淺談公路隧道火災后病害處治技術

翟正平

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

1 概述

巖后隧道位于國道二廣高速公路山西境內晉城至濟源段，為分離式雙向四車道隧道，左洞長839.5 m，右洞長785.5 m，凈高為5 m，隧道凈寬為9.75 m，設計速度80 km/h。2014年3月1日隧道右線發生危化品燃爆事故，造成液態天然氣車輛爆炸，隧道內42輛汽車、1 500多噸煤炭燃燒，大火燃燒了73 h，隧道被嚴重破壞。

2 襯砌結構及檢測

2.1 既有襯砌結構

隧道襯砌結構是按照《公路行業隧道設計規范》（JTJ 026—90）設計。明洞為60 cm厚C25防水鋼筋混凝土結構，拱背回填M7.5漿砌片石、土石及50 cm厚黏土隔水層。暗洞襯砌結構為復合式襯砌，有Ⅱa型、Ⅱb型、Ⅲa型、Ⅲb型、Ⅳa型共5類復合式襯砌[1]，具體支護參數見表1。

表1 既有復合式襯砌結構設計參數

2.2 隧道病害狀況調查及檢測方法

隧道病害調查采用了照相機、攝像機、直尺、皮尺等記錄和量測工具，對隧道內病害狀況進行了詳細的調查，主要是襯砌、路面、排水邊溝、電纜槽、洞門、防排水系統、機電等方面開展及其他設施[2]。

隧道襯砌檢測主要針對隧道斷面、襯砌厚度、襯砌結構，以確定襯砌結構變形情況和結構強度安全狀況。采用激光斷面儀檢測隧道斷面來確定隧道變形情況。二襯混凝土強度采用回彈法和超聲回彈綜合法進行無損檢測，并結合鉆芯法芯樣強度試驗結果，綜合評定混凝土強度。隧道襯砌與圍巖狀況檢測采用地質雷達，鑒于隧道襯砌表面平整連續，選擇了時間方式連續測量方法進行檢測。根據隧道襯砌取芯試驗強度和襯砌損壞情況，結合不同位置襯砌結構強度變化情況，確定了襯砌結構損壞范圍。

3 火災后右線隧道損壞狀況

3.1 隧道右線出口洞門

隧道右線出口為端墻式洞門，被火燒熏黑，但洞門墻墻身結構沒有發現病害。火災后發現問題：a）洞門墻頂帽石為塊石，邊沿被燒脫落；b）洞門墻左側有1條橫向的裂縫，為墻面裝飾塊石被火燒剝離開裂；c）明洞襯砌混凝土強度檢測不足設計強度的50%，不滿足使用安全要求。

圖1 隧道出口洞門

3.2 襯砌結構

根據襯砌損壞情況和襯砌混凝土強度情況，將右線隧道內襯砌損壞分為3個區：損壞嚴重區、損壞中等區和損壞輕微區。

3.2.1 損壞嚴重區

K9+950—K10+361出口段為火災后襯砌損壞嚴重區。火災后隧道狀況：a）隧道襯砌剝離脫落24處、深度在5～32 cm間，最長剝落段K10+187—K10+238段有51 m長；b）襯砌表面都是網狀裂縫；c）隧道的配電箱室和滅火器室都存在不同程度損壞；d）人行橫通道與主隧道交叉處襯砌混凝土已經燒壞。

3.2.2 損壞中等區

K9+800—K9+950段為火災后襯砌損壞中等區。火災后隧道狀況：a）隧道襯砌剝離脫落1處、深度在10 cm；b）麻面2處；c）襯砌表面有環向、縱向和網狀裂縫；d）隧道的配電箱室和滅火器室個別輕度損壞。

3.2.3 損壞輕微區

K9+575.5—K9+800段為火災后襯砌損壞輕微區。火災后隧道狀況：a）隧道襯砌環向施工縫和結構縫基本全部顯現；b）襯砌結構局部有裂縫，裂縫寬度在0.5～1 mm之內。

3.2.4 防火涂層

右線隧道已全部被燒毀，隧道中涂層不斷小塊脫落或開裂。

3.3 隧道防排水設施

襯砌施工縫處橡膠止水帶基本被損壞。襯砌背后EVA防水板部分被熱熔，隧道的配電箱室和滅火器室處EVA防水板被燒掉。

3.4 隧道邊溝及電纜槽

K9+575.5—K9+950損壞輕微段和中等段的蓋板邊沿的電纜槽都被燒壞，蓋板有個別的損壞。K9+950—K10+361損壞嚴重段的電纜槽外側槽身和蓋板都被燒壞，蓋板用錘砸能砸下小坑，且表面出現裂縫。

