浅议永春下洋隧道的病害整治

林建筑 陈来法 康传佳
(福建省泉州市公路局，泉州 362000)
摘 要 永春下洋隧道经几年运营，拱顶出现渗漏水、衬砌层出现裂缝等病害，对行车安全造成隐患，为此，于2002年6月起对隧道进行病害整治，施工中采用了注浆加固、开槽引水 、全隧道套衬并铺挂防水板等多种治理措施，
关健词 隧道 渗漏水 裂缝 病害 整治
1 概述
下洋隧道位于福建省省道306线永春境内下洋镇区，桩号为K164+164～K164+989，全长825m, 最大埋深约180m,原施工桩号为K7+223（现K164+989）～K8+048（现K164+164）。公路等级为山岭重丘区Ⅱ级一般公路。该隧道位于直线上，纵坡为-1.5%，隧道为三心圆断面（图1），净宽10.5m,高5.0m，于1998年建成通车。
图1 下洋隧道横断面图
几年运营后，由于地下水作用，逐渐出现拱顶渗漏水、衬砌层裂缝等病害。为消除这些病害对行车安全造成的隐患，2002年6月起对隧道进行病害整治。
2 病害概况
2.1 主要病害
（1） K7+223～460段，拱圈及墙身斜裂缝密集，渗漏水严重，几乎有缝必渗（漏），且裂缝有发展趋势，有几处横向裂缝滴水成线，K7+423处有一集中水流。
（2）K7+460～K8+048段，局部有细小裂缝，靠近出口段有斜向裂缝，拱圈与墙体的水平接缝有渗水现象。
（3） 进口端洞门端墙，两侧均有裂缝产生。
（4） 依据地质雷达探测结果显示：全隧道上部多处存在脱空区，最高达13m以上，拱顶纵断面凹凸不平。
2.2 病害主要原因
该隧道围岩以泥炭质粉砂岩为主，夹浅褐-灰白色砂岩、硅质砂岩、炭质页岩等互层。地层岩性普遍软弱，进出口两翼频繁出现煤层及粉煤层，且隧道所处山头植被较好，地下水非常丰富，原施工过程中坍方地段较多，原施工把复合式衬砌改为整体式衬砌，部分地段采用"台阶法"、"先拱后墙法"，依施工情况不同，原衬砌共采用8种拱圈及墙体厚度不尽相同的断面类型。在工程完工后，在有发生坍塌的地段曾进行一次注浆加固。
造成下洋隧道这些病害的主要原因有:①隧道本身地质条件差，地下水丰富;②受施工条件限制，施工支护强度偏弱，开挖期间坍方频繁，造成拱顶上方存在较大空洞，大量地下水在拱顶滞留；③排水系统陆续被堵塞而失效导致原衬砌大量裂缝的产生;④隧道衬砌温度裂缝[1];等等。
3 病害整治措施
针对该隧道存在的严重的渗漏水的情况及部分地段结构强度不足等现象，结合前一次治理的情况及效果，从几方面入手，采取整治渗漏水与结构补强相结合，堵水与引排水相结合，同时对局部地段特殊处理的设计方案。
3.1 注浆加固
3.1.1注浆加固方案
依照现场不同程度的病害情况，分别采取了注纯水泥浆和水泥砂浆的措施。对于斜裂缝密集、且存在渗漏水的K7+223～460段，采取了压注纯水泥浆进行加固围岩、堵水的治理方案。根据地质雷达的探测结果，在K7+440～K8+030段，拱顶存在较大的脱空区，导致大量的地下水在拱顶滞留，给拱圈带来安全隐患，故该段先在拱顶压注水泥砂浆进行填充加固，后再压注纯水泥浆堵漏；同时两侧拱脚压注水泥砂浆加固边墙。
压注纯水泥浆和拱顶注水泥砂浆均采用φ42钢花管，管长4.0m，在注浆管上开孔，孔径φ8（后为加大出浆量而改成φ12），孔距10～20cm，交错设孔，端头50cm不加工注浆孔。开钻注浆孔采用T-27型手持式凿岩机，而注浆采用UB-3型注浆泵。注浆浆液指标见表1。
项目种类 水泥用量（kg/m3） 水灰比 灰砂比 注浆压力（MPa）
纯水泥浆 740 0.8:1~1:1 —— 1.0~1.5
