现役隧道渗漏水病害综合处治技术研究——以波纹钢套衬加固为例

肖诚缤，贾 莹，李昆田，杨志勇

(四川省交通建设集团股份有限公司，四川 成都 610047)

0 前 言

岩溶地区修筑隧道，由于地理环境的特殊性，总会产生各类隧道病害[1]，其中隧道渗水病害，在各种隧道危害里是最为常见的[2-3]。一般岩溶地区的地下水含有腐蚀性离子，当衬砌中的钢筋和洞内的其他设备接触地下水时会加速隧道结构的破损[4-5]，严重时会危害到隧道整体的稳定性，危害隧道内各种设备，同时缩短隧道工作寿命[6-7]。

1 工程概况与技术原理

1.1 工程概况

华蓥山隧道位于沪蓉高速公路广安至邻水段，为分离式特长隧道，左线长4 705.95 m，右线长4 705.95 m，2000年12月建成通车 。本次华蓥山隧道右线病害处治设计主洞采用隧道施工桩号，区段为YK35+122～YK35+162(40 m)，车行横通道桩号恢复按下行端为小桩号，上行端为大桩号，5号车行横通道(30 m)区段为HK0+000～HK0+030。华蓥山隧道右线主洞YK35+122～YK35+162(40 m)衬砌病害主要为渗水病害。2020年9月22日～23日进行专项检查。检测区段内雷达检测结果显示，衬砌背后空洞1 处，位于左边墙测线，总长3.8 m，隧道出现渗水现象，渗水位置几乎为全断面渗水，水流从施工缝、小模板缝流出，呈喷射状。两端施工缝渗水水量较大，主要集中在拱顶至左侧拱腰3.5 m 高度处；衬砌两侧拱脚均钻有泄水孔，左侧泄水孔无水，右侧有部分泄水孔水量较大。故需对沪蓉高速公路华蓥山隧道右线5 号加宽带与车行横通道(30 m)渗漏水病害进行处治施工。

1.2 技术原理

根据工程所出现的病害问题，为消除衬砌起层剥落的安全隐患，同时考虑结构所需刚度和受力后的变形，提出了波纹钢套衬加固渗水隧道施工方案(见图1)。其施工要点为：①在波纹钢套衬施工前，首先将原称砌进行凿毛处理，并抹压一道防水砂浆，可提高隧道的防水性；②在波纹钢套衬背后注浆，脚部施作锁脚锚杆，可提高波纹钢与原衬砌的受力协同作用；③在衬砌较破碎位置施工锚栓，进一步提高波纹套衬的整体受力能力；④波纹钢套施工完成后新增排水设施，保证后期排水正常进行。波纹钢套衬左侧墙角连接示意图如图2所示。

图1 波纹钢套衬加固施工设计图

图2 波纹钢套衬左侧墙角连接示意图(1∶10)

2 工艺流程与操作要点

2.1 工艺流程(见图3)

图3 现役隧道渗漏水病害波纹钢套衬加固综合处治

2.2 操作要点

2.2.1 施工前准备

1)机电设施迁移与保护。迁移原结构上影响施工的机电设施、管线以及其他障碍。

2)衬砌表面处理。对二次衬砌表面的内装饰及防火涂料进行凿除，再对二次衬砌表面进行凿毛处理，露出混凝土新鲜面；凿毛深度0.6～1.0 cm，凿毛面积5 cm×5 cm的范围内不少于1点，以保证注浆料与原二衬的良好结合。

3)裂缝或渗漏水处治。对衬砌裂缝及渗漏水采用注射法进行处治，施作边墙泄水孔及施工缝接水盒，然后全断面涂刷防水涂料并抹压防水砂浆。

图4 衬砌清理

4)隧道二衬波纹钢板加固材料准备。波纹钢板加工前应对加固段落的衬砌内轮廓进行复测，以确定实际波纹钢板的尺寸参数，避免出现因波纹钢尺寸与内轮廓不符导致无法安装或侵限情况。波纹钢板采用5 mm厚低合金钢板压制加工成型，波高为140 mm，波距为380 mm，材质不低于Q345，波纹钢板应经过热浸镀锌防腐蚀处理，镀锌量不小于700 g/m2。在每片A2、A3、A4、A5 波纹钢板上预制一处注浆孔，锚栓孔应按设计尺寸在工厂预制。

