隧道衬砌脱空及欠厚处治施工技术的应用研究

郝旭斌

(山西路桥集团国际交通建设工程有限公司，山西太原 030006)

近几年，现有隧道病害情况越来越严重，对行车安全造成了一定程度的威胁。在诸多病害类型中，以衬砌脱空和欠厚最为常用，产生后如果未能及时发现和处治，将产生严重的影响。对此，应在及时发现病害的同时，根据其实际情况采取有效措施处治。

1 工程概况

某公路隧道始建于2008年，至今已通车11年，经检查发现其132号与133号板有局部衬砌产生开裂和渗漏水，其严重程度已经对行车安全造成影响，必须及时采取有效措施进行处治。隧道左、右线长度分别为1 511.7 m和1 520 m。

该隧道按新奥法设计，采用锚喷混凝土初支，内层对防水混凝土进行模筑，以此形成复合式衬砌，在两层衬砌结构间增设一道防水层，在断层破碎带和软弱围岩段，采取有效预支护方法，使围岩保持稳定，并使初支顺利施作。

132号与133号板均采用 S3衬砌，其支护参数为:1)锚杆长 2.5 m;2)初支的锚杆间隔距离 1.2 m×1.0 m，混凝土喷层厚度为10 cm;3)二衬混凝土浇筑厚度为35 cm。

2 病害情况

该隧道132号板的拱顶有一处产生内装破损现象，将其凿开后发现有空洞，且空洞周围的衬砌发生浸渗;该板与空洞相连接的部位存在纵向开裂，同时伴有一定程度的浸渗，其开裂的长度在10 m左右，缝宽在0.7 mm左右，总的浸渗面积约0.8 m2;133号板同样有纵裂与浸渗，其开裂的长度在9 mm左右，缝宽在0.8 mm左右，总的浸渗面积约4 m2，两块板都属于纵向贯通型开裂。于内装破损的部位对二衬结构厚度和防火涂层厚度进行测量，总厚为12 cm，通过内部检查，内部有很大的空洞，其顶面是初衬的表面。

经无损检测发现，与拱顶位置越近时，二次衬砌结构厚度越小，各测线均存在脱空病害，并且与二衬厚度相同，与拱顶位置越近时，脱空的区域越大;但抗压强度检测结果表明，两块板的抗压强度暂时可以达到设计要求。

3 病害处治

3.1 处治需遵循的原则

在隧道衬砌病害处治过程中，需严格遵循以下各项基本原则:

1)采用合理可行的处治技术且做到安全经济。2)施工容易，减少不必要的干扰，防止由于病害处治产生新病害，并对现有的结构与排水系统等进行有效保护，使其保持完整［1］。3)病害的处治要有重点，且应做好长期监测。针对已经产生且比较严重的病害，应一次性处治完毕，不可留下后患，以免后续反复处治。

3.2 衬砌脱空处治

初步拟定以下几种处治方案:

1)背后注浆:直接对二衬背后空洞进行注浆填充，其主要技术优势为能使衬砌和初支达到密实，提高结构的承载能力，且施工较为简单。2)在二衬背后进行自密实混凝土的压注:在二衬背后存在空洞的部位采用强度与二衬结构相同的自密实混凝土进行压注填充，其主要技术优势为能使衬砌和初支达到密实，提高结构的承载能力，所用压注材料自身具有很高的强度。采用该方案时需要注意，由于背后空洞现象比较严重，所以施工中所用压注材料必须符合强度要求。3)换拱浇筑:在二衬浇筑时，把隧道中的空洞区域全部填实。考虑到二衬背后空洞病害比较严重，为了使压注材料具有符合要求的强度，建议采用第二套方案进行处治，即在二衬背后进行自密实混凝土的压注［2］。

3.3 衬砌欠厚处治

以衬砌厚度实测结果为依据，二衬结构厚度最小处只有5.6 cm，而且在拱顶部位还存在空洞。通过对病害形式和严重程度的综合考虑，初步拟定以下几种处治方案:

1)钢带加固:采用钢板全粘贴的方法对二衬实施加固，其主要优势为能实现对整体结构的补强，且施工较为简单，但132号与133号板衬砌均采用素混凝土，该方法无法在素混凝土构件中使用。2)套拱:在整个断面进行一层衬砌结构的新增，其主要优势为能提高隧道结构整体承载能力，但容易发生侵限，且施工比较困难，该隧道的内部轮廓和界限距离只有5 cm，若进行套拱的施工，必然造成一定程度的侵限。3)局部换拱:对有病害存在的二衬进行拆除，然后重新进行施工，其主要优势为能使衬砌的承载能力符合设计要求，但施工比较繁琐［3］。4)整体换拱:将整段存在病害的板拆除并重新进行施工，虽然它能使结构承载力满足设计要求，但施工过于繁琐，并且施工的风险还很大，该隧道只有拱顶处的欠厚情况比较严重，其他部位，如侧墙与拱腰，厚度都能达到设计要求，无需更换。通过以上阐述和对比，选择局部换拱的方法对衬砌欠厚病害予以处治。

3.4 局部换拱实施

隧道衬砌结构局部换拱范围如图1所示。

图1 隧道衬砌结构局部换拱范围

1)在局部换拱开始前，先进行临时支撑的架设。每次进行换拱的区段，其长度和一般衬砌相同，为了使换拱时换拱的段落和相邻段落结构保持安全稳定，需在换拱的段落和它的两侧进行临时支撑的架设，临时支撑主要采用工字钢，其纵向间隔距离按1 m控制，在钢架间采用纵向筋进行连接。将临时支撑架设好以后，必须和衬砌结构之间密贴，且支撑的基础保持牢固［4］。2)完成临时支撑的架设并检查确认合格后，对需要换拱的部分二衬进行拆除，在拆除过程中应尽可能使用人工来进行。施工中要做好监控量测，随时量测拱顶实际下沉与边墙实际收敛，同时以监测数据为依据，对施工方案进行调整，以实现动态施工。3)在二衬浇筑之前先对防水层进行检查和修补，若新铺防水层，则要做好和原防水层之间的连接，完成防水层的施工后，进行新二衬施工。对于新二衬，可采用钢筋混凝土，和原有的衬砌结构之间通过植筋来连接，以此提高整体性，保证整体受力性能。在对二衬混凝土进行压注的过程中，把拱顶中的空洞填充密实［5］。

3.5 处治效果

该隧道中，病害段从本年4月处治完成到现在经过了近半年的连续观测，观测结果表明，隧道的拱顶沉降与周边收敛均处在允许的范围之内，且没有产生裂缝与渗漏等病害，隧道运营状况良好，印证了上述处治措施的有效性。

4 结语

根据隧道具体情况，经多方案分析与对比，针对隧道衬砌存在的脱空与欠厚病害，采用压注自密实混凝土和局部换拱处治方案。其中，采用局部换拱彻底取代传统补强措施，具有以下技术优势:1)对于Ⅲ级和Ⅳ级围岩，其衬砌受力以小偏心受压形式为主，采用局部换拱方法后，换拱段和现有衬砌之间的连接可以达到承载力要求。2)采用局部换拱的方法能保证内部轮廓的尺寸，防止侵限。3)以病害区域的具体情况为依据，有目的性的确定换拱区域，这和整体换拱相比，不仅工期短、造价低，而且不会产生太大的施工风险，有利于保证施工安全。