劉冬雯

(中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司 長(zhǎng)沙 410116)

1 工程概況

新建西(海)至察(汗諾)公路工程關(guān)角山分離式隧道位于青海省海西州天峻縣境內(nèi)，全長(zhǎng)3638m，隧道最大埋深410.53m。隧址地層主要由二疊系砂巖(P1-2CI)、三疊系砂巖及灰?guī)r(T1-2d)和第四系全新統(tǒng)坡、洪積層(Q4dl+pl)組成，存在多條斷層和巖性接觸帶[1]。

關(guān)角山隧道進(jìn)出口與相鄰廢棄老青藏鐵路關(guān)角山隧道相距230、1150m，兩隧道地質(zhì)條件相似，老青藏鐵路隧道底板高程4010m，新建西察公路關(guān)角山隧道底板高程3684～3693m，老青藏鐵路隧道測(cè)量涌水量10126m3/d，新建西察公路關(guān)角山隧道設(shè)計(jì)單洞涌水量30000m3/d。隧址屬大陸性高原氣候，寒長(zhǎng)暑短，年平均氣溫-1.1℃，極端最低氣溫-35.8℃[2]。

新建西察公路關(guān)角山隧道是典型的高海拔高寒富水隧道，如何減少凍害整治成本，確保建成運(yùn)營(yíng)無(wú)凍害，防止凍害事故發(fā)生，建設(shè)單位組織技術(shù)力量，進(jìn)行了凍害調(diào)查、設(shè)計(jì)優(yōu)化、推廣工裝工藝工作。

2 建成隧道凍害調(diào)查

2018年12月、2019年5月份兩次對(duì)青海省建成運(yùn)營(yíng)的花久、玉曲等多條公路隧道，蘭新鐵路第二雙線、西格鐵路隧道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，一是調(diào)查隧道冬期凍害類型，二是調(diào)查凍害整治情況，凍害調(diào)查情況和整治情況如下。

二襯背后均有防水板設(shè)計(jì)，仰拱頂部縱向施工縫、拱墻環(huán)向施工縫均有中埋式止水帶等防排水設(shè)計(jì)，主要由于施工工藝原因造成防、排水系統(tǒng)失效，富水段落或運(yùn)營(yíng)期間由于地下水勢(shì)能發(fā)生變化，富水區(qū)域外擴(kuò)段落均會(huì)出現(xiàn)凍害，如圖1、圖2所示，凍害表現(xiàn)形式為二襯背后積水通過(guò)仰拱縱向施工縫、拱墻環(huán)向施工外滲到路面結(jié)冰，易造成行車安全事故。

圖1 仰拱縱向施工縫防水系統(tǒng)失效結(jié)冰

圖2 拱墻施工縫防水系統(tǒng)失效結(jié)冰

2.1 凍害類型

2.1.1 止水系統(tǒng)凍害

(1)施工縫止水系統(tǒng)失效的危害

施工縫施工主要存在:①混凝土接縫未鑿毛，新舊混凝土結(jié)合不好，易發(fā)生滲流；②止水帶安裝不合格甚至破損未起到止水作用等施工問(wèn)題[3]。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，不同的隧道在洞口向里約800～1000m左右范圍內(nèi)施工縫漏水會(huì)產(chǎn)生路面結(jié)冰，特別是自洞口向里500m范圍尤其嚴(yán)重，超過(guò)距洞口1000m范圍多以水的形式存在不易成冰[4]。

(2)施工縫止水失效的原因分析

如圖3所示，拱墻止水帶由于無(wú)工裝定位及防倒措施，止水帶安裝不居中，由于自重使得止水帶下垂切割混凝土或形成空洞，止水帶不但不能止水，而且會(huì)形成混凝土病害[5]。

圖3 二襯拱墻止水帶主要失效形式

如圖4所示，仰拱頂部縱向施工縫：①上環(huán)二襯澆筑時(shí)混凝土砂漿通過(guò)二襯臺(tái)車堵頭板縫隙外流至仰拱頂部的砂漿未及時(shí)清理形成結(jié)構(gòu)軟弱面，同時(shí)也是防滲薄弱部位；②未清除仰拱頂部浮漿，降低了防滲能力；③止水帶安裝未使用定位、焊接工裝工藝及防倒伏措施，止水帶安裝不合格，止水帶止水效果差。

圖4 仰拱頂部縱向施工縫未清理浮漿及止水帶不居中無(wú)防傾覆措施

2.1.2 排水系統(tǒng)凍害

(1)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

拱墻環(huán)向排水盲管原設(shè)計(jì)為平均3m均勻布置，排水盲管與拱墻環(huán)向施工縫距離較遠(yuǎn)，在防水板失效的前提下，排水盲管排除施工縫附近的壓力水作用不大。