水泥砂浆 690 0.8:1~1:1 1:0.4~1:1.25 0.2~0.5
拱脚注浆原采用φ32（L=3.50m）WTD25中空注浆锚杆，后因要进行全隧道套衬，考虑到锚杆头将会影响套衬，而变更为φ32钢花管。
3.1.2压注纯水泥浆
压注纯水泥浆时，注浆压力保持在1.0～1.5MPa，终孔压力稳定2min后即可停止注浆，为防止压力过大而损坏原衬砌，在结构最薄弱的K7+223--440段，采用钢拱架和格栅钢架（图2）进行临时支护，每榀间距1.0m。
图2 注浆临时支护 注浆管环向间距为1.0m，纵向间距1.0～1.2m，梅花型交错布置（图3）。注浆管与原衬砌层的法线角须小于15°，故每个环向断面注浆管为19～20根。
图3 注纯水泥浆浆孔布置图 在预注浆地段先用钢拱架或格栅钢架进行支护，用T27手持式凿岩机钻孔，将孔打好后，用凿岩机将注浆管送入孔中，端头预留20～0cm。注浆采取先低孔位后高孔位、先边墙后拱部、从下坡向上坡方向逼近的顺序，以钻完一孔，硬压注一孔的原则进行施工。注浆完成后用布将注浆管堵死，待水泥浆凝固后将外露的端头统一切割掉，后用砂浆补平。
注浆速度一般为0.06～0.08m3/min，注浆时间从1min到几小时不等。注浆时间最长的一孔用时达50h，水泥用量达150t。
3.1.3压注水泥砂浆
压注水泥砂浆的压力控制在0.5MPa，一般为0.2～0.3MPa，注浆压力稳定以上或吸浆量很少不吸浆即可停止注浆。因压力较小可不用临时支护，按下坡方向上坡方向推进的顺序注浆。注浆管布置如图4所示。
图4 注水泥砂浆浆孔布置图 K7+460～K8+030段，拱与边墙的水平交接缝渗水严重，为加固边墙而在两侧拱脚压注水泥砂浆，原设计采用WTD-25中空锚杆作为注浆管，上下两排交错布置，纵向间距1m×1m，锚杆须进入围岩1m以上。后因全隧道进行套衬，为方便套衬施工，除先期施工的K7+900～K8+030段，K7+460～560、K7+735～810两段变更为 φ32的钢花管，注浆管长为3.5m ,布置方式不变。
压注砂浆用砂均采用河细砂，其含泥量不大于5%。
3.2开槽引水
经过注浆加固后，原来在拱顶的分流变为集中水流，为把拱顶上的水引入边沟，采取开槽引水的方案。为彻底解决引排水问题，在施工进程中全隧道同时采用几种引排水措施，而对K7+388～440，K7+710～780两段水流最为集中的地段采取特殊处理。
3.2.1边墙开孔
在两侧边墙墙脚距水沟盖板上方20～30cm处开一排φ50的泄水孔，孔深为4m，孔间距为5m。
3.2.2设置嵌入式盲沟
原则上纵向间距10m设一道嵌入式环向盲沟，先用钻机在两侧边墙顶和拱脚各开一个φ60泄水孔，钻深为4m，以降低水位，过孔的位置沿全断面在原衬砌层开凿一条70×35的环向槽，埋入MF-7型塑料盲沟（图5），盲沟间距1.5～2.0m用钢筋固定一处，将泄水孔中水引至墙脚，通过泄水管排入边沟，泄水管为φ50的PVC管，泄水管的出水口在水沟盖板下方。
图5 嵌入式环向盲沟布置图 3.2.3设置纵向盲沟
考虑原衬砌有较多细小裂缝，仍时有水渗出，为能将水全部排入边沟，在全隧道铺挂WRM-100防水布的同时，在防水板末端两侧边墙墙脚处各设一条φ30纵向软式透水软管，引排防水板后的水（图6），纵向盲沟与环向盲沟相搭接（与环向盲沟同用出水口）或直接断开，出水口与泄水管并排，从水沟盖板下伸出。
图6 纵向盲沟布置图 3.3局部处理
下洋隧道漏水最为严重的地段分别在K7+388～440和K7+710～800两段。对这两段进行了局部处理。
