高速公路隧道工程病害處治探討

趙普軒 劉春霞

摘 要：隨著交通量的逐漸增長，在高速公路運營管理過程中，隧道上部出現拱頂掉塊、下部路面隆起、結構變化等急需解決的問題。本文對隧道工程出現的病害進行了臨時加固及后續隧道病害的發展、處治、運營進行分析、對比、總結經驗，為后續隧道加固提供技術支持。

關鍵詞：拱頂掉塊;起拱變形;結構變化;永久修復

0 引言

公路隧道存在襯砌裂縫和滲漏水，強度不夠等病害現象嚴重威脅隧道內行車的安全、影響交通運營。隧道病害處治不及時會對襯砌結構造成進一步損壞，甚至使隧道破壞加速，縮短公路隧道的維護周期和使用壽命，導致未達到隧道結構設計基準期而急需大修，既浪費了大量資金，又影響隧道的正常使用，并造成不良的社會影響。因此，對公路隧道病害開展調查、分析與處治對策研究，研究成果將有助于提高隧道壽命與服務水平，提高隧道病害處治技術。遵循科學、合理的隧道病害研究方法與原則，找到隧道病害的原因，評估病害嚴重程度，進行不同病害與病害程度進行處治措施的研究。

1 工程實例

某隧道全長700 m，隧道進口約65 m，出口約75 m為V級圍巖，以粉質砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖及細砂巖為主。粉質粘土：軟～硬塑，局部含塊、碎石，呈松軟結構，含少量孔隙水;粉砂質泥巖、泥質粉砂巖：強及弱分化，屬極軟～軟質巖類，薄～中層狀構造，風化裂隙發育，層間結合差，巖體以層狀及碎裂結構為主，含少量裂隙水;細砂巖：強及弱分化，屬極軟～軟質巖類，中～厚層狀構造，風化裂隙發育，層間結合差，巖體以層狀及碎石狀鑲嵌結構為主，含少量裂隙水。隧道洞身段約560 m為IV級圍巖，以細砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖為主。細砂巖：弱風化，屬較軟巖，中～厚層狀構造，風化裂隙不發育，層間結合較好，巖體以中厚層狀結構為主，含少量孔隙水，呈滴水或淋雨狀滲出;粉砂質泥巖、泥質粉砂巖：弱分化，屬軟質巖類，薄～中層狀構造，風化裂隙較發育，層間結合差，巖體以中薄層狀結構為主，地下水以滴水或淋雨狀為主，局部呈小股流狀;由于巖層傾角小，砂、泥巖層間結合差。

設計底層描述：瀝青混凝土面層10 cm，混凝土基層24 cm，C20混凝土底基層13 cm，C15片石仰拱回填56 cm，C25抗腐蝕混凝土仰拱45 cm，粉砂質泥巖32 cm。隧道主洞建筑限界見表1所示。

隧道在后期運行過程中，出現拱部混凝土剝離、襯砌開裂、路面開裂隆起等病害。隧道實測斷面和設計斷面比較圖見圖1所示。

2 隧道病害原因分析

某隧道工程在運營過程中出現二襯掉塊后，及時啟動臨時處治方案，對掉塊部位進行了臨時處治，同時對某隧道進行了深入檢測、分析，發現襯砌厚度不足、襯砌背后空洞、襯砌強度不足、仰拱結構層厚度不足、仰拱填充不密實等情況。隧道檢測及數據見圖3表2所示。

