馬道嶺隧道病害處治

李宇翔

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

隨著隧道服役年限的增長，各種病害逐漸出現，嚴重影響了交通的舒適性及安全性，以綏珠線G306馬道嶺隧道為研究對象，對隧道病害治理的設計及施工進行探討，為以后的設計及施工提供參考。

1 隧道及現有病害簡介

馬道嶺隧道位于建昌縣境內，為單洞雙向通行隧道，2006年竣工，全長為458m。建筑限界凈寬10.5m，兩側各設0.25m的檢修道，隧道建筑限界凈高5.0m，縱坡為2.558%，襯砌材料為鋼筋混凝土，斷面形式為曲墻式三心圓拱，水泥混凝土路面，設計時速為40km/h。隧道山體構造簡單，由風化燧石條帶白云巖組成，地層為一單斜層。隧道主要穿過中風化帶和微風化帶。區內植被、水系均不發育。主要水源為大氣降水，水位受大氣降雨控制，地下水類型為基巖裂隙潛水。

近年來隧道出現不同程度的病害，需要進行整治。首先查閱隧道檔案資料，獲取隧道基本信息，對隧道進行全面的檢測，識別隧道各種病害，經檢測隧道土建結構總體技術狀況評定為3類，隧道信息詳見表1、表2。

表1 馬道嶺隧道基本信息表

本文只對該隧道的襯砌剝落、露筋、路面隆起等嚴重病害治理進行論證分析和處置，病害詳見表3。

拱頂混凝土掉塊露筋、剝落、路面隆起等病害如圖1所示。

表2 圍巖類別(級別)及支護參數表

表3 馬道嶺隧道病害匯總表

圖1 拱頂混凝土掉塊露筋、剝落、路面隆起

2 隧道檢測結果及成因分析

2.1 隧道檢測結果

(1)地質雷達檢測結果如表4所示。

表4 馬道嶺隧道K62+069.0～K62+083.0

由雷達檢測結果可知，病害區域襯砌拱頂實測厚度滿足設計要求，拱腰實測厚度不滿足設計要求。

(2)采用回彈法檢測襯砌混凝土強度，檢測位置為K62+069.3～K62+075.3襯砌板塊、K62+075.3～K62+081.6襯砌板塊，每個襯砌板塊檢測位置設置10個測區，測區布置在距離地面約1.5m處隧道右側墻上，檢測結果見表5。

表5 馬道嶺隧道K62+069.0～K62+081.6

由強度檢測結果可知，病害區域襯砌板塊強度滿足設計要求。

(3)對路面隆起采用鉆探方式進行探查，在K62+105(隆起)樁號左4.0m處鉆孔，查探隆起段落仰拱底部地質狀況，地質布孔圖詳見圖2及表6。

圖2 K62+105(隆起)左4.0m處地質鉆孔示意圖

根據地質鉆孔情況可知，隆起段落仰拱底部存在0.57m的雜填土，為軟弱地質。

表6 ZK14鉆孔描述

2.2 病害成因分析

(1)拱頂混凝土掉塊、露筋、剝落主要成因是二次襯砌施工質量較差、邊墻厚度不足、仰拱混凝土較為破碎不滿足承載需求，在圍巖壓力持續作用下，二次襯砌受力不均，致使拱頂出現開裂及掉塊。

(2)隧道路面隆起主要原因是仰拱的施工質量較差，該段仰拱較為破碎，仰拱底部存在0.6m的雜填土，已失去其原有的承載力需求，無法形成結構的封閉圈，圍巖壓力作用導致路面隆起[1]。

3 隧道病害處治原則及措施

3.1 處治原則

以人為本，安全第一，重點整治、長期檢測、階段控制。根據病害特點有針對性地選擇整治方案，重點段落重點整治。原則上不降低隧道原有技術標準，按照安全、經濟、快速，合理的原則，通過技術、經濟比選確定病害處治方案[2]。

處治設計應體現信息化設計和動態施工的思想，制訂監控量測方案。采取相應措施減小處治施工對既有結構、排水設施、機電設施及附屬設施的不良影響；處治措施應易于檢測和監督，質量易于控制[3]。

(1)堅持維修改造標準的前瞻性原則

立足當前道路交通現狀，考慮未來一定時期交通量日益增長的需求，結合所在道路等級改造規劃，科學確定合理的隧道維修改造標準。

(2)堅持安全、經濟、適用的原則

靈活確定襯砌結構形式，在確保安全的前提下，合理控制工程造價。靈活運用標準，從客觀實際出發，使隧道在維修改造后滿足適用性的基本要求。

(3)快速施工、控制影響的原則

為盡量減小隧道維修改造施工對車輛通行影響的時間和空間范圍，設計方案應充分考慮施工效率。施工組織中應科學制定施工窗口和保通方案。

3.2 處治措施

(1)拱頂混凝土掉塊露筋、剝落經綜合分析，結果為：二次襯砌施工質量較差，邊墻厚度不足，且仰拱混凝土較為破碎，已失去其原有的承載力需求，在長久的圍巖壓力作用下，二次襯砌受力不均，致使拱頂出現開裂及掉塊[4]。