3.3.1 K7+388～440段
由于该段当初施工时发生坍塌，故在拱顶形成较大的脱空区，大量地下水在此汇集，而使该段渗漏水非常严重，经注浆后形成几股集中水流。故对其采取特殊处理，将环向盲沟的间距缩小为5m，加大边墙和拱脚两处的泄水孔，开孔为φ70，钻深6m，孔内预埋φ50透水软管；并根据裂缝走向、渗水状况大量嵌埋短盲沟，在水流较大的断面并行嵌埋两条MF-7塑料盲沟，为此，在50延米的地段内，共设置MF-7塑料盲沟479m。尽可能增加排水通道的冗余量，确保今后运行过程中，即使有部分盲沟被堵塞，仍可保证排水顺畅，该段新套衬完成后，每个出水口均有较大的水流。K7+388--440段局部处理见图7
图7 K7+388～440段局部处理示意图 3.3.2 K7+710～800段
根据地质钻探结果表明，该段存在一个较大的地质断层，在原施工时也发生大坍方，在拱顶形成一个大脱空区，该段在施工时采用了双层衬砌，排水处理较为成功，投入使用后没有漏水现象，但拱顶同样汇集大量地下水，在进行压注水泥浆钻孔时，原套衬钻破后，大量水涌出，其最大流量达180t/h(累计)，后水量虽然有所减少，但仍保持在50～60t/h之间，其水量大大超过K7+388～K7+440段，直到2002年10月以后，进入枯水期，没有坡面渗蓄水的补充水量才逐渐减小。为较彻底的解决该段的病害，保障衬砌安全，在拱顶和边墙高处大量开泄水孔降低水位，并采取同K7+388～440段相同的措施，加密环向盲沟；盲沟内的泄水孔也同样采取加大加深泄水孔（φ70，深6m），孔内预埋φ50透水软管的处理。针对雨季水量骤然增加的情况，将盲沟槽加宽加深为10cm*10cm，预埋入半圆的φ100的PVC管，将水由PVC管引入边沟，PVC管外覆盖上MF-7盲沟(图8)，出水管由φ70改为φ100的PVC管。原衬砌层预先所开的泄水孔均与短盲沟相连，确保雨季排水。
图8 K7+710-800段局部处理示意图3.4 套衬
为彻底根治该隧道病害，在2002年8月31日工地会议上决定由原只对K7+223～426段套衬改为全隧道套衬（图9），在保证隧道净高、净宽符合规范要求的前提下，采用25cm厚C25防水钢筋混凝土套衬。防水砼掺入HEA抗裂防水剂，依原衬砌病害程度的不同分别采用了不同的配筋方式。
图9 隧道套衬示意图
3.4.1砼的技术要求
⑴ 抗渗等级为S8 ，坍落度为16～18，采用HEA抗渗剂，325R水泥。抗渗剂用量占水泥用量8%。
⑵ 配合比： 水泥:水:细集料:碎石:外掺剂=1：0.48：2.31：2.72：0.08。
⑶ 集料要求：碎石最大粒径不超过30mm，针片状颗粒少于20%，细集料为河中砂，含泥量少于1.5%。
3.4.2配筋
根据原套衬结构强度和渗漏水情况的不同，除K7+385～433段外，采取了两种不同的配筋方式，K7+223～385、K7+433--460、K7+710～K8+048段拱圈裂缝较多，且存在发展的趋势，结构强度较为薄弱，采用双层配筋（图10），主筋为φ25螺纹钢筋，间距250mm,纵向主筋φ10钢筋。K7+460～710段裂缝较少，原结构强度较好，故采用单层配筋，主筋为φ22,间距不变。纵向主筋仍为φ10钢筋。因套衬厚度较薄，为方便安装 ，主筋预加工成弧形，安装从上到下进行，先利用简易台车把钢筋中部焊接好，钢筋采用单面焊接时，焊缝不小于10d，为保障保护层厚度，内外层均需绑上垫块。内外层钢筋须分别插入水沟盖板下40cm、90cm。钢筋焊接时，为防止将防水板烧坏，用木板将其与防水板隔开。
