袁友彬 夏佟 张汉鹏 王栋 孔祥晖
中国建筑第八工程局有限公司（天津分公司）天津 300450
摘要：我国现有市政管廊隧道大都在20世纪90年代后期开始建设运行，目前进入隧道病害高发期，但隧道病害的治理和维修在我国尚处于起步阶段，病害情况和产生原因复杂，研究工作难度很大。
关键词：覆土管廊；隧道；地表沉降；控制技术；分析
引言：随着城市地下综合管廊建设的大力推广，新建综合管廊隧道在周边环境复杂的城市中心区建设时，经常遇到浅覆土暗挖法施工的情况。如何采取多重措施并举，进行隧道开挖过程中的地表沉降控制是我们经常面对的一项技术难题。
1.隧道主要病害及原因分析
1.1隧道病害检测
该隧道运行十余年来，维护过程中发现隧道底板出现明显隆起开裂现象，影响电缆支架，且地下水渗漏严重。隧道地下结构与一般工程结构最大的不同在于它的隐蔽性，而且维修难度较大。隧道的维修管理应坚持预防为主、早期发现、及时维护和对症下药的理念。隧道维修管理的步骤主要包括检查、劣化预测及评价和采取对策等。隧道全面检测主要内容包括:运用激光断面仪检测隧道的内轮廓变形，钻孔取芯法检测隧道衬砌厚度、强度，地质雷达检测隧道衬砌背后空洞及不密实，采用测量和摄像的办法记录裂缝和渗漏水等。
1.1.1隧道变形
隧道内每隔20 m设置1个检测断面，每个检测断面上40个测点，2012年9月通过现场测试76个断面，发现隧道存在9段(处)净空侵界现象，底板最大隆起高度为130 mm。2013年12月对全隧道进行了重新量测，发现隧道增加7段共约393 m的底板隆起现象，隆起最大值为99 mm，同时有8段共约266m边墙存在向内收敛现象，收敛最大值为79mm。
1.1.2衬砌厚度及强度
采用钻芯法对隧道底板和边墙进行取样，全线隧道底板共钻芯取样16处，边墙钻芯取样5处。大部分取样都因长度不足或蜂窝严重，无法切割制作做强度检测的芯样试件。衬砌混凝土抗压强度值分别为16.5MPa和17.8MPa，衬砌层实际有效厚度普遍低于设计值(250mm厚)，内部配筋无法得到混凝土的有效保护，严重影响结构的安全性和耐久性。
1.2病害原因分析
1.2.1地下水应对措施不足
隧道勘察时显示隧道主要穿越岩层，未揭示地下水，而实际隧道部分地段穿越断层和沟谷，基岩裂隙水非常发育，设计施工均未对地下水引起足够重视。隧道采用了防水的理念和做法，力争将地下水阻挡在隧道之外。地下水的渗流作用使得隧道支护结构混凝土与围岩产生脱离，外水压力直接作用在隧道结构上，造成外水压力最大的部位(隧道底板)和受力最不利即隧道跨度最大的部位最先产生隆起破坏。
1.2.2结构设计缺陷和建设标准不高
早期市政管廊隧道建设标准普遍不高，设计采用了喷射混凝土单层衬砌，隧道内简单设置防水砂浆刚性防水层。此种结构会存在混凝土质量不均匀的现象，且喷射混凝土本身耐久性差，随着时间推移和地下水掏空影响，刚度降低;再加上局部遇水易形成渗流通道，造成强度降低，现有结构有效厚度明显小于原设计值。
1.2.3施工质量较差
从底板取芯和开挖情况看，施工过程中底板虚碴清理不足，带水施工现象严重，造成底板混凝土浇筑质量低，与地基没有贴实，形成地下水渗流通道。
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1.3隧道劣化评定
