高速公路隧道衬砌开裂的整治

刘晓蕾

摘要：针对某高速公路隧道的特殊地质条件，在施工中出现的衬砌开裂屈服现象，分析衬砌开裂产生的原因，在隧道投入运营前采取相应的加固整治工程措施治理病害。

关键词：公路隧道;衬砌开裂;加固整治

一、地质条件

1.工程地质条件

地质分布如图1所示。修筑路段表层广泛分布第四系崩坡积松散层，下伏基岩为元古界小羊街组上亚组的花岗片麻岩。围岩类别为Ⅱ～Ⅲ类。第四系松散层堆积物可根据成因类型划分为：第四系人工填土层（Qml）、第四系冲洪积卵砾层（Qal+pl）、第四系崩坡积层（Qcol+dl），元古界小羊街组（Ptxb）。这些岩土体具有如下特征：①人工填土层（Qml），由于是回填欠固结土，结构疏松，力学强度低。②层冲洪积层（Qal+pl）卵砾层，中密状，具有一定的力学强度。③崩坡积层（Qcol+dl）为散体结构，结构疏松，力学强度低，易产生浅层划移。④强风化基岩，呈散体—碎裂结构，结构疏松，力学强度低，稳定性差，隧道修建时，易产生坍塌，侧壁失稳。⑤中等风化基岩，呈块状—碎裂结构，具有一定的力学强度，隧道修建时，局部会产生坍塌现象。白色花岗岩片麻岩层，其倾向与山坡倾向相反，岩体具片麻构造。节理裂隙发育，强风化岩体呈碎裂-散体结构，强度低，结构疏松，中等风化岩体呈块状—碎裂结构，具有一定的力学强度，稳定性稍好，由于风化的差异性，存在强风化的包裹体。

图1  隧道地质剖面图

2.水文地质条件

筑路段以基岩裂隙水为主要地下水类型，含水介质为弱富水性的花岗片麻岩，大气降水的垂直入渗为主要补给径，具有水位埋藏深且不稳定、水力联系弱的特点，排泄受地形控制，坡底河流或局部崖脚是常见的排泄部位，排泄方式为沿沟谷流向曼萨河径流或点状泉。据勘测其间调查，拟建隧道进口有一泉点，偶测流量为0.2l/s，在隧道出口段“V”型沟谷有一常年水流，偶测流量为8.0l/s。因此，常常构成多个相对独立的次级水文地质单元。

二、衬砌出现的病害

根据各单位提供的资料及多次现场勘察的结果，二次衬砌的破坏段主要集中在隧道出口的K235+900～K235+970段，而且中隔墙、边墙和拱各部分均发生严重破坏。破坏情况归纳如下：

1.中隔墙

中隔墙的沉降缝和施工缝均发生横向错位，一般错位3～6cm，最大的错位达12.5cm。中隔墙有下沉现象，隔墙顶部和起拱线相交部位有连续贯通的裂缝。中隔墙顶部局部混凝土压碎，成块脱落。墙体内的钢筋变形凸出，严重部位中隔墙墙体有折断、错位现象，个别部位错位达25cm。

2.边墙

上、下行线边墙均有明显的纵向和斜向裂缝，缝宽0.3～20mm。

3.拱顶

上行线的拱顶有许多纵向裂缝，主要分布在K235+900～K235+940段，缝宽0.3～10mm。这些裂缝表明该处拱圈断裂。特别在K235+900～K235+910段，拱与中隔墙的错位达30cm。下行线的裂缝主要分布在K235+970～K235+940段，缝宽度0.3～15mm。

三、衬砌裂缝产生原因分析

1.地质因素

隧道所处山体整体性虽然具有稳定性，隧道围岩的不稳定主要存在于基础以上部位。存在三个不可忽视得非稳定区， 这三个非稳定区具有共同的特征，就是其岩体都是由砂、粘土与块石组成的松散层。