3.5 機電及其他設施

隧道內機電及其他設施全部損壞，包括隧道洞口的機電設施控制室內部分設備受爆炸沖擊被損壞。

4 病害處治技術

4.1 處治原則

隧道處治依據《公路隧道設計規范》和《公路隧道養護技術規范》，以徹底地處理隧道病害和保證隧道安全運營為原則[1-2]。處理方案要費用少、施工快，不得惡化現有圍巖條件、不得加速病害發展、盡量不損傷既有無病害結構。隧道加固材料采用無毒、無污染材料，滿足安全、環保的要求。

4.2 具體處治措施

4.2.1 出口洞門處治

隧道右線出口洞門采用拆除重新修筑，和新建隧道洞門一樣，墻身C20現澆片石混凝土，表面采用塊料石鑲面。洞門和明洞之間采用φ22鋼筋連接。

4.2.2 隧道襯砌替換和加固

4.2.2.1 二次襯砌整體換拱

a）K9+950—K10+361損壞嚴重區采用隧道整體換拱，將二次襯砌全部拆除重筑。重新砌筑隧道的二次襯砌，因隧道建筑限界是確定不變的，所以二次襯砌結構厚度同原襯砌厚度，采用C30防水混凝土。其中，Ⅳ型襯砌段考慮圍巖受大火燒時間長，對外圍松散危巖進行清除，清除范圍按照外圍30 cm厚度考慮，清除完后噴射10 cm厚C25噴射混凝土（考慮搶險工期要求添加2%早強劑來加快施工進度）。

b）對隧道周邊圍巖加固，考慮火災對圍巖裂隙發展的影響，為保證安全，對整體換拱段全部采用φ42小導管進行注漿加固，長250 cm，環向間距80 cm，縱向間距100 cm，注水泥漿。拱部是加固重點部位。

c）拆除襯砌采用機械切割和人工鑿除。拆除時二次襯砌初始鑿除開口，要做切割或切槽，方便后期人工鑿除。鑿除時作安全防護支架保護施工人員的安全。施工時對拆除二次襯砌工藝和安全保護進行設計。

d）拆除二襯后要立即進行臨時防護支撐，采用I16工字鋼鋼拱架支撐。

e）防排水設計和新建隧道襯砌防排水一樣。明洞襯砌外設置土工布、EVA防水卷材，拱墻外側設置縱向排水管，每隔5 m設盲管與底部縱向排水管相通。洞頂回填土上置一層厚50 cm的黏土防水層將水排入洞頂水溝，順勢集入天然水溝內排出隧區。洞身在初期支護與二次襯砌間設置EVA復合防水板（300 g/m2土工布、EVA防水板厚1.2 mm），要求二次防水襯砌混凝土的抗滲系數大于S8，對施工縫、工作縫、沉降縫作專門的防水處理[1]，同時每10 m設置一環向盲管與拱腳的縱向排水管相連，通過橫向排水管將水排入路側排水邊溝中。路面排水通過兩側邊溝排走。

4.2.2.2 隧道嵌鋼拱架

在緊靠隧道損壞嚴重區段K9+900—K9+950段，采用隧道嵌鋼拱架方案，針對隧道襯砌裂縫為大面積網狀發展處，或襯砌表面強度大面積不足處。襯砌嵌入格柵鋼拱架支撐，就是在二次襯砌上開深20 cm寬30 cm的槽，將H-13C cm格柵鋼拱架放入，鋼拱架采用φ20的U型鋼筋固定，在拱架每段接頭處必須定位1次，中間定位2次，最后采用C30細粒式混凝土充填（碎石粒徑不大于2 cm）。

4.2.2.3 二次襯砌局部更換

襯砌局部更換就是將襯砌結構厚度和強度不滿足要求處，厚度不小于原設計襯砌厚度1/2，強度低于設計強度70%處，將局部不滿足要求處二次襯砌結構切除或鑿除，切除平面形式為方形。在切除二次襯砌前，應提前根據切除環向寬度加工好I18工字鋼支撐，切除完成后立即將鋼支撐放入。襯砌采用C30防水混凝土。

4.2.2.4 襯砌表面修補

襯砌表面為麻面和表層脫落，采用掛鋼筋網噴射鋼纖維混凝土修補。將劣化結構清除，然后掛φ6鋼筋網，網間距25 cm×25 cm，鋼筋網采用φ12鋼筋固定，鋼筋植入襯砌15 cm。最后噴射C25鋼纖維混凝土補平，人工抹平表面。

4.2.3 襯砌裂縫處治

4.2.3.1 施工縫處治

施工縫在火燒后混凝土結構膨脹收縮顯現，有的止水帶被破壞，必須對施工縫滲水進行處治。采用U形槽保溫排水措施進行處治，即在襯砌上切15 cm×15 cm的U形槽，埋設φ100Yas排水半管，其四周用堵漏膠充填；之后，鋪設8 cm保溫材料；最后，噴涂防火涂層。

