公路隧道病害成因與處治探討

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摘要：公路隧道是交通交通運輸系統的重要組成部分，其結構形式多樣，地質情況復雜，在運營過程中各種病害的產生對隧道襯砌結構的安全及行車安全造成嚴重的影響，通過對某山區公路隧道襯砌裂縫、路面開裂沉陷、電纜溝變形傾斜等病害的原成因進行分析，闡述了隧道病害的有效處治措施。

關鍵詞：公路隧道；病害；成因分析；處治措施

1隧道工程概況

隧道位于西南地區，采用一級公路標準，設計行車速度60km/h，為雙洞分離式單洞雙車道隧道，進口段圍巖以Ⅴ類為主，部分Ⅳ類，中間段全部為Ⅳ類圍巖，按新奧法原理進行施工，采用復合式襯砌結構，即以錨桿、鋼筋網、噴射混凝土和鋼架為初期支護，以模筑（鋼筋）混凝土襯砌為二次襯砌組成。初期支護與二次襯砌拱墻間設防水隔離層。隧道于2011年3月開工，2012年11月竣工通車。管養單位在進行隧道管養安全排查中，發現隧道局部段落存在二次襯砌裂縫、路面沉降、位移、電纜溝傾斜變形，且沉陷、變形位移量持續增長，有較大安全隱患。

2隧道病害現狀

2.1襯砌裂縫

經現場檢查發現，襯砌裂縫主要集中在邊墻位置，裂縫縱向、環向、斜向均有分布，其中以縱向裂縫居多，裂縫長度2~20m不等，寬度0.3~0.5mm，個別裂縫寬度超過1mm。左洞共發現襯砌裂縫146條，總長788.5m，右洞共發現襯砌裂縫55條，總長315m。

2.2路面開裂、沉陷

路面病害主要表現為開裂、錯臺、坑槽坑洞、局部沉陷、隆起等。經檢查，左洞路面病害共計50處，其中路面裂縫32處，路面錯臺2處，路面坑槽、坑洞9段，路面局部下陷2處，路面隆起5處；右洞路面病害共計23處，其中路面裂縫10處，輕微開裂2處，路面錯臺6處，路面坑槽、坑洞4段，路面隆起1處（見圖1、圖2）。

2.3電纜溝傾斜變形

電纜溝病害主要表現為溝身傾斜、溝壁擠壓破損、蓋板翹起等。經檢查，左洞電纜溝病害共13處，其中溝壁擠壓傾斜、破損共11處，蓋板翹起1處，蓋板缺失1處。右洞電纜溝病害共10處，其中溝壁擠壓傾斜、破損共4處，溝身傾斜6段。

3病害成因分析

3.1病害檢測

為進一步核實病害情況并確定病害成因，采用地質雷達、鉆孔取芯的方式對隧道襯砌結構和圍巖進行檢測，在隧道左右洞路面布置3條連續縱向測線（分別用400MHz和200MHz天線掃描，合計6條測線），二次襯砌左右邊墻布置2條連續縱向測線（采用400MHz天線掃描），各測線經地質雷達連續掃描分別按10m間距統計了測點厚度值，按0.5m間距統計實測厚度，繪制了厚度曲線圖，并對測線位置附近明顯不密實區域進行了統計。在隧道典型病害段落共布置10個鉆孔（左洞布置6個鉆孔，右洞布置4個鉆孔），各鉆孔深度2.4~5.4m，提取芯樣對隧道的隧底結構、圍巖情況進行觀察、驗證。

3.2病害成因分析

根據檢測結果，結合地勘資料、設計及養護資料等，主要病害成因分析如下。

3.2.1襯砌裂縫病害成因（1）荷載作用：隧道圍巖在長期的運營過程中，可能發生松動或變形現象，形成圍巖荷載，作用于襯砌結構上后，易使襯砌結構出現斜向及縱向裂縫。結構自重、車輛荷載及圍巖壓力作用下，基礎可能出現不均勻沉降，易使襯砌結構出現環向裂縫以及邊墻部位縱斜向裂縫。（2）結構缺陷原因：本次檢測段落，路面至仰拱底部結構厚度不滿足設計要求且部分段落存在不密實區域，同時局部位置存在二次襯砌厚度不滿足設計要求，襯砌結構在荷載作用下變形、路面亦因擠壓局部變形上隆，導致侵線或缺陷部位附近產生開裂現象。