图10 隧道套衬钢筋构造图 3.4.3 套衬厚度不足25cm地段特殊处理
K7+389～413段右侧墙身在原来施工时由于是采用木模而变形，导致造成现在套衬厚度无法达到20cm厚的最低要求。为此其配筋采取不同的方式,即仍采用双层钢筋,外层钢筋由φ25改为φ32，纵向拉筋由φ10改为φ12，内层钢筋不变，内外层钢筋交错布置，主钢筋间距不变。
3.4.4浇注
该隧道衬砌模板采用12m全液压台车，采用SANY重工输送泵，砼须达到5MPa方可拆模，喷水养护时间7d以上。
4 整治体会
下洋隧道为全省病害最为严重的公路隧道，其治理的复杂程度远远超出原设计方案，故数次变更设计图纸，由原定203m新套衬而变更为全隧道套衬，工期也由原定半年延长至一年，现工程施工已接近尾声，套衬基本完工。据现场观察，设置的排水系统排水效果较好，达到预期目的。其施工体会如下：
（1） 关于注浆加固问题。
采取注浆（纯水泥浆和水泥沙浆）的目的是加固围岩、并堵水，全隧道注浆共用水泥3265t，但从该隧道实际施工后情况表明，注浆加固取得一定效果，但并不尽人意，无法达到原设想的治理效果，而后来为确保根治病害，不得不全隧道套衬。
（2） 关于注浆填充的副作用问题。
在脱空区压注水泥砂浆填充，由于注浆用的是液态浆液，压注到拱顶后是流动的，且脱空区往往有流动的地下水，故大量的浆液与地下水混合到一起，造成浆液稀释，甚至被冲走（尤其是纯水泥浆），而无法成型。物探资料显示，拱圈顶部纵断面是凹凸不平的，混合浆液在压力作用下流动，可能会堆积在凹处，而凹处恰恰是拱圈最薄弱的地方，反而增大该处的压力，对结构造成安全隐患。
（3） 塑料盲沟表面包裹无纺布值得商榷。
在设计方案中，每道MF-7塑料盲沟表面均包裹无纺布后才嵌入槽中，包裹无纺布的目的是防止地下水中的小颗粒堵塞环向盲沟，起过滤杂质的作用。然而，下洋隧道的围岩的地土质较特殊，故其流出的地下水中夹带的更多是淤泥质的一些非常微小的颗粒，从地下水较为集中的地段流出的水都是呈黄色的，其颗粒粒径甚至小于无纺布纤维丝间的孔隙，由于在枯水期，地下水补充量小，无法形成较大的水压力，水中夹带的这些淤泥质的微小颗粒会逐渐附着在无纺布表面，经一段时间后无纺布的小孔隙会渐渐堵塞，失去渗漏水的作用，从而导致环向盲沟失效。在地下水丰富的K7+390～410段，由于钢筋配筋方案进行变更设计，故盲沟预埋较长时间后才套衬，据现场观察，仅一个星期的时间，无纺布表面已完全发黑，水流沿着无纺布外表面流下，而不是经盲沟→泄水管流出。故类似下洋隧道的情况，盲沟是否必要包裹无纺布，实有待商榷。
5 结语
我省地处南方山岭重丘区，山岭公路隧道较多。随着公路等级的提高，公路隧道的修建将越来越多。但在使用中，我省的公路存在以渗漏水现象为主的病害，严重影响了交通的安全。本文介绍的永春下洋隧道的病害的整治可供我省其它山岭公路隧道病害整治参考。


图1 下洋隧道横断面图 图2 注浆临时支护






a) 立面图 b) 平面图
图3 注纯水泥浆浆孔布置图




a）立面图 b) 平面图
图4 注水泥砂浆浆孔布置图













图5 嵌入式环向盲沟布置图 图6 纵向盲沟布置图

a）立面图 b) 平面图
图7 K7+388～440段局部处理示意图



图8 K7+710—800段局部处理示意图 图9 隧道套衬示意图





a） 钢筋布置 b) 大样
图10 隧道套衬钢筋构造图

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