公路隧道襯砌裂損病害檢測與治理對策

王富國

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

襯砌裂損病害是現階段公路隧道工程的主要病害，可通過雷達無損檢測設備進行檢驗，其病害發生的最本質原因是公路隧道建材與區域風化與流水侵蝕作用的不匹配，現階段的病害治理主要側重本體加固與防止滲水兩方面進行。但受限于區域經濟發展的不平衡特性，部分公路隧道的無損檢測工作與病害養護工程尚處于起步階段，目前亟須總結相關病害檢測與治理經驗。本文此次研究的內容和提出的策略對區域基礎設施建設完善具有理論性意義，對提升公路隧道穩定性具有現實意義。

1 工程概況

某公路隧道建成于上世紀80 年代，本身的建設基礎位于軟頁巖地層之中，具體被劃分為三類地層。為了保證隧道穩定性，該公路隧道工程在建設工藝方面采用了礦山法進行先行修建拱部再進行后墻支撐的方法，同時該隧道工程在建材選用方面使用了強度為C20 級的混凝土并將支撐后墻的寬度設置為40cm，形狀設置為單心圓拱形（r=4.46m）與直邊墻體（h=2.35m）搭配的形式，此外隧道工程區域地表附近存在一所水電站。自該公路隧道建成起，水電站區域接近隧道入口處所設置的混凝土水渠曾引起多次塌方，并于隧道本體處留下諸多裂痕病損，這也就導致在公路隧道的實際運營過程中內部滲水嚴重，不僅危害隧道本身的穩定性，加劇了水侵蝕作用，造成隧道拱頂向上形變并出現裂痕，還造成隧道內的惡劣通車條件，尤其在氣溫較低且降水量較大的冬季，隧道內時常出現道路結冰與洞頂掛冰的災害，一方面造成區域行車擁堵，另一方面掛冰在行車尾氣排放的條件下下墜風險加劇，直接威脅隧道內行駛的車輛及車輛內人員的安全。

2 襯砌裂損病害檢測

從該公路隧道工程本身的地質環境來看，隧道本身埋深不深，加之本身地處軟頁巖地層，隧道工程的圍巖巖體極易發育巖體裂隙，一旦遭遇地表強降水，隧道巖體將不能保證雨水與功能區域的有效分離，同時該隧道周邊存在大型水電站，水電站內部的水庫及途徑公路隧道洞口的供水水渠源源不斷地向周邊地下水提供滲水水源，而潮濕的巖層與建筑基礎也不利于隧道工程的長期穩定。從該公路隧道工程施工工藝選擇來看，礦山法先拱后墻的施工方案本身的隧道襯砌聯合就不緊密，是犧牲防水性而強化穩定性與靈活性的一類施工方案，具體會形成如環形施工接縫在內的各類施工原始接縫，為后期的滲水埋下工程隱患，這就導致了該公路隧道工程天然出現滲水病害。尤其是在隧道工程的襯砌地帶，拱形隧道的結構在拱腰和拱頂的材料彌補上因重力造成不平衡的態勢，這就導致的后續振搗工藝中拱頂無法填充密實，進而在拱頂區域留下滲水氣泡，另外這種問題也使得在拱頂處進行施工時出現落拱現象，即襯砌后墻也出現大量滲水氣泡[1]。考慮到公路隧道工程較長的使用周期與露天的使用環境，由于各種不可抗力造成局部塌方后，這種隱藏的氣泡縫隙暗病將逐漸顯露且缺乏有效的填補對策，同時這種氣泡空隙也將成為大量的地表水殘留或地下水滲透通道，在冬季氣溫變動與夏季降水增加的作用下不斷從內部蠶食著原本脆弱的隧道襯砌結構，進而表現為各類方向與深度各異的襯砌裂縫病害。