3.2.2路面、電纜溝病害成因（1）隧道局部段落地質條件差。地勘資料顯示，隧道圍巖主要多為砂巖、泥巖與粉砂巖互層。圍巖局部風化程度高，巖體縱波速度總體較低，節理裂隙發育，圍巖局部結構破碎；圍巖多為互層狀，部分位置存在軟弱夾層，設計圍巖級別為Ⅴ級和Ⅳ級。本次鉆孔揭露圍巖情況：隧底附近圍巖主要為中~強風化巖體，局部較破碎，部分圍巖遇水存在軟化現象。綜上所述，隧道圍巖總體較差，隧底圍巖破碎，局部存在軟弱夾層。此種圍巖地基承載力較弱，在雨季局部可能出現遇水軟化引起地基不均勻沉降。（2）施工質量不足導致結構缺陷。根據本次雷達以及鉆孔取芯檢測結果，路面測線位置各統計點隧底結構厚度均小于設計值，最大偏差達到90cm，且測線位置附近存在明顯不密實區域。因為結構厚度不足，不能達到原設計承載力要求，加之局部存在明顯不密實區域容易造成受力不均，隧道路面在長期重車通行、圍巖應力變化等綜合作用下出現不均勻沉降，造成路面開裂、沉陷和電纜溝變形等病害。

4病害處治措施

4.1襯砌裂縫處治

依據檢測結果，結合現場實際情況，隧道拱圈二襯基本滿足設計要求，未侵占建筑限界，未發生明顯變形及結構破壞性裂縫，因此對裂縫采取環氧樹脂灌縫膠封閉處理。

4.2路面沉陷、電纜溝變形處治

根據檢測結果及現場實際情況，為保證處治效果，對于路面開裂沉陷、電纜溝傾斜變形病害嚴重的段落，采用仰拱、電纜溝拆換的方式進行處治，確保隧道襯砌結構及運營安全。具體施工方法如下：（1）將電纜溝中的管線進行臨時改移并注意對其的保護，然后拆除兩側電纜溝及排水邊溝。（2）既有仰拱的拆除，可能造成隧道二襯的沉降，為減小沉降，保證施工安全，在仰拱拆除前在隧道拱腳部位采用一根4.0m長Φ89鋼管進行注漿鎖腳，鋼管以45°角斜下布設，縱向間距1m，注漿漿液采用M30水泥砂漿，水泥采用42.5MPa水泥，砂漿配合比及注漿壓力由現場試驗確定。（3）采用分段、分幅、跳槽開挖的方式進行仰拱的拆除，先后拆除左右幅仰拱并開挖至原設計仰拱底部，拆除開挖的縱向長度不大于5m，跳槽長度以施工機械操作方便為宜，但不得小于5m，仰拱拆換設計圖如圖5所示。（4）及時澆筑鋼筋混凝土仰拱，為保證新澆筑的仰拱與原襯砌結構的整體性，新澆筑仰拱與原襯砌之間采用植筋連接，并在新澆筑仰拱混凝土中加入微膨脹劑。（5）仰拱拆換完成后，重新施作電纜溝，按原設計恢復路面結構。

4.3施工注意事項

（1）仰拱拆換及實施完成后，均應加強監控量測工作，用量測信息指導施工，量測數據應及時整理分析，并及時預報變位狀況，以便修改設計，或制定加強措施，保證結構安全。（2）鎖腳鋼管注漿時，應根據注漿壓力和注漿量等參數進行控制，注漿應飽滿，確保注漿效果。（3）仰拱拆除開挖至設計深度后，應將基底虛渣清理干凈后再澆筑鋪底找平層。

5結語

隧道作為公路交通的重要組成部分，在長期的使用過程中，難免受到地質、氣候、環境、人為等各種因素的影響而產生各種病害，威脅到隧道的結構及運營安全。本文通過對某公路隧道病害的調查、檢測，深入分析了病害成因，除地質因素外，施工質量不足而導致的結構缺陷是病害產生的主要因素，二襯、仰拱未按設計施工，厚度嚴重不足，承載力達不到原設計要求，從而導致襯砌開裂、路面沉陷、電纜溝變形。因此，在隧道施工過程中，嚴格按設計要求施工，保證施工質量，是保證隧道結構及使用安全的重要前提，希望通過本文對隧道病害成因分析及處治措施，對同類隧道病害及新建隧道的施工提供有效的參考意見，從而提高施工質量，保證隧道使用安全，實現我國公路隧道的長遠發展。

參考文獻

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[4]付鋼.八一、向陽隧道病害整治設計[D].重慶：重慶交通大學，2016.

作者：蘇國旗 海大鵬 況月超 劉明明 王小強 單位：中國建筑第七工程局有限公司