潘雪峰 陳俊宇 嚴(yán)江勇

（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測咨詢有限公司，貴州 貴陽550000）

1 概述

近年來，貴州省高速公路建設(shè)得到了迅猛發(fā)展，截至2019年底，貴州省高速公路總里程突破7000 公里，其中隧道總計(jì)1600 余座。數(shù)量眾多隧道的建成也意味著營運(yùn)隧道的安全也成為了未來高速公路養(yǎng)護(hù)工程的重中之重，由于隧道的種類、長度和運(yùn)營條件的不同，特別貴州地區(qū)巖溶地貌發(fā)育非常典型，分布廣泛，地域分異明顯，導(dǎo)致隧道會(huì)在營運(yùn)期出現(xiàn)了不同種類的病害，主要包括隧道襯砌病害、路面病害、洞門病害、隧底病害等。對于不同隧道病害的處治研究也逐漸深入完善。劉浩[1]針對京港澳高速公路粵境某隧道襯砌開裂和厚度不足的病害，提出病害處治的優(yōu)選方法。曾憲偉[2]根據(jù)實(shí)際工程案例對西南高速公路巖溶地貌隧道滲水進(jìn)行了分析，總結(jié)出了隧道滲水的原因及處理方法。胡勝強(qiáng)[3]針對某高速公路隧道仰拱底鼓破壞等病害，從地質(zhì)及設(shè)計(jì)等因素綜合分析病害的產(chǎn)生的原因，提出了有效的解決方法，并通過有限元軟件對處治方案加以驗(yàn)證。綜上所述，由于營運(yùn)隧道的健康運(yùn)行影響著行車安全及正常的交通流量，所以在不影響隧道正常運(yùn)行的前提下，如何快速高效的處治隧道病害成為隧道處治的重點(diǎn)[4]。

本文結(jié)合具有工程實(shí)例，針對隧道出現(xiàn)的不同病害，通過專門的檢測手段，分析研究其病害形成機(jī)理，提出有效的治理方案。為以后類似高速營運(yùn)隧道病害治理提供了一定的參考。

2 工程概況

2.1 地形地貌

該隧道地貌屬于構(gòu)造剝蝕作用形成的中一低山地貌，為山嶺重丘地形。隧道段內(nèi)地形起伏大，山高坡陡，沖溝發(fā)育，沖溝走向呈南北向，沖溝及溝谷斷面呈“V”字型。隧道軸線通過路段地面標(biāo)高956.00～1210. 00m，相對高差約254.00m，隧道頂板上覆巖體最大厚度約230. 00m 植被發(fā)育，表層多被薄層粉質(zhì)黏土覆蓋，基巖零星出露。兩端洞口段地處沖溝山坡，地形坡度約40°。隧道進(jìn)、出口端洞軸線均與地形等高線近似正交。隧道洞身段中部埋深45～230m 左右。巖性以微風(fēng)化頁巖為主，洞身段圍巖級別為Ⅳ～Ⅴ級。

2.2 地層巖性

隧道區(qū)地層分布簡單，上部有第四系覆蓋層分布，下伏基巖為寒武系下清虛洞組（ε1q）及寒武系下統(tǒng)杷榔組（ε1p）地層。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

隧道區(qū)位于北北東走向的洞口斷層西北、東西走向的甕哨樞紐u 斷層南部及東西走向的鎮(zhèn)遠(yuǎn)樞紐斷層北側(cè)。構(gòu)造形跡主要為燕山期北北東向及東西向構(gòu)造。

F1 斷層與隧道軸線大角度從隧道區(qū)中部穿過，為正斷層，產(chǎn)狀350°∠70°，破碎帶寬約50～55m，主要由構(gòu)造角礫巖組成。

F2 斷層近于垂直隧道軸線從隧道區(qū)出口端山坡穿過，為逆斷層，產(chǎn)狀320°∠60°，破碎帶寬約40～45m，主要由壓碎巖、碎裂巖等組成。

2.4 水文地質(zhì)條件

隧道區(qū)地下水類型主要為裂隙水，賦存于下伏頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r的風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙及斷層構(gòu)造帶裂隙中，其分布及水量大小受巖層節(jié)理裂隙發(fā)育情況、賦水條件及填充物的影響較大。巖石中裂隙較為發(fā)育，多呈張開狀，連通性較好，但賦水條件差，裂隙水貧乏。大氣降水為主要補(bǔ)給源。F1、F2 斷層帶，該斷層帶中充填的構(gòu)造角礫巖由于母巖成分泥質(zhì)含量較高，因其透水性較差，屬弱透水層。

