元宝山岩溶隧道病害整治施工技术

顾智刚 （中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215100）

元宝山岩溶隧道病害整治施工技术

顾智刚 （中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215100）

元宝山隧道岩溶较发育，在百年一遇暴雨后，出现了二衬严重破损、二衬开裂、渗漏水等病害。文章对以上病害一般原因和岩溶隧道特殊原因进行了分析，并将病害整治的现场经验加以总结，具有现实作用和指导意义。

岩溶隧道；二衬严重破损；二衬开裂；渗漏水；病害整治

0 引言

我国已建隧道不同程度地存在着衬砌裂缝、变形、渗漏水等问题，隧道病害严重威胁隧道内行车的安全，缩短了隧道的维护周期和使用寿命，对隧道病害进行实地调查，综合隧道勘察、设计和施工因素，探究隧道病害的产生原因和发展过程，有针对性地对隧道病害进行整治就十分必要，同时具有现实作用和指导意义。

1 元宝山隧道病害概述

2016年6月27日17时至28日07时，织金县普降暴雨，隧址区降雨量达到220mm，此值远大于以前收集到的地区百年一遇日最大降雨量。根据大气降水渗入法计算，进口汇水面积1.1km2，入渗系数0.2，渗水量达1.3×105m3/d，出口汇水面积1.05km2，入渗系数0.3，渗水量达1.9×105m3/d。已经远远超过了设计最大涌水量37800m3/d。

降雨后，对元宝山隧道进行巡查，发现主要病害有二衬严重破损、二衬开裂、渗漏水。

根据水力学和水文地质学原理，地下水的流动是由高压水位向低压水位。同时，隧道开挖后围岩卸荷，地层的原始地应力重新调整，洞周围岩产生变形，出现裂缝，地下水便沿张开裂缝流入隧道。在可溶岩地区，更由于地表冲沟、落水洞等与地下溶管、溶隙、溶洞和暗河联系，降雨能短时间进入地下。一旦隧道开挖时揭开溶管、溶隙、溶洞和暗河，岩溶水就会大量涌入隧道。急增的水压是此次造成元宝山隧道病害的主要原因，另外还包括一些其他原因。

2 原因分析

2.1 二衬严重破损

一般产生的地段多位于出入洞口、冲沟底部，这些地方浅埋，也容易造成偏压。也多产于断层、褶皱等地质构造影响区，这些地方围岩破碎，地应力复杂。另外就是地下水富集区。岩溶隧道则是通过大型充填型溶洞、富水溶洞时，如隧底软弱造成洞身下沉、侧向无约束造成洞身滑移等；高水压致使二衬严重破损。

2.2 二衬开裂

裂缝一般自衬砌内开口，沿衬砌厚度逐渐减少，一般不贯穿整个衬砌厚度。隧道裂缝以拉裂为主，压剪裂缝相对较少。

①混凝土原因：衬砌拆模过早，混凝土强度不足就开始受力，从而使混凝土产生裂缝；混凝土施工过程中，任意加水，不按配合比施工；混凝土浇筑过程中离析，振捣不充分；浇筑停留时间过长，产生冷缝；混凝土本身的干缩与冷缩也是产生裂缝的重要原因，特别是在北方温差变化大的地方，这种裂缝就特别显著。

②衬砌厚度、强度不足：局部欠挖、二衬背后空洞（尤其是拱部）等造成二衬厚度不足，混凝土强度或钢筋设置达不到安全承载力的要求。

③地形偏压和地质偏压：岩溶隧道，地质偏压较明显。洞周局部处于填充型溶洞或溶蚀破碎带，衬砌结构局部承受较大的围岩主动荷载。

④初支与围岩不密贴、二衬与初支不密贴：岩溶隧道，支护与围岩不密贴情况更普遍。隧道通过岩溶空腔，支护既无围岩主动压力的作用，也无抵抗衬砌变形的围岩被动弹性抗力的作用，即破坏了衬砌结构的受力平衡状态。而且，随着空洞规模及其与隧道相对位置的差异，会形成不同规模、位置、形态的裂缝。