4.2.3.2 襯砌裂縫處治

a）對寬度大于1 mm的襯砌裂縫采用壓力注漿法處治。垂直于裂縫或在裂縫側面鉆孔注超細水泥漿，注漿鉆孔直徑25 mm，間距30 cm，壓力注漿順序從下到上進行，即從襯砌豎向表面的最低點開始。注漿前在槽內采用環氧樹脂、環氧砂漿等材料封閉裂縫。

b）對寬度在0.2～1 mm的襯砌裂縫采用鑿槽充填法處治。修補時沿裂縫用機械開鑿和人工剔鑿，鑿成“V”或“U”形，槽寬和槽深根據裂縫深度和有利于封縫來確定。“V”形槽采用樹脂類的填充料，其寬度為50 mm、深度為50 mm；“U”形槽采用水泥砂漿填充，其寬度為50 mm、深度為50 mm。

c）對寬度小于0.2 mm的表面裂縫采用粘貼碳纖維布處治。涂刷底膠前，裂縫縫口表面要求基面平順、干燥、無附著物，露出結構新面。粘貼碳纖維布（300 g/m2）時，將環氧樹脂結構膠用滾筒均勻涂刷于需要黏結的混凝土表面，盡量將在碳纖維布和樹脂間空氣除去，滾壓時不得損傷碳纖維，粘貼碳纖維布后應養護讓自然達到初期固化，保證固化期間不受外界干擾和碰撞。

4.2.4 其他工程處治

4.2.4.1 電纜槽處治

損壞嚴重段電纜槽和蓋板全部重新修筑。損壞輕微段和中等段蓋板，按照個別損壞進行更換；電纜槽外側邊沿損壞植筋法修補，用φ16鋼筋植入好的槽身內15 cm，露頭10 cm，縱向間距50 cm，作為固定鋼筋，設置φ12縱向鋼筋綁扎在固定鋼筋上，修補采用C25混凝土修補。

4.2.4.2 防排水處治

沒有更換襯砌段隧道噴涂防水層。防水層采用聚氨脂系列，要求每平米刷2 kg且厚度不小于1 mm。在清除干凈襯砌表面之后[3]，須按要求進行表面驗收。

4.2.4.3 路面和防火噴涂

右線隧道內路面瀝青混凝土面層全部鑿除，采用原瀝青混凝土路面結構。隧道內裝采用防火涂層，要求耐火極限不小于2 h。防火涂層施工在襯砌加固、防水處治全部施工完成后施工。

5 處治措施優化方案

5.1 裂縫處治方法調整

a）對不影響結構安全、長度小于1 m且寬度小于0.2 mm的襯砌表面裂縫不作處理。

b）為加快施工進度，對寬度小于0.2 mm的裂縫采用環氧樹脂膠封閉；對寬度大于0.2 mm且小于1.5 mm的裂縫采用低壓滲透法灌注膠處治，可避免襯砌開槽，能加快施工進度。

圖2 低壓滲透法灌注灌封膠

c）施工現場對所有處治的裂縫應做好記錄，并歸檔保存，以便在后期對病害處治情況進行核實和觀察處治效果。

5.2 襯砌加固與預埋件交叉處理

通過采用調整施工工藝處理，損壞中度區嵌入鋼格柵加固中時，發現鋼格柵與縱向預埋鍍鋅鋼管相交叉，施工現場增加鋼格柵時需縱向開鑿并重新埋設管件。為保證二襯混凝土的整體性，不能開鑿通長的縱向槽。對于預埋管交叉的鋼格柵，采用在槽內安裝完主筋后，根據實際情況調整斜筋和環向鋼筋的位置進行現場焊接，增加了施工費用，但保護了襯砌結構。

5.3 襯砌圍巖加固調整

隧道襯砌換拱加固段中，Ⅳ類圍巖段換拱加固段，依據現場拆除襯砌后情況，圍巖狀況較好，基本不存在危巖，且隧道圍巖監控量測穩定，取消Ⅳ類圍巖段的周邊清除30 cm厚危巖，取消周邊注漿加固，只對圍巖裂隙明顯處進行注漿加固。

5.4 襯砌表面修補調整

襯砌表面局部損壞修補時，考慮施工更快，對位置在邊墻且面積小于0.5 m2的表面損壞，采用聚合物水泥混凝土（砂漿）、改性環氧混凝土（砂漿）等材料。

6 結論

a）設計時加固方案要考慮對預埋管道和設施的影響，處治設計時要對原設計預留預埋件有詳細的了解，采取有效的保護措施，要求施工工藝精細化來減少破壞，處治方案盡量避開對預留預埋件的干擾。

b）施工中要注意機電和其他工程設施中預埋件的施工，特別是機電及其他工程在施工開始前進行技術交底，對預埋件必須強調。

c）處治方案要細化，對病害情況和危害程度進行分類和定性，根據其危害程度進行處治，讓方案安全、施工快、費用少。

d）襯砌裂縫處治應根據裂縫寬度、深度、長度和危害程度對其進行定性和分類，然后根據裂縫情況采用不同的處治方法，讓處治方法更加安全、施工快速、經濟節約。