陳 棚,余 順,韓自強,葉建虎
(招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司 重慶市 400067)
茶林頂隧道位于廣東省廣昆高速公路粵境河口至平臺段(簡稱云梧高速),是國家高速公路“7918”網(wǎng)中第十八橫(廣州至昆明高速公路)的組成部分。茶林頂隧道位于茶林頂重丘山嶺區(qū),主要巖性有上泥盆統(tǒng)榴江組砂巖、中泥盆統(tǒng)東崗嶺組白云質(zhì)灰?guī)r、頁巖等,地下水類型為基巖裂隙水及第四系松散層孔隙水。為雙洞四車道分離式隧道,設(shè)計速度80km/h,其中左洞長2691m,右洞長2600m。RK124+910(原設(shè)計樁號RK73+387)位置人行橫洞全長約68m,該段巖體為灰?guī)r;圍巖由弱-微風化組成,裂隙發(fā)育,巖石破碎,強度較高,III級圍巖,節(jié)理裂隙發(fā)育帶,大部分存在破碎帶或物探異常帶,富水。
茶林頂隧道在2010年6月30日通車,已經(jīng)運營近8年。2015年云梧高速全線隧道定期檢查及2016年關(guān)于茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞專項檢查期間,發(fā)現(xiàn)茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞局部段落兩側(cè)邊墻存在呈對稱性的縱向裂縫、斜向裂縫,并與環(huán)向裂縫交匯,橫洞內(nèi)兩側(cè)排水溝積水較多,且襯砌裂縫近期發(fā)展較快,深度較深。為了確保隧道運營安全,經(jīng)過業(yè)主對方案的討論,擬采用跳格拆換二次襯砌方案對茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞進行結(jié)構(gòu)加固處治。
RK124+910橫洞洞身共有23處病害:環(huán)向裂縫10條,縱向裂縫3條,斜向裂縫8條,浸滲2處。該橫洞“+38.0~+49.5”和“+49.5~+57.5”(樁號以從左線往右線為前進方向)兩模襯砌的兩邊邊墻環(huán)向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫交織,邊墻局部位置裂縫將襯砌分割成“塊狀”,橫洞內(nèi)兩側(cè)排水溝積水較多,局部邊墻縱、環(huán)向裂縫深度已超過10cm,橫洞襯砌病害有明顯發(fā)展跡象。
RK124+910位置人行橫洞5條二次襯砌雷達測線共檢測65個點,合格點數(shù)63個,合格率97%,設(shè)計二次襯砌厚度為30cm,最小二次襯砌厚度為25.3cm。二次襯砌5條雷達測線中共檢測出4處連續(xù)脫空,最大脫空長度6m,最大高度約9~11cm,襯砌裂縫嚴重段“+38.0~+57.5”邊墻和拱部測線不存在脫空。
以單?;炷翞閱挝?,對人行橫洞“+38.0~+49.5”、“+49.5~+57.3”的2模混凝土強度采用回彈法檢測。根據(jù)檢測結(jié)果,“+38.0~+49.5”回彈強度58.9MPa,“+49.5~+57.3”回彈強度41.8MPa,均滿足設(shè)計要求(設(shè)計強度20MPa)。
本次抽檢橫洞5個斷面的實際寬度和高度,5個抽檢斷面樁號為“+10”、“+20”、 “+30”、“+40”、“+50”(從左線往右線),5個斷面實際寬度、高度檢測結(jié)果表明實測斷面的寬度都大于原設(shè)計寬度,局部高度也略有富余。
經(jīng)現(xiàn)場查看,并結(jié)合竣工圖及檢測報告,分析該段在橫洞二次襯砌厚度、強度均滿足設(shè)計要求、邊墻和拱部測線少量存在脫空的情況下裂縫發(fā)展嚴重,推斷橫洞襯砌裂縫主要是由于該段地質(zhì)條件較差造成。根據(jù)竣工資料及2016年專項檢測報告分析,橫洞處于斷層破碎帶段、圍巖富水,推斷因襯砌背后圍巖松弛對襯砌形成作用力、或襯砌背后水壓力較大使襯砌產(chǎn)生裂縫的可能性較大。
人行橫洞采用復合式襯砌,III級圍巖段初期支護采用5cm厚噴射混凝土、二次襯砌采用30cm厚C20模筑混凝土,路面采用10cm厚C20混凝土(如圖1所示)。拱墻布設(shè)PVC復合排水板,襯砌背后設(shè)置環(huán)向盲管,將襯砌背后地下水引至縱向排水管中,然后通過Φ5橫向?qū)軐⒌叵滤谅穫?cè)邊溝中。排水溝深5cm,寬10cm。
檢測結(jié)果表明茶林頂隧道RK124+910位置人行橫洞存在二次襯砌持續(xù)開裂、局部二次襯砌脫空、拱腳積水等問題,襯砌結(jié)構(gòu)承載力有所下降,因此建議對襯砌結(jié)構(gòu)進行病害處治,以提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力。