分析表2可知，對于取的5個檢測點，有三處的初砌強度不合格，最小值為20 MPa，遠低于設計強度25.0 MPa，強度存在嚴重缺陷，且初砌強度合格率僅為40%。

3 隧道病害二襯臨時加固

3.1 錨桿孔的施工

3.2 鋼架施工

鋼拱架主架采用I18的工字鋼，工字鋼需按照隧道橫斷面的拱形幅度進行加工。在安裝工字鋼時先固定好拱腳位置工字鋼，固定工字鋼采用在洞壁上植入膨脹螺絲在與工字鋼

焊接作為臨時固定措施，以此類推再逐節進行拱腰及拱頂位

置工字鋼的拼裝及固定。

鋼拱架支撐平面應垂直于隧道中線，其傾斜度不大于2°。鋼拱架的任何部位偏離沿垂線不應大于5 cm。鋼拱架按設計位置安設，鋼拱架與隧道洞壁之間緊密貼合。工字鋼之間采用Q235AF厚16 mm的鋼板連接，鋼板尺寸為長260 mm×寬200 mm，螺栓采用M20×65 mm-10.9s高強度扭剪型螺栓，要求符

合（GB/T 1228）的相關強度要求。在焊接連接鋼板時要求焊接牢固，焊接等級必須達到二級。鋼架間設縱向連接鋼筋，鋼筋型號為φ22，長度為500 mm，其環向間距為1 m，內外交錯布置。鋼架與縱向連接鋼筋間的連接采用焊接。

針對以上施工方案，目前已對襯砌掉塊的位置進行了應急加固處治，降低風險，確保隧道運行安全。下步還需進一步加強巡查觀測，確保隧道行車安全。

4 隧道工程永久性修復實施方案、經濟比選

針對隧道在后期運行過程中，出現拱部混凝土剝離、襯砌開裂、路面開裂隆起等病害，對隧道工程永久性修復實施方案進行了比選，見表3、表4、表5所示。

某隧道右線病害段經檢測仰拱施作不滿足設計要求，經計算，二次襯砌混凝土最小安全系數為0.52。

在混凝土襯砌表面環向架設18 kg/m輕軌（縱向80 cm），并噴射25 cm厚C30混凝土，計算襯砌最小安全系數為1.44，提高近2.8倍;在襯砌邊墻施作樹根樁鎖腳后，計算安全系數32.0，可有效改善襯砌受力環境。

本次某隧道右線病害處治，襯砌套拱與邊墻樹根樁結合使用，可有效提高襯砌結構安全性。計算結果如圖6所示。

4.1 輕軌噴射混凝土套襯加固

輕軌套襯加固適用于襯砌狀況值為4的區段，具體處治區段為K0+350～K0+615（265 m），共計265 m。

（1）首先對二次襯砌表面的內裝飾及防火涂料進行鑿除，再對二次襯砌表面進行清潔和鑿毛，露出混凝土新鮮面，遷移原結構上影響施工的管道和線路以及其他障礙。

（2）對襯砌裂縫及滲漏水進行裂縫嵌補處治。

（3）在鑿毛、清潔的砼表面刷界面劑。

（4）在套襯段輕軌架設位置鉆中16孔，縱向80 cm、環向間距為1 m，孔深15 cm，然后植筋，植筋長20 cm，灌注強力植筋膠（植筋膠的性能指標見表6），待植筋達到一定強度后，架立輕軌（輕軌焊接在C12植筋上）。

（5）在原二襯表面環向架設18 kg/m輕軌（縱向80 cm間距）和縱向連接鋼筋，在每榀鋼架左右拱腳各設置2根3 m長A32砂漿錨桿。其中18 kg/m輕軌應落腳到電纜溝溝底。

（6）在18號輕軌表面鋪設C12鋼筋網，網格間距20*20 cm，鋼筋網直接焊在輕軌上。

（7）然后噴15 cm厚C30混凝土形成加固套襯。噴砼中應加入適量的增密型微硅粉（微硅粉的性能指標見表7），以減少回彈量并增強結構的防水性能，微硅粉摻量為膠凝材料總重的8%。噴砼必須嚴格按相關施工規范操作，同時應加強噴砼的灑水養護。

