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【摘要】文章采用資料調研與數值分析，開展運營常家院子隧道拱頂防水板切割襯砌混凝土的整治方案研究，通過數值分析進行驗證，對套襯補強方案處理前后襯砌結構的內力進行分析。經調研分析，得研究成果:基于防水板切割襯砌混凝土屬于質量缺陷而非病害、隧道整體穩定的前提下，提出了充分利用既有結構承載能力，主要選用局部修復隧道結構完整性和恢復承載能力的方案，通過對整治后襯砌結構的內力分析，表明采用套襯補強方案，能基本或完全恢復原設計的承載能力，可為后續相關工程案例提供參考。

【關鍵詞】隧道拱頂;防水板切割;數值模擬;套襯補強

通過對近幾年運營隧道檢測和調查結果進行統計，發現隧道普遍存在襯砌拱頂防水板切割［1］襯砌混凝土問題，該問題實屬隧道質量缺陷。雖短時內隧道仍處于穩定狀態，但對于防水板切割襯砌拱頂混凝土，造成拱頂混凝土脫空程度較大、厚度較薄時，隨圍巖及材料劣化及周圍環境的變化，很可能導致較薄襯砌開裂、掉塊或脫空上方掉落沖擊而影響運營安全，故必須對探明的問題進行處治。目前主要的修補方案包括格構法補強、套襯加固［2］、鑿除重建甚至利用波紋鋼［3］進行補強，本文只針對套襯加固補強方案進行研究，驗證套襯補強方案的合理性。

1工程概況

常家院子隧道全長305m，最大埋深約47m。本隧為客貨共線，旅客列車設計行車速度200km/h并開行雙層集裝箱單線隧道。除進口12m采用明洞，其余采用復合式襯砌，III級復合式襯砌為C30混凝土厚35cm。隧區屬剝蝕丘陵地貌，丘槽相間，地形起伏大，該隧道上覆第四系全新統坡(Q4dl+el)粉質黏土，厚度0～2m;下伏基巖為侏羅系中統上沙溪廟組(J2s)泥巖夾砂巖，強風化帶1～4m。為單斜構造，洞身泥巖質軟，巖層近于水平，節理發育，地下水不發育，地下水以孔隙潛水、基巖裂隙水為主，砂巖夾泥巖屬富水性中等含水層組，對混凝土無侵蝕性。

2缺陷情況及分析

滬蓉線常家院子隧道位于重慶市潼南境內，二襯混凝土設計厚度40cm。防水板切割主要發生在左偏拱頂處。K1750+212．5～+216．5(洞身標123．5～127．5)左拱腰防水板切割襯砌(防水板后為灌漿膠凝體)，導致襯砌表面敲擊空響，空響范圍長2m×寬2m，且被切割襯砌表面存在縱、環向網狀閉合裂縫，裂縫最長達5m、寬度2mm，并有錯臺，且裂縫較上次檢查有明顯發展，裂縫延長約0．5m(圖1)。

3加固方案

病害整治措施為套襯加固方案，套襯采用25cm厚C40細石(自密實)模筑鋼筋混凝土，需采取合理的配合比施工措施，保證既有線模筑混凝土澆筑質量。套襯施作前需將原有襯砌表面鑿毛處理，鑿毛后露出的新鮮混凝土面積不低于總面積的75%，鑿毛面用清水清理干凈，并不得積水，然后涂刷界面劑，以保證新舊混凝土連接良好，新舊混凝土面處理應符合Q/CＲ9207－2017《鐵路混凝土工程施工技術規程》的規定。在對缺陷部位開天窗鑿除后，通過模筑混凝土修補受損的襯砌混凝土，再對襯砌缺陷部位設置整環套襯，保證結構具有極大的安全儲備。套襯加固整治圖及鋼筋布置示意如圖2所示。

