跳格拆换二次衬砌在茶林顶隧道人行横洞衬砌病害处治设计中的应用

陈 棚，余 顺，韩自强，叶建虎

(招商局重庆交通科研设计院有限公司 重庆市 400067)

1 隧道概况

茶林顶隧道位于广东省广昆高速公路粤境河口至平台段(简称云梧高速)，是国家高速公路“7918”网中第十八横(广州至昆明高速公路)的组成部分。茶林顶隧道位于茶林顶重丘山岭区，主要岩性有上泥盆统榴江组砂岩、中泥盆统东岗岭组白云质灰岩、页岩等，地下水类型为基岩裂隙水及第四系松散层孔隙水。为双洞四车道分离式隧道，设计速度80km/h，其中左洞长2691m，右洞长2600m。RK124+910(原设计桩号RK73+387)位置人行横洞全长约68m，该段岩体为灰岩；围岩由弱-微风化组成，裂隙发育，岩石破碎，强度较高，III级围岩，节理裂隙发育带，大部分存在破碎带或物探异常带，富水。

茶林顶隧道在2010年6月30日通车，已经运营近8年。2015年云梧高速全线隧道定期检查及2016年关于茶林顶隧道RK124+910位置人行横洞专项检查期间，发现茶林顶隧道RK124+910位置人行横洞局部段落两侧边墙存在呈对称性的纵向裂缝、斜向裂缝，并与环向裂缝交汇，横洞内两侧排水沟积水较多，且衬砌裂缝近期发展较快，深度较深。为了确保隧道运营安全，经过业主对方案的讨论，拟采用跳格拆换二次衬砌方案对茶林顶隧道RK124+910位置人行横洞进行结构加固处治。

2 病害检测

2.1 表观病害检查

RK124+910横洞洞身共有23处病害：环向裂缝10条，纵向裂缝3条，斜向裂缝8条，浸渗2处。该横洞“+38.0～+49.5”和“+49.5～+57.5”(桩号以从左线往右线为前进方向)两模衬砌的两边边墙环向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝交织，边墙局部位置裂缝将衬砌分割成“块状”，横洞内两侧排水沟积水较多，局部边墙纵、环向裂缝深度已超过10cm，横洞衬砌病害有明显发展迹象。

2.2 地质雷达探测

RK124+910位置人行横洞5条二次衬砌雷达测线共检测65个点，合格点数63个，合格率97%,设计二次衬砌厚度为30cm，最小二次衬砌厚度为25.3cm。二次衬砌5条雷达测线中共检测出4处连续脱空，最大脱空长度6m，最大高度约9～11cm，衬砌裂缝严重段“+38.0～+57.5”边墙和拱部测线不存在脱空。

2.3 混凝土强度检测

以单模混凝土为单位，对人行横洞“+38.0～+49.5”、“+49.5～+57.3”的2模混凝土强度采用回弹法检测。根据检测结果，“+38.0～+49.5”回弹强度58.9MPa，“+49.5～+57.3”回弹强度41.8MPa，均满足设计要求(设计强度20MPa)。

2.4 横洞实际宽度、高度量测

本次抽检横洞5个断面的实际宽度和高度，5个抽检断面桩号为“+10”、“+20”、 “+30”、“+40”、“+50”(从左线往右线)，5个断面实际宽度、高度检测结果表明实测断面的宽度都大于原设计宽度，局部高度也略有富余。

3 病害原因分析

经现场查看，并结合竣工图及检测报告，分析该段在横洞二次衬砌厚度、强度均满足设计要求、边墙和拱部测线少量存在脱空的情况下裂缝发展严重，推断横洞衬砌裂缝主要是由于该段地质条件较差造成。根据竣工资料及2016年专项检测报告分析，横洞处于断层破碎带段、围岩富水，推断因衬砌背后围岩松弛对衬砌形成作用力、或衬砌背后水压力较大使衬砌产生裂缝的可能性较大。

4 隧道原设计

人行横洞采用复合式衬砌，III级围岩段初期支护采用5cm厚喷射混凝土、二次衬砌采用30cm厚C20模筑混凝土，路面采用10cm厚C20混凝土(如图1所示)。拱墙布设PVC复合排水板，衬砌背后设置环向盲管，将衬砌背后地下水引至纵向排水管中，然后通过Φ5横向导水管将地下水引至路侧边沟中。排水沟深5cm，宽10cm。

5 病害处治设计

检测结果表明茶林顶隧道RK124+910位置人行横洞存在二次衬砌持续开裂、局部二次衬砌脱空、拱脚积水等问题，衬砌结构承载力有所下降，因此建议对衬砌结构进行病害处治，以提高隧道衬砌结构的承载能力。