第一个非稳定区位于隧道出口段，里程K235+940～+965区段，波速小于1.0km/s，强度低。隧道围岩为块石与砂粘土堆积，砂粘土比例较大。由于地形较陡，饱水后重力不稳定，易变形流动，对隧道产生较大的侧向推力。目前已经造成隧道的侧移和衬砌破坏。

第二个非稳定区在隧道顶部，位于K235+820～+940之间，厚度5～20m，产生的节理裂隙带与开挖松动有关。裂隙带中充填砂与粘土，模量低、强度差，遇有垂向节理带时易塌方冒顶。K235+879～+889处的塌方冒顶就有此种原因。该松散层饱水后有向左侧滑动的可能性，对拱顶产生侧向建立，造成拱顶衬砌变形。特别是K235+920～+940段尤为明显，拱顶施工缝的错台达8cm。

第三个非稳定区为山坡浅表松散层，厚5～15m，主要分布在隧道前半段的山坡上，面积较。松散层以砂为主，混有并留有大量风化残余块体。由砂和残留块体构成的山坡浅表松散层，稳定性很差，饱水后易流动，形成浅表滑坡。

2.施工影响

在不良地质地段进行大跨度公路施工使洞口围岩受到扰动，改变了围岩的受力状态。

四、加固措施

1.加固的指导思想

加固要求：K235+900～K235+970段破坏混凝土经补强后，结构的强度和刚度不小于原设计。为达到此目的，加固的指导思想是：

加固补强设计在结构变形停止、裂缝不再发展、基础不再沉陷的前提下进行。充分利用已破坏的二次衬砌结构的残余强度和刚度，在不拆除已破坏的结构残体上进行粘钢加固，使其恢复强度和刚度。加固后结构的强度和刚度满足原设计二衬和500mm内衬的强度和刚度，并有一定的安全储备。加固后，二衬混凝土、粘贴的钢板、工字钢、新增内衬套联合变形，共同工作。墙伸缩缝处的“平移错台”，加固时保持“柔性可动”，不作刚性处理，中隔墙施工缝处产生的“错台”和起拱线处产生的“水平错台”，加固时按刚性加固处理。

2.加固方法

2.1 对裂缝及破损混凝土进行化学灌浆及修补处理，具体方法如下：

对于小于0.3mm的缝隙采用YZJ-1型结构胶进行表面封堵;对于大于0.3mm至3mm以內的裂缝采用YZJ-5型灌注结构胶进行灌缝处理;对于大于3mm以上的裂缝，先凿出混凝土松动部分，然后采用高强微膨胀无收缩化学灌浆材料进行灌缝处理;对于破损混凝土，采用插筋及高于原混凝土强度的纤维混凝土进行补强及修形。

2.2 对于拱脚、中隔墙及错台处，将错台部位的屈服筋混凝土凿开，重新焊接一定长度的钢筋替代屈服筋（搭接长度按规范规定），将错台部分重新浇筑高于原混凝土强度的纤维混凝土并修形，以便后续粘结钢板之用。

2.3 对于边墙，中隔墙的处理，首先进行基础灌浆，形成稳定的基础。对边墙、中隔墙局部加强处理，首先灌缝，其次粘钢、植筋将钢板锁住。对于拱顶及边拱采用对拱外圈进行灌浆处理，将周围松散堆积物灌浆后形成拱圈，厚度8～10m。

五、加固效果

在加固施工前后，对隧道衬砌进行了收敛观测和拱顶下沉量测。从量测的结果来看，洞内衬砌收敛量测在加固施工前，最严重地段平均为每天收敛值为0.62mm，加固施工结束后，最严重的断面平均每天收敛变形量为0.049mm。拱顶下沉在加固前变化最大点平均为每天0.83mm，加固施工后变化最大点平均为每天0.054 mm。

参考文献：

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[2] 邹代峰.乌石山隧道右线进口病害整治施下技术[Jl.公路交通科技 2002-12

[3] 云南省公路规划勘察设计院《元江～磨黑高速公路4合同小曼萨河隧道综合治理施工图完善设计》，[Z]2003，3