筋φ22@150×150以提高支墩的稳定性。

2．3 新增衬砌结构验算

隧道附近地表最大高程约33．0 m，隧道设计高程为14．0 m～15．0 m。隧道设计位于亚粘土层中，围岩分级为Ⅴ级。本地区区域地震烈度为7度。

新增衬砌结构净宽约12．0 m，净高约5．6 m。隧道荷载主要包括:结构自重荷载，土压力荷载，混凝土收缩荷载，地震荷载和地面超载等。衬砌结构计算采用荷载结构法，考虑到原有初期支护和二衬的作用，围岩弹性抗力取Ⅴ级围岩的最大值K=200 000 kPa/m。Ⅴ级围岩衬砌结构考虑原衬砌结构和新增三衬结构共同受力，根据规范的规定，三衬承担60%～80%的围岩荷载。具体计算参数见表1。

表1 计算参数

图2 衬砌结构弯矩图（单位：kN·m）

图3 衬砌结构轴力图（单位：kN）

采用通用结构设计分析程序SAP2000进行计算。计算结果如图2，图3所示。

按照上述方案加固后安全系数为3．51，满足规范［1］要求(≥2．40)，加固方案可行。

2．4 施工注意事项

1)钻孔注浆前，应确定设计钻孔位置的钢筋分布情况;钻孔时，应避开钢筋;钻孔注浆时宜严格控制注浆压力等参数，并宜沿裂缝走向自下而上依次进行。

2)对渗漏易发部位(如沉降缝、施工缝)必须加强振捣施工，选择有利于抗裂防渗的时间段进行混凝土浇捣施工。衬砌施作完成后应及时检查其背后与原结构层之间的空隙，一旦发现，应及时注浆填充。

3)铺设防水板前应裁除出露的钢筋端部，修整表面过大的凹凸不平处，以防刺破防水板，铺设过程中应注意防水板材搭接良好。

4)根据原二次衬砌变形缝的位置设置变形缝，当原二次衬砌在很长距离没有设置变形缝时，补强层也应根据裂缝开裂情况每20 m～30 m设置一处变形缝。

5)由于部分衬砌出现渗水现象，因此，在进行补强时，采用Ω形弹簧排水管进行引排，原则上在原衬砌每道施工缝、变形缝和裂缝处设置。

6)施工中采用的胶粘剂与混凝土界面剂的质量参数，均应符合规范［2］的规定。

3 结语

本文通过隧道加固实例，从裂缝补强、围岩注浆、新增三衬、加强防排水体系等多方面进行综合治理，对新增衬砌的安全系数进行了评估，通过本文的研究，对今后类似工程的研究提供了参考。

1)对衬砌后围岩不密实区注浆加固，采用注浆补强、贴碳纤维布和型钢等手段有效抑制裂缝发展，充分利用原有衬砌的结构承载能力。

2)新增三衬混凝土结构进行永久加固，经验证，计算后的衬砌结构满足安全系数的要求。

3)对地下水进行防、排、截、堵综合整治，加固以不破坏原有防排水体系为原则，重新布置完整的防排水系统，保证隧道防排水系统的长期有效。

［1］JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］．

［2］GB 50367-2006，混凝土结构加固设计规范［S］．