运营高速公路隧道仰拱二衬拆换施工技术

摘要：随着我国在基础设施建设领域投资规模的不断扩大和投融资形式的创新，山区高速公路建设、运营里程快速增长。隧道作为山区高速公路的重要组成部分，在不良地质条件、设计施工缺陷等多种因素综合作用下，随着时间的推移，越来越多的高速公路隧道出现病害，其中以衬砌开裂、渗漏水、变形侵限、路面起拱等最为常见，严重影响了隧道的交通安全运营。在此，以某运营高速公路特长隧道病害处治为例，探讨仰拱、二衬拆换施工技术。

关键词：公路隧道;仰拱二衬;拆除施作;施工技术

0 引言

某运营高速公路特长隧道单洞长约七公里，系高瓦斯隧道，左、右洞内均不同程度出现了二衬混凝土腐蚀粉化、开裂、渗水，仰拱隆起、电缆沟错台等严重病害（部分段落仰拱、二衬均有严重病害），病害呈不连续分布状态。考虑社会影响和经济收益，采取单向封闭、逐一处治的交通组织形式，始终保持一侧正常通行。重难点在于仰拱、二衬拆换施工技术安全。

1病害成因分析

1.1特殊的地形、地质原因：隧址区为“三山夹两槽” 的地貌形态，地表溪沟发育，多条溪沟横穿隧道顶部;岩层陡倾，洞身发育3 处断层，节理及小褶皱发育，岩层破碎，岩体渗透系数大。

1.2水文条件影响：隧址区岩溶溶洞水、岩溶裂隙水、孔隙裂隙水等地下水都较丰富。经检测，隧址区地下水携带硫酸盐腐蚀性介质，混凝土结构抗渗性能较低，在干湿交替以及地下水压高的特殊环境下，腐蚀作用加快。

1.3 岩溶空洞及坍塌影响：施工过程中，洞身附近可能存在未揭露的岩溶空洞，隧道建成后，随着地下水通道的调整，部分岩溶空洞可能坍塌或重新填充;另外，施工过程中部分段落曾发生塌方或超挖过大，虽施工进行回填、注浆等加固措施，但在隧道运营过程中因围岩压力的重新调整使得衬砌受压不均，产生裂缝。

1.4质量缺陷原因：

1.4.1 二次衬砌混凝土厚度不足，背后存在空洞、不密实等现象。隧道建成后，地下水需重新寻找新的排泄通道，在应力釋放和地下水的作用下，围岩可能产生松弛荷载，增大衬砌压力，导致衬砌开裂及渗水。

1.4.2 衬砌混凝土强度偏低，混凝土内部孔隙率过大，抗渗性较差。

1.4.3 局部段落衬砌厚度不足，未完全按设计要求设置钢筋，初支未设置钢架，结构承载能力降低。

1.4.4 仰拱开挖深度与设计不符、基底混凝土不密实、局部存在虚渣等。

1.4.5 排水盲沟堵塞或部分环向、纵向、横向排水盲沟连接不牢固，排水不畅，导致衬砌后水压上升或基底长期处于饱水状态。

2 主要流程

机电设施迁改 → 桩号复核 → 监控量测点布置 → 空洞扫描标记 → 瓦斯引排及监测 → 初支加固 → 仰拱拆换 → 二衬拆换 → 其他裂缝处治 → 路面机电恢复。

3 重点工艺

3.1监控量测

病害处治期间须通过对量测数据的分析和判断，对支护体系的稳定状态进行监控和预测，并据此制定相应的施工措施，以确保洞室周边岩体的稳定以及支护结构的安全。

3.1.1 监控量测主要为洞内监控量测，其必测项目主要有：二衬及初期支护状态观测、水平收敛及拱顶下沉观测、仰拱隆起观测、周边位移观测。

3.1.2 监控量测应与初支注浆加固同步进行，贯穿于初支加固、仰拱拆换、二衬拆换全过程。

3.2瓦斯引排及监测

该隧道为高瓦斯隧道，经多年运营，瓦斯可能聚集于二衬混凝土背后，尤其是二衬背后空洞位置。故在对初支进行注浆打孔加固前，应进行瓦斯引排及监测。

3.2.1 扫描二衬混凝土背后空洞并标记。

3.2.2 在空洞段落的两侧拱脚先行钻孔，并采用空压机单侧压入空气，逐步向空洞附近打孔并通风，始终对另一侧的孔口采用瓦检仪进行数据监测;打孔采用注水钻杆。

3.2.3 隧道进行内混合通风（射流风机、斜井竖井、横通、局扇）。

3.3初支加固

因二衬混凝土大面积开裂，故考虑围岩应力突破初支承载极限。为确保二衬混凝土拆除后的初支（围岩）稳定，故在二衬混凝土拆除前采用注浆小导管对二衬背后围岩径向注浆加固。

3.3.1 注浆时纵向应由下坡方向向上坡方向进行，横向应先注边墙孔、两侧孔、再注拱顶孔。

3.3.2 注浆过程中应严密观察衬砌状况，若发现衬砌有异常、变形、开裂或已有裂纹有加速发育趋势等，应立即停止注浆，并调整处治方案。

3.3.3 控制注浆压力，防止过度注浆造阻塞既有排水通道，避免积水重新寻找并建立其他通道，进而对未出现病害的段落造成后续影响。

3.3.4 注浆小导管应在二衬混凝土外预留足够的长度，压浆完毕后，将露出的锚杆弯折成一定的角度，同时与既定切割工缝互不影响;在切割及凿除的过程中，利用锚杆对已切割成独立单元的二衬混凝土起到一定的悬吊作用，防止在切割、凿除过程中发生不受控制的坍塌。

