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(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式多樣，地質(zhì)情況復(fù)雜，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中各種病害的產(chǎn)生對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全及行車(chē)安全造成嚴(yán)重的影響，通過(guò)對(duì)某山區(qū)公路隧道襯砌裂縫、路面開(kāi)裂沉陷、電纜溝變形傾斜等病害的原成因進(jìn)行分析，闡述了隧道病害的有效處治措施。

關(guān)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(qū)，采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)行車(chē)速度60km/h，為雙洞分離式單洞雙車(chē)道隧道，進(jìn)口段圍巖以Ⅴ類(lèi)為主，部分Ⅳ類(lèi)，中間段全部為Ⅳ類(lèi)圍巖，按新奧法原理進(jìn)行施工，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，即以錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土和鋼架為初期支護(hù)，以模筑（鋼筋）混凝土襯砌為二次襯砌組成。初期支護(hù)與二次襯砌拱墻間設(shè)防水隔離層。隧道于2011年3月開(kāi)工，2012年11月竣工通車(chē)。管養(yǎng)單位在進(jìn)行隧道管養(yǎng)安全排查中，發(fā)現(xiàn)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(xù)增長(zhǎng)，有較大安全隱患。

2隧道病害現(xiàn)狀

2.1襯砌裂縫

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，襯砌裂縫主要集中在邊墻位置，裂縫縱向、環(huán)向、斜向均有分布，其中以縱向裂縫居多，裂縫長(zhǎng)度2~20m不等，寬度0.3~0.5mm，個(gè)別裂縫寬度超過(guò)1mm。左洞共發(fā)現(xiàn)襯砌裂縫146條，總長(zhǎng)788.5m，右洞共發(fā)現(xiàn)襯砌裂縫55條，總長(zhǎng)315m。

2.2路面開(kāi)裂、沉陷

路面病害主要表現(xiàn)為開(kāi)裂、錯(cuò)臺(tái)、坑槽坑洞、局部沉陷、隆起等。經(jīng)檢查，左洞路面病害共計(jì)50處，其中路面裂縫32處，路面錯(cuò)臺(tái)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(jì)23處，其中路面裂縫10處，輕微開(kāi)裂2處，路面錯(cuò)臺(tái)6處，路面坑槽、坑洞4段，路面隆起1處（見(jiàn)圖1、圖2）。

2.3電纜溝傾斜變形

電纜溝病害主要表現(xiàn)為溝身傾斜、溝壁擠壓破損、蓋板翹起等。經(jīng)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(cè)

為進(jìn)一步核實(shí)病害情況并確定病害成因，采用地質(zhì)雷達(dá)、鉆孔取芯的方式對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)和圍巖進(jìn)行檢測(cè)，在隧道左右洞路面布置3條連續(xù)縱向測(cè)線（分別用400MHz和200MHz天線掃描，合計(jì)6條測(cè)線），二次襯砌左右邊墻布置2條連續(xù)縱向測(cè)線（采用400MHz天線掃描），各測(cè)線經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)連續(xù)掃描分別按10m間距統(tǒng)計(jì)了測(cè)點(diǎn)厚度值，按0.5m間距統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)厚度，繪制了厚度曲線圖，并對(duì)測(cè)線位置附近明顯不密實(shí)區(qū)域進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。在隧道典型病害段落共布置10個(gè)鉆孔（左洞布置6個(gè)鉆孔，右洞布置4個(gè)鉆孔），各鉆孔深度2.4~5.4m，提取芯樣對(duì)隧道的隧底結(jié)構(gòu)、圍巖情況進(jìn)行觀察、驗(yàn)證。

3.2病害成因分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合地勘資料、設(shè)計(jì)及養(yǎng)護(hù)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(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，可能發(fā)生松動(dòng)或變形現(xiàn)象，形成圍巖荷載，作用于襯砌結(jié)構(gòu)上后，易使襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斜向及縱向裂縫。結(jié)構(gòu)自重、車(chē)輛荷載及圍巖壓力作用下，基礎(chǔ)可能出現(xiàn)不均勻沉降，易使襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)環(huán)向裂縫以及邊墻部位縱斜向裂縫。（2）結(jié)構(gòu)缺陷原因：本次檢測(cè)段落，路面至仰拱底部結(jié)構(gòu)厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求且部分段落存在不密實(shí)區(qū)域，同時(shí)局部位置存在二次襯砌厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，襯砌結(jié)構(gòu)在荷載作用下變形、路面亦因擠壓局部變形上隆，導(dǎo)致侵線或缺陷部位附近產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。