⑤边墙基础底虚渣未清除干净，导致承载力不足，边墙下沉将边墙混凝土拉裂，形成水平裂缝。

⑥基底软弱，造成差异沉降，易造成环向裂缝。

⑦爆破震动破坏。

2.3 隧道渗漏

隧道渗漏水一般有浸渗、滴漏、渗漏和涌漏，与汇水通道及汇水量密切相关。

①防水混凝土失效：不按配合比施工，过程中随意加水；混凝土浇筑高度大于2m，不采取措施造成离析；振捣不到位，混凝土不密实；拆模时间过早；养护不到位等。

②施工缝、变形缝处理不当：止水带、止水条安装不规范；止水带、止水条与混凝土不密贴。

③防水板失效：不注意保护，存在破损；防水板搭接不过关。

④排水系统失效：二衬浇筑或注浆过程中，砂浆、浆液堵塞，不能排水。另外，排水盲管、泄水孔设置间距过大，衬砌背后水越积越多，就在相对薄弱的地方渗漏排泄出来。

2.4 勘察、设计

①轻防水，采用P8等级混凝土，隧底无防水结构措施。

②Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳb级、Va级二衬均不设置钢筋，地质较设计异常时，承载能力不足。

③选线存在缺陷，元宝山隧道线路几乎平行于区域断层走向、褶皱走向，且全隧在其影响范围内，出露地表的绮陌断层层面与线路间距最近约80m，陈家寨背斜与线路间距最近约40m。岩溶发育地区，岩溶往往在断层破碎带、褶皱、岩层层面、结构裂隙等条件下加速发育，其自身也成为地下水流通的通道，加重了隧道病害的程度。

④日降雨量超过设计允许值，导致隧道防排水设施超负荷运转，必然导致衬砌壁后积水无法及时排除，造成局部水压力过大，从而衬砌开裂、渗漏水等。

3 病害整治技术

3.1 严重破损二衬拆换

衬砌严重破损变现为裂缝交叉分布且裂缝较宽，局部挤出有错台、部分剥落等，原衬砌已经失去了使用功能，需拆换。重新施作的衬砌要适应地质条件、受力要求，一般来讲应比原衬砌有所增强。岩溶隧道此类病害往往是水的问题产生，需格外注意防排水问题。

主要处理措施：

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①在破损拆除段上方施作锁定加固锚管。在边墙破损段按纵向1m间距施作Φ89拱脚锁定锚管，锚管按高于边墙破损上边界0.5m整齐布置，单根长度3m，并压注无收缩水泥浆。为防止衬砌失稳，拆除破损边墙砼时，应对保留部分做变位观测，必要时在破损边墙对侧起拱线设置部分锚杆。

②拆除破损衬砌并施作型钢支柱，先拆立两端形成门式支撑，再拆除中间部分。衬砌锁定（脚）完成后，剥离受损边墙混凝土及防水板，形成开放性排水。先从破裂边墙两端短距离（1m以内）进行破损混凝土拆除，并对两端实施钢架支顶，形成门式支撑，其余部分由两侧向中间逐榀拆换。采用I20型钢，间距1m。施工时候，注意钢架立于稳定的基础上，并在轮廓线以内。为增加支柱刚度，于破损线以下20cm设置I20型钢横梁将钢架支柱连接为一体，横梁以下采用Φ16纵向钢筋连接，钢筋间距1m。若衬砌破损段跨施工缝，则在施工缝两端处采用双I20钢架支撑。

③型钢支柱通过系统锚杆固定，锚杆直接与钢架连接。锚杆采用Φ25全长锚固型锚杆或Φ25中空注浆锚杆（针对围岩破碎或渗水严重段），长4m，梅花形布置，间距1m，端部与钢架焊接。喷混凝土，采用C25喷射混凝土将支柱至围岩面喷射密实，按喷混凝土厚度均匀设置3层闭口型钢筋网，Φ6钢筋网网格间距10cm×10cm。