（8）輕軌套襯施作時宜采用專用支架或簡易臺車的搭設措施。

4.2 增設仰拱

（1）隧底處治施工工序：①施工兩側樹根樁;②多段、跳槽、分層拆除隧道路面、填充、仰拱砼（每層拆除砼0.8 m

～1.0 m）;③安裝橫向鋼支撐;④恢復重建40 cm厚的C30防腐蝕鋼筋砼仰拱;⑤恢復仰拱回填、中央水溝、電纜溝及路面。

（2）仰拱填充及路面拆除在隧道縱向上應分段跳槽施工，每段5 m，間隔10 m。各槽間建議用7 m長棧橋連接，確保施工機械設備行走。仰拱填充及路面拆除應在兩側樹根樁施工完成后且樹根樁砼強度達到90%以上后才能實施。

（3）仰拱環向主筋應插入未拆除仰拱砼中30 cm，植筋膠連接。

（4）仰拱及仰拱填充拆除后，若底部存在不密實的砼填充層或松散破碎巖體應清除，并采用C30防腐蝕砼進行回填。

（5）重建仰拱采用防腐蝕砼，一般采用方式為：普通硅酸鹽水泥并摻入防腐蝕劑（一般選用TL、HEA、UEA等防腐蝕劑，摻量為水泥用量的5%～8%）。采用礦渣硅酸鹽水泥，最少水泥用量：335 kg/m3～370 kg/m3，水灰比0.65，C3A含量小于8%，減水劑占水泥用量的0.2%～0.3%。

（6）為保證增設仰拱的處治效果，現場施工時應重點注意和檢查仰拱和原襯砌接頭部位的施作質量，包括接頭部位鋼筋和植筋連接、混凝土密實性等。

（7）增設仰拱施工期間，應加強隧道監控量測及外觀觀測工作，動態掌握增設仰拱的全過程，并根據現場施工情況動態調整施工工序。

（8）仰拱開挖后應保證原襯砌接頭部位襯砌混凝土結構的完整性，對于已經破壞混凝土結構應拆除重建或結構補強，保證仰拱與原襯砌結構、邊墻樹根樁有效連接，形成整體，保證隧道結構安全。

（9）施工中應加強隧道內通風。

隧道施工期間，應對隧道套襯結構進行監控量測，確保結構安全。

為了保證施工期間高速公路正常運營，在隧道加固處治施工期間實行“右洞封閉施工時，左洞雙向通行”的交通管制措施。

交通管控范圍分為某隧道綿陽端、某隧道主洞、某隧道遂寧端共分三段進行交通管控。隧道養護作業控制區內設置管制警告區2 000 m、上游過渡區250 m、縱向緩沖區200 m、作業區3 000 m、下游過渡區50 m、終止區50 m，合計5 550 m。管制區內隧道路面中間設置錐形桶雙向車輛進行分流，隧道洞內單車道雙向通行，并設置限速及轉換道提示標牌。

4.3 隧道加固經濟比選

分析圖7，圖8可知，輕軌+噴射砼套襯的加固方案費用為495萬元，相較于鋼板帶加固的550萬元節省55萬。某隧道2011年建成，單洞建安費6 706萬元，如果按照本文采取局部病害處治單洞處治費用預計約1 200萬元，運營期單洞日常養護費每年約40萬元，故如果建設期隧道質量控制較好，單洞專項養護費可以節約1 200萬元的病害處治費，大幅降低運營期養護成本。

5 結束語

通過本文的現場實地調研，思考高速公路隧道工程建設期工程質量管控和運營期隧道工程病害處治之間的成本及后續運營期隧道工程病害處治完成后常態化監控量測工作，業主要加強對設計方案的優化完善，尤其是現場施工過程監管要進一步加大力度，嚴格按照設計方案執行落實，同時加強對監理、施工單位的現場管控，施工過程質量控制關鍵是做好隱蔽工程質量管控，隱蔽工程施工要全方位進行旁站，要從組織機構、思想教育、技術管理、施工管理以及規章制度等五個方面建立符合實際的質量保證體系，防止建設期的質量問題轉移到運營期，從而增加運營期的道路養護成本。

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