拱環(huán)向?qū)茉O(shè)計(jì)為平均5m均勻布置，一環(huán)二襯一般施作12m；設(shè)計(jì)參數(shù)無(wú)法在一環(huán)二襯內(nèi)相對(duì)固定的位置進(jìn)行設(shè)置排水盲管和導(dǎo)水管，不利于后期維護(hù)時(shí)定位排水盲管和導(dǎo)水管位置。

拱墻環(huán)向排水盲管、仰拱環(huán)向?qū)?、縱向排水管與三通聯(lián)接易出現(xiàn)脫節(jié)，混凝土堵塞管道，襯砌背后積水無(wú)法排出，加大止水帶止水壓力。

洞口段500m范圍內(nèi)，縱向排水盲管、仰拱導(dǎo)水管未在凍結(jié)深度以下，如果流水量不大和流速小易發(fā)生冰塞堵孔。

深埋水溝在冰期自洞口向里逐漸發(fā)生冰塞堵溝，使得排水不暢，如圖5所示。

圖5 仰拱導(dǎo)水管冰塞

(2)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整[6]

如圖6所示，拱墻排水盲管調(diào)整為按單環(huán)二襯不均勻進(jìn)行布置，按距施工縫0.5m布置一道，其余均勻布置，可減輕施工縫止水壓力。

圖6 拱墻排水盲管優(yōu)化設(shè)置示意圖

如圖7所示，仰拱導(dǎo)水管按距施工縫3m布置，易于單環(huán)二襯導(dǎo)水管定位。

圖7 仰拱導(dǎo)水管優(yōu)化設(shè)置示意圖

拱墻排水盲管和縱向排水盲管之間、縱向排水盲管與仰拱導(dǎo)水管之間均采用三通聯(lián)接(如圖8)，三通與排水管之間必須聯(lián)接牢固。

圖8 三通接頭與導(dǎo)水管、排水盲管采用尼龍?jiān)鷰Т┛坠潭?/p>

現(xiàn)場(chǎng)整治調(diào)查發(fā)現(xiàn)，二襯背后積水排泄不暢，鑿開(kāi)積水部位，存在兩種現(xiàn)象，一是漏設(shè)排水管，二是排水管被混凝土堵塞；三通與排水管宜采用尼龍?jiān)鷰Т┻^(guò)三通和排水管的扎孔進(jìn)行聯(lián)接，防止混凝土振搗時(shí)三通與排水管脫節(jié)造成混凝土堵孔。

2.1.3 二襯混凝土凍害

(1)二襯混凝土凍害的危害

如圖9所示二襯混凝土存在冷縫，特別是洞室周邊,防水板破損防水失效后，二襯背后積水易通過(guò)冷縫滲出結(jié)冰，同時(shí)劣化混凝土。

圖9 二襯混凝土冷縫及洞室滲水結(jié)冰

如圖10所示，二襯混凝土存在空洞，富水地段必然形成水囊發(fā)生凍脹，劣化混凝土，嚴(yán)重時(shí)造成拱頂?shù)魤K[7]。

圖10 二襯混凝土脫空

(2)二襯混凝土凍害原因分析

混凝土澆筑未采用分層逐窗布料系統(tǒng)，混凝土澆筑間隔時(shí)間未控制好，造成混凝土離析和結(jié)構(gòu)冷縫，使得混凝土密實(shí)度不好，降低了混凝土自身的抗?jié)B性能[8]。

拱部混凝土沖頂不飽滿，易形成空洞，空洞積水結(jié)冰后體積膨脹巨大，經(jīng)多次凍融循環(huán)凍脹使拱頂損傷變形，形成凍害[9]。

二襯混凝土宜采用防治缺陷成套技術(shù)措施，提高混凝土施工質(zhì)量。

2.2 整治情況

2.2.1 整治影響交通

整治需要破壞路面或搭設(shè)管架，需要封閉交通，影響通行能力，如圖11所示。由于整治部位多，時(shí)間較長(zhǎng)，封閉交通有時(shí)達(dá)到2個(gè)月左右，社會(huì)影響大。

圖11 仰拱橫向?qū)芊倒?/p>

2.2.2 整治費(fèi)用高

某單位施工某分離式隧道獨(dú)頭1700m，一年的整治費(fèi)用達(dá)200多萬(wàn)元，由于整治方案不合理，整治效果不好，發(fā)生多年多次整治現(xiàn)象。