初期設(shè)計方案建議比選采用“現(xiàn)有二襯內(nèi)側(cè)增設(shè)鋼筋混凝土套襯加固+加密橫向泄水孔+底板增設(shè)邊墻鋼筋混凝土支撐梁” 或“現(xiàn)有二襯內(nèi)側(cè)開槽嵌拱+噴混+防排水改造” 的方案。但襯砌裂縫后期發(fā)展較快,深度較深,原處治方案內(nèi)輪廓可能會侵入建筑限界等情況;通過專家論證比選及對隧道長期安全性考慮,最終確定該人行橫洞采用“重新拆換二次襯砌+防排水改造”方案,改善當前結(jié)構(gòu)安全水平。為確?,F(xiàn)場拆換二次襯砌施工安全,作業(yè)時間及空間條件極其有限,并避免拆換過程中出現(xiàn)重大塌方等不可控險情,擬采用“跳格拆換二次襯砌+臨時工字鋼防護+超前小導管”相結(jié)合的方案;同時徑向注漿加固圍巖,以發(fā)揮圍巖的自承能力;加密兩側(cè)拱腳橫向泄水孔,加大兩側(cè)水溝寬度和深度并接至主洞側(cè)排水溝。
(1)斷面測量與復核,并確定處治段落。
(2)施作臨時鋼架,鋼架與二次襯砌表面間采用木楔塊塞緊,焊接鋼架間的縱向連接筋。
(3)進行襯砌背后徑向注漿加固圍巖。
(4)進行跳格拆除二次襯砌及防水板,超前注漿,局部拆除臨時支撐,每個循環(huán)拆除二次襯砌長度建議不超過3m。
(5)破除路面,擴挖仰拱。
(6)綁扎仰拱鋼筋預留接頭并施作仰拱及回填。
(7)鋪掛拱墻防水板及排水系統(tǒng)。
(8)疏通并接長拱腳處原有泄水管,再按縱向間距3m來加密預埋泄水管,出水管口用廢棄布料包裹封口。
(9)加寬加深人行橫洞左右兩側(cè)拱腳處的水槽,直至與主洞排水溝相接。
(10)綁扎拱墻鋼筋并施作拱墻二次襯砌(主筋縱向間距20cm/根,箍筋環(huán)向間距30cm/根,C30模筑混凝土),并拆除或新增臨時鋼架。
(11)對下一段二次襯砌進行拆換,重復上述(4)~(10)步驟,直至完成所需處治段落。
(12)拆除出水管口處廢棄布料,恢復泄水通暢。
圖1 人行橫洞原設(shè)計襯砌斷面圖
(a)拆換段襯砌配筋圖
(b)拆換段襯砌結(jié)構(gòu)圖圖2 拆換段新建二次襯砌圖
跳格拆換二次襯砌施工步序如下:
(1)架設(shè)臨時拱拱架及縱向連接筋。
(2)破除首段(95cm)二次襯砌混凝土,打入超前鋼花管支護。
(3)拆除緊鄰段(205cm)臨時鋼支撐,破除該段二次襯砌混凝土。
(4)模筑首模鋼筋混凝土二次襯砌(300cm),割除超前小導管出露部分。
(5)跳一模二次襯砌,破除第二段二次襯砌,打入超前小導管。
(6)拆除該模二次襯砌緊鄰段臨時鋼支撐,破除該段二次襯砌混凝土。
(7)模筑第二模鋼筋混凝土二次襯砌,割除超前小導管出露部分。
(8)拆建臨時鋼架,破除第三段二次襯砌,打入超前小導管。
(9)拆除該段二次襯砌緊鄰段臨時鋼支撐,破除該段二次襯砌混凝土。
(10)模筑第三模鋼筋混凝土二次襯砌,割除超前小導管出露部,并進入下一循環(huán)施工。
(11)待所有二次襯砌拆換完成后,最后再拆除新增的輔助臨時鋼拱架。
具體施作過程詳見圖3。
(1)人行橫洞運營后出現(xiàn)持續(xù)嚴重性病害目前還較少,針對其相應的病害處治方法也較少。由于人行橫洞斷面較小、作業(yè)面較窄、大型機械不能展開等特點,并結(jié)合后期運營安全及造價、病害嚴重程度等綜合情況,最終采用常規(guī)的拆換二次襯砌方案。該方案造價較低、施工風險小、耐久性好、技術(shù)成熟。
(a)架設(shè)臨時拱拱架及縱向連接筋,破除首段混凝土,打入超前鋼花管
(b)拆除緊鄰段臨時鋼支撐,破除該段二襯混凝土
(c)模筑首模二襯,并跳一模二襯,破除第二段二襯,拆除該模二襯緊鄰段臨時鋼支撐,破除該段二襯混凝土
(d)模筑第二模二襯,拆建臨時鋼架,破除第三段二襯,拆除該段二襯緊鄰段鋼支撐,破除該段二襯混凝土
(e)模筑第三模鋼筋混凝土二襯,割除超前小導管出露部分,并進入下一循環(huán)圖3 跳格拆換二次襯砌施工步序圖
(2)常規(guī)的連續(xù)拆換二次襯砌具有施工風險較大、前后擾動大、工期偏長、作業(yè)面窄等特點,本次采用的跳格拆換二次襯砌相對于連續(xù)拆換二次襯砌減小了施工風險、前后擾動,縮短了工期,增加了作業(yè)面。
(3)臨時鋼支撐+超前小導管+跳格拆換二次襯砌+徑向注漿加固圍巖提高了施工安全性及可操作性,具有推廣應用的價值,希望能為以后主洞隧道及人行橫洞、車行橫洞初期支護及二次襯砌拆換處治時提供新思路、新方法。
(4)無仰拱段人行、車行橫洞出現(xiàn)持續(xù)性嚴重病害時,如需要拆換二次襯砌時,建議可向下擴挖仰拱,并對仰拱二次襯砌進行配筋加強,優(yōu)化力學性能,提升襯砌穩(wěn)定性及安全性。