3 隧道病害概況

2019 年11 月下旬隧道出現(xiàn)較多明顯病害，根據(jù)初步的踏勘發(fā)現(xiàn)，該隧道主要存在路面隆起，路面開裂，襯砌環(huán)向裂縫等病害現(xiàn)象。為了詳細(xì)了解路面病害區(qū)域的仰拱、基巖及隧道襯砌情況，對隧道病害段進(jìn)行了地質(zhì)勘探和雷達(dá)物探。隧道檢測結(jié)果及隧道最終病害主要如下:

3.1 隧道隧底病害

該隧道路面出現(xiàn)長約18m 的縱向裂縫，并有擴(kuò)展的現(xiàn)象；在路中心線路面開裂，輕微錯(cuò)臺(tái)；在行車道中心線附近出現(xiàn)路面隆起現(xiàn)象，行車該路段會(huì)出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。

圖1 隧道開裂隆起

通過對隧道基底的鉆孔驗(yàn)芯可知，隧道底板以下，巖性均為武系下統(tǒng)杷榔組（ε1p）灰黑色碳質(zhì)頁巖。鉆孔位置處路面以下60～75cm 為混凝土，其下為破碎狀及塊狀的碳質(zhì)頁巖。隧底未設(shè)置仰拱，地下水位在1m 以下。

圖2 隧道部分鉆芯芯樣

3.2 隧道襯砌病害

通過對隧道的外觀檢測及實(shí)體檢測，發(fā)現(xiàn)該隧道襯砌病害主要存在有：襯砌裂縫、襯砌欠厚、襯砌空洞。3.2.1 襯砌裂縫:通過對隧道的外觀檢測，在測區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多條環(huán)向襯砌裂縫及縱向襯砌裂縫，其中隧道右洞有2 條環(huán)線裂縫，1 條縱縫，2 條斜縫；隧道左洞有13 條環(huán)線裂縫，5 條縱縫，2 條斜縫。3.2.2 襯砌欠厚：通過地質(zhì)雷達(dá)對隧道左右洞檢測發(fā)現(xiàn)，在測區(qū)內(nèi)部分襯砌厚度小于設(shè)計(jì)值；在隧道右洞測線范圍內(nèi)共計(jì)508 個(gè)測點(diǎn)，其中453 個(gè)測點(diǎn)滿足要求，襯砌厚度合格率89.2%；在隧道左洞測線范圍內(nèi)共計(jì)568 個(gè)測點(diǎn)，其中384 個(gè)測點(diǎn)滿足要求，襯砌厚度合格率67.6%，最小襯砌厚度不足12cm，通過檢測發(fā)現(xiàn)隧道襯砌欠厚區(qū)域主要集中與隧道左右邊墻位置，為證明檢測的真實(shí)性，隨之對隧道襯砌厚度進(jìn)行了鉆孔驗(yàn)證，鉆孔驗(yàn)證結(jié)果與檢測結(jié)果相符。3.2.3 襯砌背后空洞：在隧道右洞有2 處襯砌拱頂脫空。

圖3 隧道襯砌脫空

4 病害形成機(jī)理分析

4.1 隧底病害原因分析

4.1.1 F1 斷層破碎帶影響：隧道隧底病害區(qū)域位于斷層帶附近，斷層破碎帶極易將地下水導(dǎo)入隧道圍巖中，形成地下水導(dǎo)水通道，導(dǎo)致地下水富集，軟化圍巖。4.1.2 病害區(qū)域圍巖水化效應(yīng)：拱底圍巖為微風(fēng)化層的頁巖及灰?guī)r，屬軟巖，有軟化性，雨水易膨脹，巖體破碎，受斷層帶及地下水的影響，當(dāng)?shù)接昙窘涤炅枯^大時(shí)，拱底的頁巖經(jīng)水浸軟化膨脹后，拱底圍巖強(qiáng)度降低，隧道承受的水平壓力不斷增加，此時(shí)拱底圍巖剛度小于拱頂圍巖剛度，當(dāng)荷載強(qiáng)度超過隧道拱底結(jié)構(gòu)的承載力時(shí)，隧道拱底就發(fā)生隆起變形病害。

