盤龍坳隧道病害治理

許江坤 李先恒

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州貴陽 550001）

1 概述

2020 年5 月20 日凌晨5 點至8 點，因突降暴雨，S25 沿榕高速公路思劍段盤龍坳（1 號）隧道上行局部路面出現嚴重隆起、開裂病害，導致單洞交通中斷，隧道路面病害部位距離出洞口60m，變形區段長度達40m，同時上行洞有多處襯砌滲水，局部呈噴射狀。暴雨過后，出水逐漸消退。

2 工程概況

盤龍坳（1 號）隧道位于S25 沿榕高速公路思劍段，通車時間為2013 年11 月，為分幅式雙洞單行雙車道隧道，上行洞全長830 米，最大埋深92m。隧道進口段位于直線段，出口位于R=1100m 的圓曲線上。復合式襯砌，削竹式洞門，路面采用瀝青混凝土；縱坡坡度1.768%，上行為單向上坡隧道。設計速度80km/h，單洞凈寬10.5m。排水系統為φ40 混凝土中央排水管+環向排水系統。

隧道圍巖主要為寒武系中上統婁山關群（ε2-3ls）白云巖、奧陶系桐梓組（O1t）白云質灰巖。巖層呈單斜產出，綜合巖層產狀為120°∠25°，隧道走向與巖層傾向基本一致。圍巖級別為Ⅳ級、V 級。路面病害區段按S-Ⅴb 級支護，設置有50cm 厚鋼筋混凝土仰拱。

場區地勢相對較高，區內地表水系不發育，無穩定地表徑流。

3 病害調查及成因分析

病害發生后，設計人員立即趕至現場進行踏勘，并對病害區段襯砌、路面進行了物探檢測及路面鉆探。

3.1 洞內病害調查

據現場值班人員介紹，暴雨發生在凌晨5 點至8 點鐘，8 點左右發現路面出現病害后立即上報，隨即對現場進行了現場交通管制。

根據現場調查及量測，上行YK211+537～YK211+580 段路面嚴重開裂、隆起，統計裂縫共7 處，縱向形成X 形裂縫，裂縫長6.74～13.28m，寬2～34mm，K211+554 處拱起量最大，約30cm（此時已明顯回落）。由于路面隆起，連帶該段兩側葫蘆型邊溝及電纜槽溝幫產生變形，右側電纜槽外側溝幫向電纜槽內傾斜，在隆起回落時電纜槽外側溝幫一同回落導致電纜槽蓋板掉落，現場實測電纜槽寬度為74cm（含溝幫厚度，按設計應為80cm）；左側電纜槽因頂部鋪設有混凝土覆蓋層，表面因蓋板移位造成混凝土覆蓋層產生縱向拉裂縫。

暴雨期間水流攜帶細沙從路面及兩側噴涌而出，造成下游路面邊溝局部淤堵，暴雨過后路面出水很快消減。

經咨詢施工圖設計及地勘人員，該段在隧道掘進過程中右側邊墻上部曾揭露到小型溶腔，采用回填處理。施工方因無法找到當時的現場技術人員而未能了解到具體詳細情況，也未查詢到相關的施工記錄。

上行YK211+440～K211+637 段襯砌發現滲水共20 處。主要為施工縫滲水，局部出水最大時呈噴射狀出水，水流噴射至對側車道。隧道施工縫滲水此前已有發生，平時無水，遇雨水時不同程度出水，但均無此次嚴重。

各處滲水均為季節性滲水，判斷場區地下水位位于隧道底板以下。

中央排水管出水端位于進洞口洞門外5m 處，設置有1 處檢查井，設φ40cm 混凝土管橫向排入路測邊溝，該橫向管與中央排水管呈90°直角連接。出口管水量大時呈滿流噴射狀出水；洞口處有10m 長路面板呈現反復隆起回落的變形現象，類似高水壓力作用在之前曾多次出現（圖1）。

圖1 路面病害展布圖

3.2 地表水文調查

上行K211+537～K211+580 段埋深24～28m，洼地與隧道病害段路面高差超過30m。洞頂為緩坡地形，整體自然坡度10～15°。地表局部基巖出露，為灰白、肉紅色白云巖及灰白色白云質灰巖，薄至中厚層狀，巖層傾向于出洞口方向。地表覆蓋層主要為紅粘土，表層局部有耕植土。洞頂發育沖溝，沖溝走向約100°，與節理10°∠75°走向一致，沖溝被X011 縣道橫切，上側形成環形洼地，僅埋設一道直徑30cm 混凝土涵管排水。上側地表匯水集中于該處洼地，匯水面積達10 萬平方米。暴雨時洼地內水流無法及時排出，形成積水塘，水流經常漫過縣道，沿縣道路面漫流。