④钢架背后设置Φ50盲管；根据渗水情况可增设Φ200排水管，并在底部设置开放式排水措施。

图1 二衬拆换支护图

⑤衬砌背后存在岩溶空腔时，需另外增加措施：首先对溶洞底采用C20混凝土顺坡铺砌，厚度20cm，坡度不小于5%。铺砌混凝土中间设Φ8钢筋网，网格间距20cm×20cm；顺溶洞侧壁设置Φ200PVC管，纵向间距2m，引排水至侧沟；铺砌完成后于衬砌背后设置1m厚C20混凝土挡墙，挡墙与溶洞侧壁之间空洞采用大卵石回填。

3.2 衬砌裂缝处理

本次隧道衬砌裂缝主要为纵向裂缝，较严重的共12处，未见拱部裂缝，边墙裂缝宽度约0.5～1mm，部分裂缝处渗水较严重。

锚固注浆处理措施：

①在裂缝上下各0.5m处施作骑缝锚杆，纵向间距0.75m，梅花形布置，锚杆采用Φ22水泥砂浆锚杆或Φ25中空注浆锚杆（针对围岩较为破碎或渗水严重），长度为3m。在骑缝锚杆上下各1.2～1.5m处施作加固锚杆，锚杆采用Φ22水泥砂浆锚杆，长度为3m。注浆采用硫铝酸盐水泥浆液。

②对受喷面砼凿毛、清洗，进行网喷加固。

③对锚杆加固范围内进行网喷混凝土封闭加固。Φ6钢筋网，网格间距15cm×15cm，喷混凝土厚度15cm。

图2 衬砌裂缝处理示意图

3.3 隧道渗漏水处理

结合衬砌加固对漏水点进行注浆止漏处理，比较集中的出水点辅以凿槽引排方式处理。

①边墙渗水，沿出水点开凿引水槽，引至排水沟。小槽断面5×5cm，将小槽四周修整顺畅，平顺。取半根50mmPVC反扣于小槽内，要尽量与内壁靠拢，用堵水剂或环氧树脂砂浆等高防渗性的材料将小槽填实并抹平。如还未能解决问题，则要用嵌缝密封胶将整个小槽全部密封。

②拱部注浆止水。按1～2m间距布设注浆孔，孔径为42mm，孔深应严格不大于各段衬砌厚度，不能打透初期支护。采用化学浆液注浆（浆液采用普通硫铝酸盐水泥单液浆，水灰比0.38，掺加1%减水剂），采用挤压泵注浆，注浆压力0.3～0.4MPa。

③施工缝、沉降缝渗漏水处理：将渗水施工缝或沉降缝沿渗水点开凿1cm的小缝，充分清除石屑、粉尘，在小缝底部压入底衬泡沫条，起到导流的作用。然后用灌缝枪将单组反应型聚氨酯嵌缝胶或双组份聚氨酯嵌缝胶等嵌缝材料压入缝内至密实。

4 结语

①在对元宝山隧道病害分析的基础上，采取了针对性的措施，取得了比较好的效果。

②对于岩溶隧道，要重视地表踏勘、超前地质预报工作，加强施工期间的渗水量统计。富水隧道，则采取地表封堵引排、抗水压衬砌形式、泄水洞、局部增加引排水管道、打泄压孔等方式避免水害的发生。

③设计单位、施工单位要转换重结构轻防水的理念，寻求更有效的防排水结构措施，施工过程中保证施工质量。

④随着科学技术的发展和各种新型材料在施工中的广泛应用，隧道病害整治应采取治标与治本并重的原则，以避免造成不必要的安全事故发生。

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10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.044

顾智刚（1981-），男，毕业于河海大学，硕士，工程师。