2.2.2 衬砌表面处理

对二次衬砌表面的内装饰及防火涂料进行凿除，再对二次衬砌表面进行凿毛处理，露出混凝土新鲜面。

2.2.3 锚栓安装

在需安装锚固锚栓的位置用记号笔标作出记号；用冲击钻钻孔，待孔位钻至设计深度并干燥后清除孔内灰渣，清理后至锚栓安装前需保持干净、干燥。清孔检验合格后，均匀注入胶黏剂随即安装锚栓。

图5 锚栓成孔

2.2.4 拼装波纹钢板

根据板材的受力特征，在既有衬砌内表面不同标高处施作临时植筋用于后期拼装波纹钢板吊装使用，植筋深度不小于20 cm，单根植筋拉拔力不小于5.0 kN。

在加宽带拱部90°范围内施作M20 胶粘-模扩底锚栓连接原二衬结构与波纹钢板，环向间距1.2 m，纵向间距1.52 m，锚固深度不小于20 cm，胶粘剂应采用A 级胶，其性能应满足《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB 50728—2011)中的各项指标。

波纹钢板现场拼装时应遵循从两侧边墙至拱部的顺序，一般采用两侧同步安装方式进行拼装，必要时采用撬棍校正，以确保螺栓、锚栓孔位准确对正。

每环波纹钢拼装完成后，应先检查波纹钢套衬线形，若满足要求时，再用定扭气动扳手预定扭矩紧固所有螺栓。车行横通道处波纹钢板在拼装完成后应按原设计车行横通道内轮廓进行切割，开口处采用5 mm 厚钢板密封。

图6 波纹钢套衬安装

2.2.5 波纹钢套衬墙脚-植筋施工

植筋施工前应清除原构件表面的尘土、浮浆、污垢、油渍、原有涂装、抹灰层或其他饰面层。随后进行界面处理，并按要求标定植筋位置。 钻孔后清孔需满足要求，并进行相关检验，随后注入植筋胶并立即插入钢筋，直至达到规定的深度。

2.2.6 施作锁脚锚杆

波纹钢板拼装完成后，在波纹钢套衬两侧电缆沟顶部位置对称施作3 m长φ32砂浆锚杆，在电缆沟顶部按与波纹钢表面垂直方向施作，纵向间距为76 cm。

2.2.7 灌注微膨胀水泥砂浆

波纹钢拼装完成及锚杆施作完成后，从预留的注浆孔向波纹钢板背后灌注M30微膨胀水泥砂浆，其抗渗等级应达到P12。

注浆采取拱脚至拱顶的顺序，水平、对称、分层、连续进行灌注，每层灌注高度50 cm，下一层灌注时，注浆管深入上一层水泥浆内10 cm左右，确保水泥浆灌注饱满密实。灌注至拱顶部位时，注浆机稳压5 min。注浆后过30 min后再补浆一次，若渗浆严重，可补浆2～3次。

为提高微膨胀水泥砂浆的自防水性能，应在拌和时外加水泥基渗透结晶型材料，掺量为0.8 km/m3。

在灌注过程中应充分振捣，保证钢架与原二次衬砌间隙填充密实，待微膨胀混凝土施工完成后立即进行养护，养护时间不应少于7 d。同时按规范要求留置试块并进行标准养护，养护28 d后进行抗压强度和抗折强度试验，作为质量评定的依据。

2.2.8 新增排水设施

在加宽带路面层开槽增设φ200 横向排水支管，与隧道轴线呈45°夹角。横向排水支管选用的型号为缠绕结构壁管材PE B DN/ID 200 SN16。施工前应测量两侧电缆沟底部与排水边沟底部高程，确保电缆沟内积水可通过横向排水支管汇入路侧纵向排水边沟。应严格按设计间距布置排水支管，以避免第二期排水设施施工开挖时破坏本期施作的横向排水支管。

2.2.9 恢复重建电缆沟

电缆沟盖板采用C25 钢筋混凝土预制，预制时顶面应做标记，防止安装时盖板倒置。电缆沟侧壁与底板采用C25 气密性混凝土现浇，浇筑时应预留路面横向排水支管的孔位，便于后期管道安装。

在加宽带大桩号尽头处，应在两侧电缆沟内部分别设置两面高25 cm 的矮墙，阻止积水沿电缆沟排放。

2.2.10 机电设施管线

1)施工时尽量避开隧道内照明灯具位置。在隧道加固施工前，建议将既有的隧道设备电缆、隧道两侧的金属线槽及照明配电电缆先行拆除，并妥善保管。

2)隧道加固工程施工完毕后，重新恢复金属线槽及电缆。隧道加固处治施工前应对加固处治范围内相关隧道机电设备进行统计，并按隧道机电系统组成进行分类，其中不须拆除的应加强防护，以免在加固处治中发生损坏；可以移出的移出处治段落安装在处治范围外；对于必须拆除的进行分门别类拆除，在隧道加固处治完成后应一一恢复。