3 襯砌裂損病害治理對策

3.1 襯砌背后空洞注漿

本次病害治理的注漿材料采用水泥漿混合注漿單液的形式，其中水泥成分占80%，粉煤灰成分占比以1：10000的比例加入鋁粉金屬膨脹劑，經過灌注前的初步試漿，該配方的灌注漿成分預計在正式灌注后在目標空洞處會出現85%的有效成分結石，結石后的有效建材將為目標工程提供25MPa 的壓力承載輔助，根據探地雷達傳輸的空洞體積數據，為保證灌注的最終效果，結合雷達圖示推斷，在充分考慮滲透系數與損失系數的誤差后向目標空洞共灌注190.51m3有效灌注漿單位體積[2]。在病害治理中注漿作業的施工順序需要嚴格堅持從上至下與先少后多的原則，避免注漿物質的流出浪費與凝固阻塞。在病害治理中根據目標工程初始工程承載數據，注漿作業施加的壓力應當嚴格限制在0.3MPa 與0.5MPa 之間，對于開裂區域密集且裂縫程度較重的區域采用小壓力灌注，以避免對現有結構造成二次傷害，對于開裂區域零散且裂縫程度較小的區域采用大壓力灌注，以保證施工工期的有序推進。

3.2 隧道襯砌補強層加固

根據探地雷達實際檢驗結果，得知目標公路隧道工程襯砌結構內部的水分液體與外界地表地下水的長期滲透已經嚴重侵蝕損害了拱形結構外層，其所造成的裂縫正在陷入公路隧道襯砌整體結構中并正逐步形成局部惡化的惡性循環。故為了恢復原有襯砌的使用能力，必須在原有襯砌厚度的基礎上進行加固加厚。在病害治理施工方式選擇中，本次加固需要充分考慮區域行車界限的實際要求與混凝土建材的材料特質，重點避免在加厚施工過程中再度出現混凝土成品氣泡空洞的問題，選擇了振搗加強輔助噴射混合模型構筑混凝土的方式分別對拱形區域與豎直區域進行30cm 的混凝土厚度加固，使得最終成品兼具美觀性與實用性[3]。在病害治理施工的細節施工過程中，本次加固具體使用了大型螺紋錨桿與拱形結構的底部與頂部進行二度加固，并利用梅花形式的鋼筋網對拱形結構頂部表面進行焊接固定，以優化工程結構處原有的異常受力結構并抵抗在長時間內重力作用對拱形頂部的壓力。

3.3 補強層內增設排水系統

在查閱目標工程原始施工圖紙后，通過分析得出該公路隧道工程在設計之初就存在對建筑結構排水的欠考慮問題，如果不對該項設計缺陷做出改善，公路隧道病害的誘因將長期存在并時刻向已填補或加固的組織進行再度侵蝕。故為了提升目標工程襯砌結構對病害的抵御能力，就必須在填充空洞加固結構的基礎上在工程內部增設排水系統，以應對工程在長期使用過程中所形成的內部滲透水路。在病害治理施工辦法的選擇中，本次選用了于公路隧道內部加鋪排水半管的方式，以環形與傾斜角度為方向向裂縫高發區域加設的排水管，而后使用局部水泥覆蓋的方式對排水半管實現了基礎的封閉與保護。

4 結語

綜上所述，研究公路隧道襯砌裂損病害檢測與治理對策有助于完善我國基礎設施交通網，為城市化建設發展助力，其中所使用的雷達無損檢測技術體現了公路隧道建設行業的現代化轉型，是我國建筑行業產業結構調整的重要表現。通過本文研究得知，某公路隧道工程案例在公路隧道襯砌裂損病害檢測與治理措施研究中具有一定的代表性與借鑒性，基于該案例中襯砌裂損病害檢測中的襯砌滲水情況與病害檢測結果，本文相應提出具有通用性的三項公路隧道襯砌裂損病害治理對策：一襯砌背后空洞注漿、二隧道襯砌補強層加固、三補強層內增設排水系統。