4.2 隧道襯砌病害原因分析

4.2.1 襯砌裂縫形成原因。4.2.1.1 環(huán)向裂縫。環(huán)向裂縫在隧道施工縫兩側(cè)出現(xiàn)的頻率較高，多數(shù)為貫通或者延展一定長度后截止。其病害主要成因?yàn)椋篴. 混凝土養(yǎng)護(hù)不到位或振搗不充分，使得收縮徐變應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致二襯開裂。b.出現(xiàn)裂縫部位的二襯在澆筑收縮過程中由于受到鋼拱架的約束，極易在厚度薄弱部位出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。c.襯砌厚度偏薄部位由于受混凝土收縮、溫度變化等綜合作用也會(huì)形成不規(guī)則的環(huán)向裂縫。4.2.1.2 縱向裂縫?？v向裂縫一般在拱頂和邊墻位置出現(xiàn)的頻率較高，這類裂縫對隧道的穩(wěn)定性影響較大。其病害主要成因?yàn)椋篴.隧道的不均勻沉降是縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因。b. 溫度應(yīng)力和水平側(cè)壓力過大也會(huì)導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生。

4.2.2 襯砌欠厚。病害主要原因是由于在施工過程中受施工條件、施工工藝影響以及后期隧道在使用過程中物理、化學(xué)等作用，導(dǎo)致隧洞襯砌厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

5 病害處治方案

5.1 隧底病害處治措施

綜合考慮到運(yùn)營隧道的結(jié)構(gòu)性安全和交通壓力，采用隧底注漿加固技術(shù)[5、6、8]對隧道路面病害進(jìn)行快速修復(fù)。5.1.1 隧道兩側(cè)邊墻腳設(shè)置φ108×6mm 鎖腳鋼花管，鋼花管長6m，縱向間距1m，傾角70°、45°，間隔交錯(cuò)布設(shè)。5.1.2 邊墻角采用φ108注漿鋼花管鎖腳加固，鋼花管長6m，縱向間距1m，傾角為75°和45°交錯(cuò)布設(shè)，鎖腳鋼花管內(nèi)設(shè)鋼筋籠，主筋采用4 根HRB400 直徑為18mm 的鋼筋，固定環(huán)采用φ42×4 短管節(jié)（4cm 長），將其與主筋焊接，按1m 間距布置。5.1.3 鎖腳加固后鑿除路面板，鑿除厚度36cm，清除廢渣后于路面設(shè)豎向鋼花管注漿，鋼花管采用φ42×4 鋼管加工而成，鋼化管長4.5m，頂端1m 為止?jié){段。注漿孔間距1m，梅花形布置。5.1.4 鎖腳及基底鋼花管漿液水灰比0.4～0.5，采用超細(xì)水泥，注漿壓力1.5～2.0MPa，注漿前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，水泥漿配合比及注漿壓力根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整確定，注漿后鋼管內(nèi)用M30 水泥砂漿填充，提高鋼管強(qiáng)度。（注：根據(jù)現(xiàn)場情況，當(dāng)注漿壓力不夠時(shí)，水泥漿可加細(xì)沙，并添加加速凝劑。)5.1.5 鋼花管注漿完畢后，與路面增設(shè)橫向排水盲溝，間距5m 布設(shè)一道，將路基滲水引入中心排水溝。5.1.6每根φ42×4mm 鋼花管外露開挖地面10cm，鋼花管外側(cè)焊接兩根HRB400 直徑為22mm 的錨固鋼筋，單根長40cm，并與路面板鋼筋網(wǎng)綁扎連接，路面鋼筋網(wǎng)布設(shè)間距為30cm×20cm，鋪設(shè)路面鋼筋網(wǎng)完畢后澆筑路面板。5.1.7 施工應(yīng)按鎖腳加固→開挖路面板→路面鋼花管注漿→鋪設(shè)路面板及瀝青層→恢復(fù)標(biāo)識。5.1.8 施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控測量，要求測點(diǎn)布設(shè)間距不大于5m，局部變形嚴(yán)重底端根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加密，每天監(jiān)測頻率不小于3 次，以便掌握施工期隧道襯砌變形動(dòng)態(tài)。