3.2.2路面、電纜溝病害成因（1）隧道局部段落地質(zhì)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(fēng)化程度高，巖體縱波速度總體較低，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖局部結(jié)構(gòu)破碎；圍巖多為互層狀，部分位置存在軟弱夾層，設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)。本次鉆孔揭露圍巖情況：隧底附近圍巖主要為中~強(qiáng)風(fēng)化巖體，局部較破碎，部分圍巖遇水存在軟化現(xiàn)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(xiàn)遇水軟化引起地基不均勻沉降。（2）施工質(zhì)量不足導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷。根據(jù)本次雷達(dá)以及鉆孔取芯檢測(cè)結(jié)果，路面測(cè)線位置各統(tǒng)計(jì)點(diǎn)隧底結(jié)構(gòu)厚度均小于設(shè)計(jì)值，最大偏差達(dá)到90cm，且測(cè)線位置附近存在明顯不密實(shí)區(qū)域。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)厚度不足，不能達(dá)到原設(shè)計(jì)承載力要求，加之局部存在明顯不密實(shí)區(qū)域容易造成受力不均，隧道路面在長(zhǎng)期重車(chē)通行、圍巖應(yīng)力變化等綜合作用下出現(xiàn)不均勻沉降，造成路面開(kāi)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(jù)檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，隧道拱圈二襯基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，未侵占建筑限界，未發(fā)生明顯變形及結(jié)構(gòu)破壞性裂縫，因此對(duì)裂縫采取環(huán)氧樹(shù)脂灌縫膠封閉處理。

4.2路面沉陷、電纜溝變形處治

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為保證處治效果，對(duì)于路面開(kāi)裂沉陷、電纜溝傾斜變形病害嚴(yán)重的段落，采用仰拱、電纜溝拆換的方式進(jìn)行處治，確保隧道襯砌結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全。具體施工方法如下：（1）將電纜溝中的管線進(jìn)行臨時(shí)改移并注意對(duì)其的保護(hù)，然后拆除兩側(cè)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(zhǎng)Φ89鋼管進(jìn)行注漿鎖腳，鋼管以45°角斜下布設(shè)，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(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。（3）采用分段、分幅、跳槽開(kāi)挖的方式進(jìn)行仰拱的拆除，先后拆除左右幅仰拱并開(kāi)挖至原設(shè)計(jì)仰拱底部，拆除開(kāi)挖的縱向長(zhǎng)度不大于5m，跳槽長(zhǎng)度以施工機(jī)械操作方便為宜，但不得小于5m，仰拱拆換設(shè)計(jì)圖如圖5所示。（4）及時(shí)澆筑鋼筋混凝土仰拱，為保證新澆筑的仰拱與原襯砌結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)。

4.3施工注意事項(xiàng)

（1）仰拱拆換及實(shí)施完成后，均應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，用量測(cè)信息指導(dǎo)施工，量測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)整理分析，并及時(shí)預(yù)報(bào)變位狀況，以便修改設(shè)計(jì)，或制定加強(qiáng)措施，保證結(jié)構(gòu)安全。（2）鎖腳鋼管注漿時(shí)，應(yīng)根據(jù)注漿壓力和注漿量等參數(shù)進(jìn)行控制，注漿應(yīng)飽滿(mǎn)，確保注漿效果。（3）仰拱拆除開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)將基底虛渣清理干凈后再澆筑鋪底找平層。

5結(jié)語(yǔ)

隧道作為公路交通的重要組成部分，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，難免受到地質(zhì)、氣候、環(huán)境、人為等各種因素的影響而產(chǎn)生各種病害，威脅到隧道的結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全。本文通過(guò)對(duì)某公路隧道病害的調(diào)查、檢測(cè)，深入分析了病害成因，除地質(zhì)因素外，施工質(zhì)量不足而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)缺陷是病害產(chǎn)生的主要因素，二襯、仰拱未按設(shè)計(jì)施工，厚度嚴(yán)重不足，承載力達(dá)不到原設(shè)計(jì)要求，從而導(dǎo)致襯砌開(kāi)裂、路面沉陷、電纜溝變形。因此，在隧道施工過(guò)程中，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，保證施工質(zhì)量，是保證隧道結(jié)構(gòu)及使用安全的重要前提，希望通過(guò)本文對(duì)隧道病害成因分析及處治措施，對(duì)同類(lèi)隧道病害及新建隧道的施工提供有效的參考意見(jiàn)，從而提高施工質(zhì)量，保證隧道使用安全，實(shí)現(xiàn)我國(guó)公路隧道的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

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作者：蘇國(guó)旗 海大鵬 況月超 劉明明 王小強(qiáng) 單位：中國(guó)建筑第七工程局有限公司