3.4仰拱拆换

病害段仰拱拆换应先于二衬拆换进行。仰拱拆换完毕后再拆换二衬，可以为二衬混凝土（及台车模板）提供坚实基底，防止二衬混凝土浇筑完毕后变形开裂。

3.4.1 实施半幅同侧开挖、跳槽分段开挖，预留施工通道的同时，也为另一侧洞内交通事故应急救援提供通道。

3.4.2 仰拱每次拆除长度不宜超过 5.0m，拆除时应从高程高处往低处进行，并设置临时集水坑，及时抽排积水，避免长期浸泡基底基岩。

3.4.3 仰拱混凝土拆除后，根据监控量测及开挖后的实际情况，采用 I18 及以上型钢钢架对拱墙凝土进行支顶（型钢纵向间距≤ 50cm，型钢高度根据现场实际情况确定），防止二衬失稳。

3.4.4 仰拱拆除时应加强监控量测，必要时增加型钢横撑或锁脚锚杆等临时防护措施。

3.4.5 拆除段仰拱施工中应严格控制混凝土浇筑工艺，浇筑仰拱及仰拱回填混凝土前，应先做好两端既有不拆除段的刷毛处理，同时按要求做好施工缝的防水处理。边墙加深段，原边墙底应进行刷毛处理，确保现浇边墙与原有边墙底的密贴，不得留有空洞或缝隙。

3.5二衬混凝土拆换

仰拱强度达到要求后，拆换病害段二衬混凝土。

3.5.1 采用液压墙锯切割法进行拆除，采用钢筋混凝土重新浇筑（腐蚀段采用 C45 抗硫酸盐钢筋水泥混凝土）。

3.5.2 拆除按照“先拱后墙、边拆边换、先加固后拆换”“先支后破、纵向分段、环向分块”的原则，采用机械破除的方式进行。

3.5.3 每 6m左右设置一个拆除单元，拆除前对拆除段两端采用Ⅰ20 环向临时钢拱架进行锁定每次纵向破除长度不超过 2m，待纵向 6m 全部拆除完成后一次浇筑新的二衬混凝土。

3.5.4 拱墙混凝土拆除应从处治段中部往两端拆除，当拆除作业接近两端不拆除段时，应在分界处解除纵向 0.5～1.0m 范围内的衬砌，断开两端衔接，避免拆除时对不拆除段产生牵引作用。

3.5.5 拆除后应对初支进行检查、修复，内容主要包括是否开裂、变形、侵限及钢架完整性等。

3.5.6 拆除區域应警戒，禁止一切人员进入;拆除设备操作人员（设备操作室）应始终置于环向临时钢拱架下。

3.5.7 纵向分段切割时，应控制切缝角度和切割深度。

3.5.8 车行横通交叉口处受力结构最为复杂，拆除此段落二衬混凝土时应进一步缩短纵向单次破除长度，破除混凝土后及时采用临时钢拱架对初支进行支撑加固;进一步缩短二衬恢复纵向长度。

3.6注意事项

3.6.1 为消除或降低隧址区腐蚀性水可能带来的后续影响，病害处治过程应重点加强防排水设施的布置，对地下水按“以疏排为主、以堵为辅”的原则进行整治。排水管宜采用大直径HDPE管，可以有效抗腐蚀、抗结晶体附着。另建议适当增加检查井的数量，便于后期开展检查维护。

3.6.2 混凝土地材及施工用水的选择应远离该山系，基本技术指标应符合现行标准《公路桥涵施工技术规范》的相关要求执行。

3.6.3 施工过程中必须落实好各项技术指标要求、严格控制施工质量;整治段处治后不得出现衬砌渗漏水和衬砌开裂等现象，否则，将可能再次诱发侵蚀现象。

3.6.4 整治施工时，由混凝土专业人员在现场对混凝土生产的全过程进行质量控制，并在施工过程中，由质量控制方抽取试样进行检测，对混凝土耐久性关键参数（抗腐蚀和抗渗性能）重点控制。

3.6.5 含腐蚀性介质的软岩膨胀软化周期长、长期发展变化规律复杂，为保障隧道运营期衬砌结构的长期稳定性，建议开展隧道围岩、衬砌结构稳定性及环境水变化的长期监控工作。

3.6.6 混凝土恢复过程中应注意预留、预埋机电设施安装孔洞及支架。

4 结语

运营高速公路隧道病害处治，应本着“安全第一、经济合理、技术可行”的总体原则，需要运营方关注社会影响、施工安全、交通安全、工期效益等诸多方面的因素。由于隧道工程具有一定隐蔽性，处治过程中应做到“动态设计、动态施工”，组建强大的技术支持团队，针对客观实际，及时调整施工工艺。整治完成后，应加强隧道养护技术人员的培训，科学的开展隧道养护管理工作，避免“重建设、轻养护”的思想，对隧道病害应做到“早发现、早处理”，延长结构物的使用寿命，从而带来较高的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]张新波. 隧道内二次衬砌拱部换拱施工技术[J]. 价值工程，2019， 38（10）：118-120.

[2]谭海洲. 涪路赚宝隧道二衬拆除方案研究[D]. 重庆交通大学， 2013.

作者简介：于占强 ，学历：本科，高级工程师。