5.2 襯砌病害處治措施

5.2.1 襯砌裂縫。裂縫寬度＜0.1mm 的裂縫及環(huán)向施工縫不予處理；裂縫寬度≥0.1mm 的縱向、斜向裂縫進(jìn)行裂縫灌縫封閉處理，灌注膠采用無溶劑型改性環(huán)氧樹脂[8]。裂縫灌膠的施工要點(diǎn)：a.裂縫混凝土表面處理：用鋼絲刷反復(fù)刷裂縫表面左右2cm的混凝土直至表面浮漿脫落，用無油壓縮空氣除塵,用丙酮試劑擦洗表面。b.粘貼壓漿嘴：首尾各一個(gè)，中間縫寬則疏，縫窄則密，壓漿嘴最大間距30～50cm 布置，在一條逢上必須有進(jìn)漿嘴，排氣嘴，出漿嘴。c.裂縫表面封閉：用密封膠封閉裂縫表面，膠泥厚不小于1mm，寬度2～3cm。d.密封檢查：從最下或左的壓漿嘴輸入0.4MPa 無油壓縮空氣，相鄰或右嘴排氣時(shí)逐個(gè)關(guān)閉所有閥門，再沿縫附近涂刷肥皂水檢漏；若有氣泡冒出說明該處漏氣，作好標(biāo)記。用裂縫表面封閉膠對漏氣的區(qū)域進(jìn)行封閉，待達(dá)到強(qiáng)度后再氣檢，如此反復(fù)直至不漏氣為止。e.配制裂縫灌注膠（修補(bǔ)膠），按照供應(yīng)商提供的產(chǎn)品說明書要求的比例配制。f.縫灌膠：用0.2MPa 無油壓縮空氣為動(dòng)力緩慢起灌，當(dāng)相鄰嘴不夾氣冒膠時(shí)關(guān)閉該閥，逐一排氣冒膠關(guān)閥，直至最后一個(gè)閥。連通縫的裂縫灌漿在內(nèi)側(cè)灌膠外側(cè)觀測出膠情況，在灌膠時(shí)外側(cè)壓漿嘴出膠后由低到高逐個(gè)關(guān)閉閥門。g.封口結(jié)束：待縫內(nèi)漿液達(dá)到初凝而不外流時(shí)可拆下灌漿嘴，再用封閉膠抹平封口。5.2.2 襯砌欠厚。對于隧道襯砌欠厚段缺陷采用W250 型鋼帶進(jìn)行加固[7、8]。將粘貼W 鋼帶位置進(jìn)行基面處理，粘貼面應(yīng)堅(jiān)實(shí)平整無浮塵，然后在襯砌表面及鋼帶涂刷膠粘劑，用錨栓固定W 鋼帶后，對鋼帶進(jìn)行封邊及表面防腐處理。5.2.3襯砌脫空。襯砌存在空洞采用鉆孔注漿進(jìn)行回填。在襯砌拱頂空洞處采用鉆機(jī)鉆孔，孔徑Φ50，鉆孔間距不超過1m，鉆孔深度為該處混凝土厚度；采用Φ42×4mm 鋼管進(jìn)行注漿，鋼管長度為孔深，水泥砂漿水灰比1：1，注漿壓力0.1～0.3MPa。鉆孔時(shí)應(yīng)避免破壞防水板。

6 結(jié)論

由上文可知，隧道受各種因素的影響，營運(yùn)隧道的病害嚴(yán)重影響了隧道的運(yùn)營安全，如何在保證隧道結(jié)構(gòu)安全的前提下，又能最大程度的減少病害處治對隧道行車的影響，隧道病害如何快速處治已經(jīng)成為重中之重。本文以各種檢測手段為依據(jù)，探明了隧道的具體病害，分析其隧道病害的作用機(jī)理，最后提出隧道病害處治方案。本文的隧道病害研究對類似隧道的病害處治具有重要的指導(dǎo)作用和參考價(jià)值。