4計算分析

4．1計算過程

取隧道埋深40m，隧道初支厚度20cm，襯砌厚度40cm，通過地層的地應力平衡得到初始地應力，結構－圍巖荷載通過三維的地層－結構模型進行傳遞。地層圍巖采用摩爾庫倫模型，結構采用彈性模型，圍巖與結構均為實體單元，分別考慮防水板切割襯砌混凝土時襯砌結構應力變化情況，并與開窗修補、套襯加固后襯砌結構的應力進行對比分析。

4．2模型建立

通過建立三維有限元模型進行數值模擬計算，模型建立過程中對前后左右邊界施加法向約束，模型底部施加豎向位移約束，頂部為自由面。模型長寬高尺寸分別為:90m(L)×10m(W)×80m(H)，根據圣維南原理，模型邊界取隧道半徑的3～5倍以上，便可忽略邊界效應對隧道結構應力的影響。數值模型如圖3所示，防水板切割襯砌混凝土側面如圖4所示，數值模型套襯加固結構如圖5所示。

4．3計算參數

本計算所涉及到隧道結構混凝土及套襯混凝土參數取值見表1和表2。

4．4襯砌結構內力分析

選取襯砌左偏拱頂缺陷部位，對該部位進行局部研究，分析該部位在這3個階段下，襯砌結構的應力變化情況，從而驗證套襯加固方案的合理性，具體的最大與最小主應力云圖如圖6～圖8所示。對3個階段下襯砌結構局部的最大與最小主應力進行數據統計，如表3所示。由圖6～圖8、表3可知，防水板切割混凝土后襯砌結構的最大主應力為0．63MPa(受拉)，且出現在防水板切割部位，最小主應力為－0．583MPa(受壓);開窗修補后，結構的最大與最小主應力分別為0．046MPa(受拉)，－0．181MPa(受壓);在施作套襯后，襯砌結構的大小主應力分別為0．027MPa(受拉)、－0．037MPa(受壓)。相比于防水板切割，套襯加固后襯砌結構的最大與最小主應力均在大幅減小，而與開窗修補后結構的主應力相比，271套襯加固能有效減小結構的最小主應力，最大主應力變化不大，即施作套襯后能有效提高結構的安全儲備能力。由表3可知:①襯砌及套襯結構的最大與最小主應力在以上三個施工階段下均滿足C30和C40混凝土抗拉和抗壓強度設計值;②相比于襯砌切割混凝土時，開窗修補后襯砌結構的最大與最小主應力均有所減小;而在套襯加固后，襯砌結構的最小主應力有明顯減小，最大主應力相比于開窗修補后略微增加。說明施作套襯能提高襯砌結構的安全儲備能力。同時也驗證了套襯加固方案在修補防水板切割混凝土時具有一定效果。

5結論

經過數值計算可以得到結論:(1)防水板切割襯砌混凝土時，結構的主應力會增大，說明結構整體的承載能力會減弱，結構劣化的可能性會增大，整個結構存在一定的安全隱患。(2)套襯加固對結構的安全性和穩定性有明顯提高，且能有效保證襯砌結構的安全儲備能力。驗證了套襯加固方案在整治防水板切割混凝土時具有一定效果和實際意義。(3)套襯修補加固若按照加固方案進行施工組織，能高效地消除防水板切割等質量缺陷帶來的運營安全隱患。同時套襯修補加固方案能有效提高襯砌結構的承載能力，保證結構與列車行駛的安全。

參考文獻

［1］樊永杰．高鐵隧道拱部防水板切割襯砌缺陷整治技術［J］．工程建設與設計，2020(14):91－94．

［2］劉浩，李清．公路隧道“防水板切割二襯”檢測技術探討［J］．廣東公路交通，2019，45(4):217－221．

［3］葉子健，劉德華，宋延旭．波紋鋼板加固隧道襯砌的應用研究———某隧道工程實例分析［J］．北京建筑大學學報，2020，36(4):71－78．

作者:龔興旺 單位:西南交通大學土木工程學院 交通隧道工程教育部重點實驗室