根据《铁路桥隧建筑物修理规则》(铁运［2010］38号)，从隧道土建结构变形和开裂角度，底板衬砌裂损劣化等级为AA，边墙和拱部衬砌裂损劣化等级为B;从结构渗漏水角度，隧道内存在滴水现象，部分处存在淌水或渗水现象，对隧道功能影响程度等级为B；从冻害角度，风井风道处受结冰和围岩冻胀的反复作用掉块现象严重，影响程度为A1级，隧道主体冻害影响程度为D级，从衬砌材料劣化情况看，支护结构喷射混凝土腐蚀严重，衬砌有效厚度不及原设计厚度的3/5，混凝土强度也明显下降，衬砌材料劣化等级为AA。综合上述几个指标，隧道检测结构最终判定为A1—AA级。
2.优化处理方案
针对隧道开挖支护地表沉降超限情况，通过专家论证，做出以下多措施处理优化方案：一是将上下导洞间距由10m，调整为6m，缩短初支不闭合时间，尽量实现初支快封闭。二是在上导洞拱脚处加密连接筋，将连接筋间距有1m调整为0.5m，增大下导洞不闭合状态下的支护强度，减少格栅架设后的工后沉降。三是在上导洞两侧拱脚处各增加1根锁脚锚管，即每处拱脚打设两根锁脚锚管，两根锚管水平夹角60°，竖向角度30°，增大锁脚的支撑托举力。四是针对疑似液化的杂填土，增加超前支护措施，在拱顶120°范围内增加间距0.5m的超前小导管，新增的小导管长度2.5m，打设角度调整为40°，注水泥-水玻璃双液浆，注浆压力控制在0.3MPa，确保隧道上方土体固结强度和自稳时间满足开挖工序要求。五是下导洞下台阶开挖时，先开挖下台阶中间部分土体，最后再开挖两侧拱脚部位，最大限度的减少拱脚暴露时间，从而控制拱顶沉降。六是开挖时严格控制开挖步距，上下导洞拱脚底部在格栅架设前均进行平整夯实处理，然后采用两块200mm×500mm×40mm木板垫起，增大拱脚受力面积，在格栅连接筋焊接前再次使用风镐夯实格栅底部拱脚，确保拱脚底支撑的稳定性，减小格栅拱顶沉降量。七是开挖下台阶时，应将上下台阶混凝土接茬处的浮土清理干净，避免夹杂土体影响结构强度。八是加强并及时进行背后回填注浆。九是加强对施工队人员的管理及教育培训，严控施工质量，特别是土方超欠挖、格栅架设、拱脚支垫、连接筋连接质量、锁脚打设等施工工序，加强对隐检项目的检查力度。
3.多重措施处理后的效果
通过以上实施方案，隧道开挖支护施工质量得到了很大的提高，对地表沉降值进行统计分析，平均沉降值控制在14mm以内，最大地表沉降量为20.64mm，地表沉降量得到了很好的控制，各项监测指标均未超过预警值。地下水处理隧道底板施工的关键在于虚碴清理和无水施工。施工中地下水处理采用“堵排结合”的方式。底板为全强风化地层时，隧道底板开挖施工前先行打设超前导管注浆堵水;底板为中风化岩层时，通过内设截水沟、排水井等方式进行隧道内降排水。同时，加强初期支护和二次衬砌背后注浆，认真做好残留地下水和施工废水的排放工作，确保隧道内不积水。结构防水、二次衬砌采用C30、P8防水钢筋混凝土，初期支护和二次衬砌之间设置全封闭防水层(1.5mm厚ECB+400 g/m2无纺布)，环、纵向施工缝均采用2道遇水膨胀止水条+注浆管加强防水。衬砌后，隧道设置2座集水坑，由自动控制污水泵通过竖井抽排至市政管网。
总结：通过以上多措施并举的沉降控制方案优化调整，沉降风险和施工风险得到了有效控制，施工质量得到保证。我们也在方案优化调整实施过程中，总结出一套切实可行的在浅覆土管廊隧道开挖支护施工工艺，为类似工程积累了宝贵的经验。
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论文作者:袁友彬,夏佟,张汉鹏,王栋,孔祥晖
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/14
标签：隧道论文; 底板论文; 地下水论文; 结构论文; 混凝土论文; 病害论文; 地表论文; 《建筑学研究前沿》2018年第22期论文;