由于病害位置位于襯砌拱頂區域，本應僅對拱頂一定范圍的襯砌采取換拱措施，但考慮到以下原因：

①本病害所處區域，襯砌均已重做仰拱，如果僅對拱頂一定范圍的襯砌采取換拱措施，則會令襯砌全環增加四個鉸點，不利于全環襯砌受力。

②邊墻自身施工質量一般，如不更換，不利于全環襯砌受力。

③如局部換拱，接頭質量難以控制，不利于全環襯砌受力。

采取對全環襯砌換拱措施，即拆除原有拱頂、拱腰及邊墻的二次襯砌及初期支護后，重新施做。

(2)K62+059～K62+120段隧道隆起的病害主要原因為仰拱的施工質量較差，該段落仰拱較為破碎，仰拱底部存在0.6m的雜填土，已失去其原有的承載力需求，無法形成結構的封閉圈，圍巖壓力作用下，導致了路面隆起的現狀。采用增設、更換仰拱方案進行處治，與拱、墻二襯形成閉環，有利于結構受力，如表7所示。

表7 馬道嶺隧道病害處治方案匯總表

4 隧道病害處治設計及施工控制

4.1 處治設計

(1)路面隆起段增設或更換仰拱方案(圖3、圖4)

①首先對路面隆起段K62+059～K62+120，破碎原混凝土路面。

②挖除K62+059～K62+120混凝土路面底部的雜填土及軟弱土體至設計仰拱底標高，截斷中央水溝，施工臨時排水措施。

③對基礎進行檢驗，如不達標進行注漿加固處理。

④地基加固完成后，按照設計要求的曲率增設仰拱，并重新施工排水系統。

⑤進行仰拱回填、重新鋪筑路面。

圖3 仰拱挖除現場圖

圖4 增設或更換仰拱方案圖

(2)拱頂混凝土掉塊、露筋換拱方案

本方案實施前，拱部及邊墻襯砌的拆除及施工應在仰拱施工完畢并達到設計強度后進行，為確保襯砌拆除時，相鄰襯砌結構的穩定，確保施工安全，在拱部及邊墻襯砌拆除前架設臨時鋼拱架，如圖5、圖6所示。

圖5 換拱方案設計圖

圖6 臨時鋼拱架防護現場圖

①首先對拆除區域附近的K62+065.3～K62+K62+069.3、K62+081.6～K62+085.6的段落采用臨時鋼拱架防護，鋼拱架間距0.8m，每段設置5榀臨時鋼拱架。

②對需要換拱K62+069.3～K62+081.6段的段落采用臨時鋼拱架防護，鋼拱架間距0.4m。

③鑿除既有初期支護及二次襯砌，按照寬度1.0m為一個鑿除單元，每塊板從中間向兩邊進行鑿除。

④每個單元鑿除后，立即進行初期支護施工。

⑤恢復防排水系統，二次襯砌施工。

4.2 施工控制

(1)本項目施工期間應封閉交通，應作好前期施工準備，包括人員、機械、建筑材料等應準備充足，并作好施工組織和統籌安排，盡量縮短工期[5]。

(2)施工單位應加強質量意識，精心組織，精心施工，保證施工質量。

(3)監理人員應加強施工監理，每個施工環節必須經監理工程師確認同意后才能進行下一工序的施工。

(4)隧道處治工程應嚴格按照《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80/1—2017)中的相關要求進行質量管理、監控和檢驗評定，保證隧道處治工程質量達到設計與規范要求。

(5)針對隧道襯砌鑿除階段可能產生的拱頂下沉、周邊收斂的實測位移值及變化率對安全風險進行評估，確定施工狀態。速率大于1mm/d時，襯砌處于急劇變形狀態，應加強支護，速率變化在0.2～1mm/d時，應加強觀測，做好加強支護準備，速率小于0.2mm/d時，襯砌處于基本穩定狀態。

(6)當襯砌位移速率不斷下降時，襯砌處于穩定狀態； 當襯砌位移速率變化保持不變時，襯砌尚不穩定，應加強支護，當襯砌位移速率變化上升時，襯砌處于危險狀態，必須立即停止施工。

(7)當圍巖處于不穩定狀態及危險狀態時，應采用鋼拱架對隧道拱頂及側墻加強支護，并加強觀測、停止施工，將現場情況匯總并及時上報。經參建各方研究分析后，制定安全可行的處置方案后再復工。

5 結論

(1)在日常運營養護過程中，對病害本著早發現、早治理的原則，重視隧道普檢，避免病害擴大，影響隧道正常使用功能，造成治理成本上升。

(2)在制定處置方案前應對病害成因進行綜合分析，必要時可采取多種手段進行輔助驗證。

(3)施工過程中應充分重視動態監測，特別襯砌破除時應嚴格控制每次破除范圍，避免發生整體垮塌，應做好進度、安全、效益的協調統一。

(4)本項目病害處置時臨時鋼拱架局部有較大變形，說明臨時鋼拱架受力較大，在破除既有結構過程中鋼拱架對既有鄰近結構的保護作用明顯，所以盡量采用大尺寸型鋼進行預支護。