王 勇
(山西路橋集團榆和高速公路有限公司,山西 太原 030001)
某隧道設(shè)計為左右線分離式。左線洞體全長964.0 m,進口段里程樁號為ZK22+898,洞口底板設(shè)計高程為682.879 m;出口段里程樁號為ZK23+862,洞口底板設(shè)計高程為692.211 m;洞體最大埋深102.140 m,位于ZK22+546。右線洞體全長939.0 m,進口段里程樁號為K14+911,洞口底板設(shè)計高程為683.131 m;出口段里程樁號為K23+850,洞口底板設(shè)計高程為692.162 m;洞體最大埋深101.098 m,位于K15+556;隧道總體走向呈東西向為81°。
某高速公路2015年建成通車,2016年6月中旬發(fā)現(xiàn)左線ZK23+380-ZK23+450段路面中線附近斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)裂縫,裂縫寬度為1~5 mm,裂縫兩側(cè)局部有輕微的錯臺。此時該段襯砌上未發(fā)現(xiàn)裂縫。
為了判斷裂縫發(fā)展情況,采取了3種監(jiān)測方案:a)路面裂縫采用了石膏封閉;b)兩側(cè)拱腳設(shè)置沉降監(jiān)測點;c)該段襯砌做周邊收斂測量。
2016年7月中旬隧道養(yǎng)護人員發(fā)現(xiàn)涂抹的石膏均已不同程度地開裂,且原本沿隧道中線附近斷斷續(xù)續(xù)分布的裂縫已發(fā)展形成一條長約70 m的連續(xù)裂縫。隧道兩側(cè)邊墻上出現(xiàn)了環(huán)向裂縫,裂縫的范圍開始擴大。監(jiān)測結(jié)果表1顯示,隧道左側(cè)拱腳平均下沉5.18 mm,最大下沉6.4 mm,右側(cè)拱腳下沉5.56 mm,最大7.3 mm。周邊收斂變化較小。
表1 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽表 mm
經(jīng)過1個月的監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示隧道仍在下沉,病害仍在發(fā)展,急需對隧道病害進行處治。處治前對病害進行了勘察。
本次采用干鉆的方式進行取芯,儀器設(shè)備為XY-150型+取土器。鉆孔位置在某隧道左線ZK23+453、ZK23+438、ZK23+423、ZK23+408、ZK23+393、ZK23+378處路面中線的右側(cè),距離隧道中心線1.20 m。
根據(jù)鉆孔芯樣顯示(見圖1所示):a)路面下0~0.8 m為瀝青路面及混凝土;b)路面下 0.8~1.35 m為碎石土層,成分為石灰?guī)r,次棱角狀;c)路面下1.35~2.50 m為基巖層,泥巖,磚紅色,巖芯呈短柱狀,強度極低。
圖1 某隧道左線ZK23+408(行車道)處芯樣照片
隧址區(qū)地下水類型主要有松散層孔隙水、基巖裂隙水及巖溶裂隙水。
松散層孔隙水,以上層滯水為主,由于二疊系地層之上覆蓋有第四系中更新統(tǒng)(Q2apl)沖積形成粉質(zhì)黏土層,該層構(gòu)成局部隔水層,地表接受大氣降水補給,在有局部隔水層處形成上層滯水,沒有隔水層的地方則直接下滲進入二疊系地層中。該上層滯水含水層規(guī)模極有限,徑流途徑短易于排泄,故富水性差。
二疊系基巖裂隙水,該地下水含水層主要為砂巖裂隙水,富水性較差,主要補給通道為上部第四系覆蓋層下滲,加之局部有采空區(qū)存在,故地下水多匯集至采空區(qū),對隧道影響較小。
石炭系巖溶裂隙水含水層主要為石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)灰?guī)r,富水性差,上部補給有限,不易形成積水,對隧道影響較小。
某隧道ZK23+380—ZK23+450段設(shè)計為五級圍巖,設(shè)計有仰拱。鉆探的結(jié)果分析,路面產(chǎn)生的原因如下:
a)仰拱下部浮渣(碎石土)過多。推測是在施工過程中,現(xiàn)場管理不到位,仰拱澆筑前,未將仰拱底部的浮渣清除干凈。
b)浮渣遇水軟化。某隧道的裂隙水主要為地表水,2016年進入夏季后,雨期較長,且雨水較多,大量的地表水下滲進入了隧道,導(dǎo)致仰拱下部的浮渣軟化,承載力降低。
c)本段圍巖主要為泥巖,強風(fēng)化,強度低,遇水后強度更低。由于以上原因,隧道的底部承載力過低,導(dǎo)致隧道不均勻沉降。