2.2.3 整治難度大

整治條件相對(duì)較差，如購(gòu)買商品混凝土運(yùn)輸距離長(zhǎng)，工人生活條件差等。

特別是排水系統(tǒng)冰塞整治，如果只是清除塞冰，次年冬期仍會(huì)出現(xiàn)冰塞。鐵路隧道會(huì)發(fā)生結(jié)冰塞住道岔造成災(zāi)難事故，如圖12所示。仰拱導(dǎo)水管、中央排水溝冰塞需要系統(tǒng)整治，整治難度大。

圖12 某鐵路隧道防排水系統(tǒng)失效道床結(jié)冰

二襯混凝土離析、冷縫，仰拱與拱墻施工縫新舊混凝土結(jié)合不好等二襯混凝土劣化整治目前只能采鉆孔引水和注漿加固等方案，整治效果差，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，會(huì)嚴(yán)重降低使用壽命。

3 防止凍害措施

高海拔、高寒、富水隧道凍害的主要三個(gè)原因：

一是包括防水板、止水帶、仰拱頂部施工縫新舊結(jié)合面等防水系統(tǒng)的施工出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，防水系統(tǒng)失效，發(fā)生施工縫滲漏水形成凍害，其特點(diǎn)是路面結(jié)冰易形成交通事故、整治效果無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)、對(duì)混凝土使用年限造成劣化影響；

二是包括拱墻排水盲管和仰拱導(dǎo)水管布設(shè)不合理、三通管聯(lián)接等排水系統(tǒng)失效，排水不暢加劇防水系統(tǒng)失效部位的防水壓力，防水效果惡化，形成凍害，其特點(diǎn)是整治需封閉交通，整治安全風(fēng)險(xiǎn)高；

三是二襯混凝土施工存在冷縫、離析造成密實(shí)度不好、特別是洞室部位易出現(xiàn)混凝土薄弱面，降低了混凝土自身防水能力，防水系統(tǒng)失效后，二襯背后積水易通過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)薄弱面滲水形成凍害，其特點(diǎn)是整治效果差、劣化混凝土，縮短使用年限；

四是部分隧道由于運(yùn)營(yíng)期間排水量少，排水坡度小、排水速度慢，易出現(xiàn)排水系統(tǒng)從出水口開(kāi)始向洞內(nèi)陸續(xù)結(jié)冰凍塞，其特點(diǎn)是整治難度大，增設(shè)的加熱保溫系統(tǒng)需要電力擴(kuò)容。

根據(jù)形成凍害的主要原因，從設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工措施兩方面提出相應(yīng)的預(yù)防措施，防止凍害發(fā)生。

3.1 防水系統(tǒng)防止凍害措施

3.1.1 防水板

(1)焊接：采用超聲波焊接工藝，減少防水板與熱熔墊片焊接破點(diǎn)。

一是操作程序的沖突問(wèn)題?！睹袷略V訟法》《人民調(diào)解法》《最高人民法院關(guān)于人民調(diào)解協(xié)議司法確認(rèn)程序的若干規(guī)定》和《最高人民法院關(guān)于適用〈中華人民共和國(guó)民事訴訟法〉的解釋》相關(guān)條款的規(guī)定，申請(qǐng)人民調(diào)解協(xié)議司法確認(rèn)，雙方當(dāng)事人應(yīng)當(dāng)在達(dá)成調(diào)解協(xié)議后30天內(nèi)，共同向人民法院提出申請(qǐng)；法院收到當(dāng)事人的申請(qǐng)后，進(jìn)行立案審查，在3日內(nèi)決定是否受理；法院受理當(dāng)事人的申請(qǐng)后，應(yīng)當(dāng)指定一名審判人員對(duì)調(diào)解協(xié)議進(jìn)行審查。根據(jù)上述規(guī)定，司法確認(rèn)程序的啟動(dòng)，是調(diào)解程序完成之后，審查確認(rèn)工作也在法院受理后進(jìn)行?！耙徽臼健彼痉ù_認(rèn)機(jī)制，在當(dāng)事人申請(qǐng)司法確認(rèn)之間即提前介入調(diào)解程序，與現(xiàn)行法律和司法解釋的規(guī)定產(chǎn)生了沖突。

(2)搭接：加強(qiáng)防水板搭接焊縫質(zhì)量管理，特別是洞室棱角部位。

3.1.2 止水帶

(1)焊接：止水帶采用熱硫化焊接工藝，提高接縫質(zhì)量。

(2)定位：采用合適的堵頭板或夾具，對(duì)中埋式止水帶進(jìn)行定位，做到“兩個(gè)居中”，即止水帶埋入一半露出一半、止水帶位于混凝土的中間位置。

(3)防扭曲：沿止水帶縱向位置每隔0.5m的兩側(cè)各設(shè)一根φ6.5鋼筋進(jìn)行固定，防止中埋式止水帶受重力和混凝土浮力影響發(fā)生扭曲。