據走訪，該洼地內存在消水洞，因地表為耕地，消水洞洞口已被粘土填埋。周邊也有多處小型消水洞，均被填埋，具體位置已無法考證。場區巖溶以豎向發育為主，該區段隧道圍巖豎向連通管道發育。

據氣象部門反饋，當日強降雨持續3 個多小時，降雨量超過200ml。

現場調查過程中在周邊坡腳低洼地帶未發現明顯的地下水集中排泄點（圖2）。

圖2 地表平面圖

3.3 洞內檢測及勘探

為探明洞內病害成因及特征，采用地質雷達對襯砌及路面進行了探測，探測結果顯示，襯砌厚度均達到了設計厚度；路面局部有托空現象。

為查明路面基底情況，沿病害區布設了10 個鉆孔，具體布置見圖3。

圖3 洞內路面病害及治理措施展布示意圖

其中K211+550、K211+555 兩個斷面共3 個鉆孔（ZK3、ZK5、ZK6）揭露到路面板與仰拱之間存在托空現象，最大高度0.62m，超過路面最大隆起高度，部分填充物已被沖走；K211+555、K211+565 兩個斷面共4 個鉆孔（ZK5、ZK6、ZK7、ZK8）揭露到隧道仰拱底部存在1.5～1.8m 厚碎石回填層，為原洞渣回填物，推測為施工期間超挖或溶腔回填產生。

揭開路面板后發現仰拱回填層也存在縱向裂縫。

3.4 病害成因及破壞機理分析

根據現場收集到的相關信息綜合分析，洞內變形發生在強降雨期間。病害成因主要有三個方面：

3.4.1 場區豎向巖溶發育，地表排水不暢導致地表水沿節理及溶蝕裂隙、管道大量集中下滲：地表水匯集于洞頂洼地，因排水不暢，形成積水塘，大量地表水沿節理裂隙或溶蝕管道下滲，隧道圍巖飽水，地下水補給大于排泄，水位急劇升高，形成短期高水頭壓力，導致襯砌局部施工縫噴射狀出水。

3.4.2 同時地下水在隧道底板回填碎石層空隙內匯集，在隧道底板下形成高水壓力，由于仰拱及拱頂回填層出現破損開裂，水壓力直接作用于路面板，最終導致路面板被頂起，產生變形開裂，造成了上行洞K211+537～K211+580 段的路面開裂及電纜槽變形。水流攜帶的泥沙加劇了洞內排水系統的淤堵情況。

3.4.3 洞內排水能力不足，大量地下水灌入中央排水溝，由于隧道為上坡隧道，單向排水，管道排水距離達700m，中央排水管因日久淤積，排水能力降低，路面板下水壓力無法及時消解，最終導致路面隆起破損；中央排水溝與出口端橫管呈直角轉彎，形成擁堵，形成短期高壓力，導致上行洞進口處路面短暫隆起，水壓消逝后自然回落現象。

4 治理思路和目標

消除洞內路面變形，減弱后期地下水影響，確保營運安全。

針對隧道滲漏水情況的特點，主要遵循“以排為主，以堵為輔，排堵結合”的原則；對路面變形病害，以找準病因為基礎，一方面削弱致病因素，同時強化路面結構，增強自身抗變形能力。經綜合考慮，制定了“洞外截流疏導，洞內疏排加固”的基本思路。

治理目標：消除隧道病害，避免病害重現；修復路面，盡快恢復隧道通行功能。

5 治理措施及效果

根據病害分析，治理工程包括洞外地表疏排和洞內排水系統疏通、襯砌滲水治理及路面病害治理。治理措施包括在洞頂增設截水溝引排地表水，避免地表積水；洞內疏通中央排水管，出口處截彎取直，改造出水口，增加排水能力；襯砌設切槽引排+排水鉆孔；路面設注漿加固+更換路面板及排水邊溝，恢復原有功能。

5.1 地表疏排措施

地表增設長約240m 的排水溝，曾設直徑1m 管涵穿過X011 縣道，引排洼地內匯水，避免積水。

5.2 洞內排水系統疏排改造

全面疏通中央排水管及邊溝，中央排水管出口處截彎取直，由直角轉彎改為135°彎角排水，同時出口管直徑由40cm 增大至80cm，確保出口排水暢通。

5.3 襯砌滲漏水處治

主要采用切槽埋管引排的方式將襯砌滲水引入邊溝，沿滲水裂縫切12cm 深、寬10～14cm 倒梯形槽，內置半剖PVC 管，將滲水裂縫完全包裹在內，固定后外側用防水材料封閉。該方法為隧道滲水的常規處治方法，工藝成熟可靠。