3 材料与设备

3.1 材 料

3.1.1 波纹钢

1)波纹钢板采用5 mm 厚低合金钢板进行压制加工成型，材质不低于Q345，波纹钢板应经过热浸镀锌防腐蚀处理，镀锌量不小于700 g/m2。

2)波纹钢板采用工厂预制方法，加工前应对加固段落的衬砌内轮廓进行复测，以确定实际波纹钢板的尺寸参数，避免出现因波纹钢尺寸与内轮廓不符导致无法安装或侵限情况。

3)在每片A2、A3、A4、A5波纹钢板上预制一处注浆孔，锚栓孔应按设计尺寸在工厂预制。

3.1.2 膨胀水泥

其抗渗等级应达到P12并满足表1 的各项指标。

表1 膨胀水泥指标

3.2 设 备

主要设备机具如表2所示。

表2 主要设备机具表

4 质量控制

4.1 质量控制标准

《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)；《公路隧道设计手册》 (2012 年5 月第一版)；《公路隧道加固技术规范》(JTG/T 5440—2018)；《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)；《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)；《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2008)。

4.2 质量控制措施

1)根据板材的受力特征，在既有衬砌内表面不同标高处施作临时植筋用于后期拼装波纹钢板吊装使用，植筋深度不小于20 cm，单根植筋拉拔力不小于5.0 kN。

2)在加宽带拱部90°范围内施作M20胶粘-模扩底锚栓连接原二衬结构与波纹钢板，环向间距1.2 m，纵向间距1.52 m，锚固深度不小于20 cm，胶粘剂应采用A级胶，其性能应满足《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB 50728—2011)表4.2.2-3中的各项指标。

3)波纹钢板现场拼装时应遵循从两侧边墙至拱部的顺序，一般采用两侧同步安装方式进行拼装，必要时采用撬棍校正，以确保螺栓、锚栓孔位准确对正。

4)波纹钢板应落脚至电缆沟底部，并与墙脚垫脚槽钢焊接牢固，槽钢与电缆沟底面之间采用植筋连接。

5)在波纹钢套衬两侧电缆沟顶部位置对称施作3 m长φ32砂浆锚杆进行锁脚，沿隧道纵向间距76 cm，单根锚杆抗拔力不低于50 kN，砂浆强度等级不低于M20，锚杆端头螺母与波纹钢间应焊接牢固。

6)波纹钢板间环向、纵向接头均采用内法兰连接方式，在每片波纹钢板端部焊接5 mm厚钢板。

7)锚杆孔、导水管孔(边墙泄水孔)采用现场切割方式进行加工。

9)每环波纹钢拼装完成后，应先检查波纹钢套衬线形，若满足要求时，再用定扭气动扳手预定扭矩紧固所有螺栓。

10)车行横通道处波纹钢板在拼装完成后应按原设计车行横通道内轮廓进行切割，开口处采用3 mm 厚堵头钢板密封。堵头钢板一侧与波纹钢板焊接牢固，另一侧通过M20胶粘-模扩底锚栓锚固于车行横通道衬砌上。

11)严格控制原材料的质量和规格，对材料有疑问时，应加大试验检测的抽检频率。

12)套衬施作时宜采用专用支架或简易台车的搭设措施。

5 结 语

沪蓉高速公路华蓥山隧道渗水病害采用本文阐述的加固综合处治施工方法，首先对隧道周围管线进行迁移及保护并进行防水砂浆施作，随后进行波纹管加固拼装，施工时采用的波纹钢板具有施工工期短、工程造价低、绿色环保、适应变形能力强、耐久性好等优点，同时在波纹套管内设置注浆填充及顶部锚栓，通过试验分析可知波纹套管在锚栓和注浆填充的共同约束作用下，结构的受力最小，同时本施工方式有效减少了后期维修费用，综合成本低，最终取得较好的质量效果和经济效益。该施工方式施工过程简单，有效保证了绿色施工质量，节省了大量的工程成本，环保性强，施工完成后维修效果较好，相对其他处治施工方式而言具有较好的综合效益。

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