(4)防損：對(duì)于仰拱環(huán)向中埋式止水帶易受到仰拱開(kāi)挖爆破和清渣影響造成損壞，宜對(duì)仰拱堵頭模板進(jìn)行分塊包裹設(shè)計(jì)，即按中埋式止水帶設(shè)計(jì)位置對(duì)堵頭板分上下兩塊夾住止水帶保證止水帶的“兩個(gè)居中”，堵頭板采用“L”形對(duì)止水帶進(jìn)行包裹，可以有效防止止水帶受損。

3.1.3 仰拱縱向頂部施工縫

(1)清漏漿：二襯拱墻混凝土澆筑時(shí)，部分砂漿會(huì)通過(guò)堵頭板縫隙污染仰拱頂部，要及時(shí)清理，防止形成防水薄弱面。

(2)清浮漿：根據(jù)規(guī)范要求采用人工或小型混凝土鑿毛設(shè)備對(duì)仰拱頂部混凝土浮漿進(jìn)行清理，保證新舊混凝土結(jié)合良好，防止形成防水薄弱面。

3.2 排水系統(tǒng)防治凍害措施

3.2.1 做好排水盲管及三通的聯(lián)接

(1)定位：考慮在防水系統(tǒng)失效的情況下，合理設(shè)計(jì)拱墻排水盲管與二襯環(huán)向施工縫的距離，有效排除施工縫附近壓力水，減輕施工縫止水帶防水壓力；做好仰拱橫向?qū)茉诿凯h(huán)二襯的定位工作，有利于后期維護(hù)定位。

(2)聯(lián)接：采用合適的方式做好三通與排水盲管的聯(lián)接，防止排水盲管與三通被混凝土施工影響造成脫節(jié)使得排水系統(tǒng)失效。

(3)保溫：仰拱橫向?qū)茼敳吭O(shè)泡沫混凝土進(jìn)行保溫，防止冰塞；縱向排水管預(yù)設(shè)穿管鐵線、預(yù)留保溫電源容量，一旦發(fā)生排水管冰塞可以增加納米熱棒加熱保溫消除冰塞[10]。

3.2.2 做好中央深埋排水溝清淤和保溫

(1)清淤：交工前做好排水溝清淤工作，保證排水通暢。

(2)保溫：如果發(fā)生水溝冰塞可以采用機(jī)械老鼠輔助增設(shè)納米熱棒加熱保溫。

3.3 保證混凝土自身防凍害能力

3.3.1 防止混凝土離析

二襯臺(tái)車采用“分層逐窗滑槽”混凝土布料工裝，可以防止混凝土自由傾落高度超過(guò)2m的離析，也可以防止混凝土入倉(cāng)后靠自身重力長(zhǎng)距離水平運(yùn)輸?shù)碾x析，做好振搗工作，保證混凝土密實(shí)度，提高自身防滲能力。

3.3.2 防止混凝土澆筑間隔超時(shí)

做好混凝土運(yùn)輸時(shí)間管控工作。

3.3.3 使用帶模注漿工藝[11]

后期注漿，拱頂混凝土可能已被積水污染，漿液與拱頂混凝土結(jié)合不好，甚至?xí)蟹謱蝇F(xiàn)象，對(duì)部分后期注漿拱頂取芯發(fā)現(xiàn)注漿與混凝土有明顯的界面。

帶模注漿施工工藝，是在拱頂混凝土初凝前進(jìn)行注漿，漿液強(qiáng)度與二襯混凝土強(qiáng)度相同，流動(dòng)性好，無(wú)收縮，其特點(diǎn)是：

(1)帶模注漿由于是在拱頂混凝土初凝前進(jìn)行注漿，漿液與拱頂混凝土結(jié)合好，不會(huì)出現(xiàn)分層；

(2)帶模注漿漿液強(qiáng)度高，不會(huì)減弱二襯混凝土結(jié)構(gòu)厚度，有利于結(jié)構(gòu)受力；

(3)帶模注漿無(wú)收縮，普通的凈漿收縮率高注漿后還會(huì)留有空洞。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)相似地理環(huán)境的公路隧道凍害調(diào)查，從防水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、二襯混凝土三個(gè)方面分析產(chǎn)生凍害的原因，提出相應(yīng)的“工裝工藝”和設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)對(duì)措施，在施工過(guò)程中落實(shí)嚴(yán)格的檢測(cè)和獎(jiǎng)懲措施，一定會(huì)減少高海拔、高寒、富水隧道凍害，從而減少整治成本，減少整治對(duì)運(yùn)營(yíng)期間的交通影響和社會(huì)影響，保證隧道使用壽命。