初期设计方案建议比选采用“现有二衬内侧增设钢筋混凝土套衬加固+加密横向泄水孔+底板增设边墙钢筋混凝土支撑梁” 或“现有二衬内侧开槽嵌拱+喷混+防排水改造” 的方案。但衬砌裂缝后期发展较快，深度较深，原处治方案内轮廓可能会侵入建筑限界等情况；通过专家论证比选及对隧道长期安全性考虑，最终确定该人行横洞采用“重新拆换二次衬砌+防排水改造”方案，改善当前结构安全水平。为确保现场拆换二次衬砌施工安全，作业时间及空间条件极其有限，并避免拆换过程中出现重大塌方等不可控险情，拟采用“跳格拆换二次衬砌+临时工字钢防护+超前小导管”相结合的方案；同时径向注浆加固围岩，以发挥围岩的自承能力；加密两侧拱脚横向泄水孔，加大两侧水沟宽度和深度并接至主洞侧排水沟。

5.1 病害处治方案

(1)断面测量与复核，并确定处治段落。

(2)施作临时钢架，钢架与二次衬砌表面间采用木楔块塞紧，焊接钢架间的纵向连接筋。

(3)进行衬砌背后径向注浆加固围岩。

(4)进行跳格拆除二次衬砌及防水板，超前注浆，局部拆除临时支撑，每个循环拆除二次衬砌长度建议不超过3m。

(5)破除路面，扩挖仰拱。

(6)绑扎仰拱钢筋预留接头并施作仰拱及回填。

(7)铺挂拱墙防水板及排水系统。

(8)疏通并接长拱脚处原有泄水管，再按纵向间距3m来加密预埋泄水管，出水管口用废弃布料包裹封口。

(9)加宽加深人行横洞左右两侧拱脚处的水槽，直至与主洞排水沟相接。

(10)绑扎拱墙钢筋并施作拱墙二次衬砌(主筋纵向间距20cm/根，箍筋环向间距30cm/根，C30模筑混凝土)，并拆除或新增临时钢架。

(11)对下一段二次衬砌进行拆换，重复上述(4)～(10)步骤，直至完成所需处治段落。

(12)拆除出水管口处废弃布料，恢复泄水通畅。

图1 人行横洞原设计衬砌断面图

(a)拆换段衬砌配筋图

(b)拆换段衬砌结构图图2 拆换段新建二次衬砌图

5.2 二次衬砌跳格拆换设计

跳格拆换二次衬砌施工步序如下：

(1)架设临时拱拱架及纵向连接筋。

(2)破除首段(95cm)二次衬砌混凝土，打入超前钢花管支护。

(3)拆除紧邻段(205cm)临时钢支撑，破除该段二次衬砌混凝土。

(4)模筑首模钢筋混凝土二次衬砌(300cm)，割除超前小导管出露部分。

(5)跳一模二次衬砌，破除第二段二次衬砌，打入超前小导管。

(6)拆除该模二次衬砌紧邻段临时钢支撑，破除该段二次衬砌混凝土。

(7)模筑第二模钢筋混凝土二次衬砌，割除超前小导管出露部分。

(8)拆建临时钢架，破除第三段二次衬砌，打入超前小导管。

(9)拆除该段二次衬砌紧邻段临时钢支撑，破除该段二次衬砌混凝土。

(10)模筑第三模钢筋混凝土二次衬砌，割除超前小导管出露部，并进入下一循环施工。

(11)待所有二次衬砌拆换完成后，最后再拆除新增的辅助临时钢拱架。

具体施作过程详见图3。

6 结论

(1)人行横洞运营后出现持续严重性病害目前还较少，针对其相应的病害处治方法也较少。由于人行横洞断面较小、作业面较窄、大型机械不能展开等特点，并结合后期运营安全及造价、病害严重程度等综合情况，最终采用常规的拆换二次衬砌方案。该方案造价较低、施工风险小、耐久性好、技术成熟。

(a)架设临时拱拱架及纵向连接筋，破除首段混凝土，打入超前钢花管

(b)拆除紧邻段临时钢支撑，破除该段二衬混凝土

(c)模筑首模二衬，并跳一模二衬，破除第二段二衬，拆除该模二衬紧邻段临时钢支撑，破除该段二衬混凝土

(d)模筑第二模二衬，拆建临时钢架，破除第三段二衬，拆除该段二衬紧邻段钢支撑，破除该段二衬混凝土

(e)模筑第三模钢筋混凝土二衬，割除超前小导管出露部分，并进入下一循环图3 跳格拆换二次衬砌施工步序图

(2)常规的连续拆换二次衬砌具有施工风险较大、前后扰动大、工期偏长、作业面窄等特点，本次采用的跳格拆换二次衬砌相对于连续拆换二次衬砌减小了施工风险、前后扰动，缩短了工期，增加了作业面。

(3)临时钢支撑+超前小导管+跳格拆换二次衬砌+径向注浆加固围岩提高了施工安全性及可操作性，具有推广应用的价值，希望能为以后主洞隧道及人行横洞、车行横洞初期支护及二次衬砌拆换处治时提供新思路、新方法。

(4)无仰拱段人行、车行横洞出现持续性严重病害时，如需要拆换二次衬砌时，建议可向下扩挖仰拱，并对仰拱二次衬砌进行配筋加强，优化力学性能，提升衬砌稳定性及安全性。