在綜合考慮某隧道病害特點、產(chǎn)生原因及危害程度的基礎(chǔ)上,考慮所要采取治理工程措施的合理性、經(jīng)濟性、可實施性等方面因素后,對某隧道病害路段基底采用豎向微型鋼管樁加固。豎向鋼管樁采用梅花狀布置,隧道路面中心線兩側(cè)各縱向布置3列,分別距路面中心線1.2 m、2.2 m、3.2 m,縱向間距1.0 m,樁長6.0 m(圖2)。此外,采用斜向微型鋼管樁對隧道兩側(cè)拱腳處圍巖進行加固,斜向鋼管樁與最外側(cè)豎直微型鋼管樁交叉布置,縱向間距1.0 m,樁長9.0 m。微型鋼管樁鉆孔直徑146 mm,采用40號鋼管,壁厚6 mm;注漿料為M35純水泥漿。
圖2 微型樁橫斷面布置圖(單位:cm)
某隧道路面開裂段起訖樁號為ZK23+380-ZK23+450,為保證處治效果,微型鋼管樁處治時沿隧道縱向兩側(cè)各延伸10 m,即處治范圍為ZK23+370-ZK23+460。
豎直向鉆孔沿隧道縱向共布設(shè)6列,橫向間距1.0 m,縱向間距1.0 m,梅花型布設(shè),共544個鉆孔,2 176延米。斜向鉆孔與兩側(cè)最外側(cè)豎向鉆孔同列交叉布置,縱向間距1.0 m,共180個鉆孔,1 080延米。
6.2.1 銑刨路面
銑刨隧道路面層15 cm。
6.2.2 放線定位
采用全站儀將設(shè)計孔位放樣在銑刨后的路面上,用油漆標記,孔位放樣偏差不超過10 cm。
6.2.3 成孔
采用液壓風(fēng)動潛孔鉆機配合空壓機成孔,成孔口徑150 mm以上,鉆桿垂直度偏差不大于1%;鉆進至設(shè)計深度,經(jīng)現(xiàn)場工程師確認后方可終孔,鉆孔施工質(zhì)量驗收實測項目見表2。
表2 鉆孔施工質(zhì)量驗收實測項目
6.2.4 鋼管制安
鋼管焊接采用兩面幫焊,焊接要飽滿、穩(wěn)固,型鋼連接要筆直,不得彎曲。制作完成的鋼管樁采用鉆機沉入鉆孔,注漿管沿鋼管樁安設(shè)并一同沉入孔內(nèi)。
6.2.5 注漿
6.2.5.1 注漿材料
注漿材料采用325硅酸鹽水泥及35~40 Be的中性水玻璃。漿液為水泥+水玻璃的雙液漿,可加入適量抗?jié)B劑,當遇到注漿量較大時,可先用粗骨料填充。根據(jù)壓水試驗,適當選擇漿液的濃度及水玻璃的用量。水灰比采用1∶0.75~1,水玻璃用量一般是水泥漿重量的25%~30%,這樣就控制了凝膠時間。具體水玻璃的用量可在施工中根據(jù)實際情況進行調(diào)整。
注漿施工質(zhì)量驗收實測項目見表3。
表3 注漿施工質(zhì)量驗收實測項目
6.2.5.2 注漿壓力
由孔底慢慢注漿,控制注漿壓力在0.5 MPa以內(nèi)。當漿液返出孔口時,停止注漿;漿液初凝后,對管內(nèi)和外側(cè)人工徐徐補漿,使管內(nèi)外漿液充填飽滿[1]。中線兩側(cè)的微型注漿管壓力不宜過大,防止其進入中央排水管。
6.2.6 路面恢復(fù)
按照原設(shè)計指標恢復(fù)路面。
6.2.7 施工要求
a)注漿孔按設(shè)計位置放線,利用鉆機成孔,成孔與注漿應(yīng)間隔1孔進行。注漿漿液配合比嚴格按設(shè)計的要求進行。施工過程中嚴格控制注漿壓力,注漿壓力不大于0.5 MPa。
b)充填注漿的關(guān)鍵首先是對漿液配合比現(xiàn)場的調(diào)整及注漿技術(shù),這些環(huán)節(jié)的處理好壞直接影響注漿及堵水的質(zhì)量。
c)控制單位注入量,當遇到注漿量較大時,可先用粗骨料填充再用漿液加固。
d)控制注漿壓力及漿液擴散半徑,能確保原澆筑混凝土質(zhì)量,有效達到充填密實之作用。
e)鉆孔注漿結(jié)束后,待漿液凝固后,切除外漏注漿管,并用高強抗?jié)B水泥漿封孔、并振搗密實、與洞壁齊平。
f)微型鋼管樁的直徑、壁厚等必須滿足設(shè)計要求。對于長度9 m的鋼管樁需兩根鋼管焊接時,鋼管的焊接必須滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求,同時焊接完后,經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)理工程師的確認后才能下管。
g)注漿全部完成后,漏在外部的鋼管必須完全切除,再重新鋪設(shè)瀝青混凝土。
a)某隧道病害段采用微型鋼管樁進行處治,經(jīng)過近半年的監(jiān)測,路面未再出現(xiàn)裂縫,襯砌上的裂縫未再繼續(xù)發(fā)展。
b)本方案可在同類隧道病害中進行應(yīng)用,但是鋼管樁的直徑、現(xiàn)場布置應(yīng)根據(jù)病害的實際情況進行確定。
c)隧道設(shè)計、施工階段對隧址區(qū)存在膨脹巖、遇水巖石強度降低的區(qū)域,開挖后,建議對隧道底部的巖體進行注漿加固或者加深仰拱的厚度,防止運營期隧道下沉,導(dǎo)致襯砌開裂等病害的發(fā)生。