同時滲水嚴重區段沿邊墻腳上方0.5m 處增設一排φ75mm 仰斜式排水鉆孔，間距2m，深1.5m，埋設透水軟管，出口以軟管引入邊溝。鉆孔位置避開隧道預埋管線（圖4）。

圖4 切槽埋管示意圖

5.4 路面病害處治

對路面病害的處治，最初擬了兩個方案，方案一為挖除損毀段路面及仰拱，清除洞底虛渣，用C15 混凝土換填后重做仰拱；該方案因工程量大、對隧道擾動大、風險高，施工周期長等因素而被否決。最終采用方案二，采用路面打孔注漿方式進行加固處治。具體流程如下，挖除路面板及破損邊溝→清除表面虛渣后找平→鉆孔注漿→重做邊溝→重鋪鋼筋混凝土路面板→恢復路面層及標線。

治理要點如下：

（1）清除路面板后檢查仰拱回填層破損情況，回填層破損松散的部分需清除，清理后用C15 混凝土填補找平；此階段可將邊溝修復完成。

（2）路面鉆孔注漿，用漿液填補底部虛渣空隙，以及修復仰拱及回填層裂縫，最大限度隔絕地下水壓力。注漿管間距1.2m×2.0m，采用φ42×3.5mm，長4.5m 鋼花管注漿，頂端與路面板聯接成整體。漿液采用1:1 純水泥漿，注漿壓力按0.2～0.8MPa 控制，注漿時從路面兩邊往中間逐排注漿，避免漿液向外側過度擴散。注漿過程應靈活控制壓力，避免相鄰孔口噴漿，若注漿量嚴重超量，則采用摻細沙、速凝劑或間歇注漿等方式確保注漿飽滿；注漿過程需避免損傷排水管道及漿液堵塞排水管，注漿后及時用水沖洗排水管道。

（3）注漿管高出找平地面10～15cm,端頭焊接水平錨固鋼筋（如圖5），之后再鋪設路面板鋼筋網，使錨固鋼筋位于路面板上下兩層鋼筋之間。以此將路面板與注漿管連成一體，在路面板再次承受底部水壓力時，注漿管起到錨固抗拉作用，確保路面不因此而再次隆起變形。

圖5 注漿管頂端連接示意圖

（4）路面采用雙層鋼筋路面板，按原厚度恢復；路面層及標線依照原樣恢復。

5.5 治理效果追蹤與思考

該隧道治理施工完成后，各項治理措施基本達到設計預期，經歷了2021 年雨季，期間經歷多次暴雨，治理成果經受了檢驗。經養護部分反饋，目前隧道營運正常，之前的病害部位處治后未見有異常反應，治理效果良好。

本項目設計過程中，因無法進一步了解到當時隧道施工過程中的一些具體信息，比如施工過程中揭露的巖溶發育情況、處理措施，隧道底板下存在虛渣的原因是什么，是超挖導致還是溶腔回填的，其對致病機理分析都是非常重要的信息，這不得不說是本設計的一大遺憾。

在本設計中，因未發現有地下水的集中排泄口，因此未能從洞外地下水疏排的角度進行針對性設計，地下水疏排均是從洞內進行。因隧道高于穩定地下水位，在現有措施下，應能確保洞內治理區段路面不再產生變形。但排水系統會因鈣質沉淀、泥沙淤積等作用而逐漸淤堵，需定期維護。在可溶巖地區，鈣質沉淀現象非常突出，隧道原設計的暗埋排水管道隨著時間推移，其排水能力衰減非常嚴重，這是公路隧道養護的死角和難題。另外，隧道病害的產生或多或少都會與一部分質量缺陷問題，施工期間的質量控制直接影響到后期的隧道營運。

6 結論

營運公路的病害治理不同于新建項目，特別是一些影響通行功能的病害，需要第一時間作出響應，快速設計、快速施工，盡量減少通行管制時間，降低社會不良影響。因此，公路病害的治理設計需要按照“快速、可靠、成熟、簡單”的原則進行設計，以滿足公路營運安全需求為核心，提供優質服務。

隧道工程屬隱蔽工程，隧道的病害調查和治理需要收集、了解圍巖地質情況、水文情況以及設計、施工掘進過程、施工工藝、材料、后期營運情況、養護維修歷史等各方面資訊進行匯總分析，必要時還需要進行物探、鉆探等手段進行檢測、勘探。因此，隧道的病害治理工作往往需要多個專業共同配合完成，設計人員對工程地質、隧道設計、施工及養護等各方面都需要有豐富的知識儲備和工程經驗。