某高速公路隧道專項病害檢測與加固處治分析

于婷婷

（內蒙古綜合交通科學研究院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010010）

0 引言

我國已建成公路隧道大多具有穿越地質條件復雜多變，結構形式多樣，技術難度大的特點。目前，我國公路隧道通車里程已突破17000km，隨著既有公路隧道運營時間的增長，隧道病害逐漸增多，影響正常使用，隧道維修加固問題日益突出，運營管理單位責任重大。在隧道使用期間對其結構進行維修加固，防止隧道病害發展，提高原結構性能指標，可保證隧道結構具有良好的運營條件和使用功能，延長其使用壽命。對隧道結構進行維修加固，比新建隧道少很多的費用，還能延長隧道的使用期限，具有較高的社會效益與經濟效益。本文結合某高速公路隧道，對隧道病害進行專項檢測與加固處治分析。

1 工程概況

某高速公路隧道為雙向四車道小凈距隧道，雙洞全長5890m，其中左洞長2946m，右洞長2944m，設計時速為80km/h。隧道平面線型為曲線，路面縱坡為人字坡，左線縱坡和右線縱坡坡度均在0.3%～1.8%。

在高速公路隧道中，三門峽端洞門形式均為削竹式，淅川端洞門形式為端墻式。

隧道洞身均為V級圍巖，采用新奧法原理設計、施工。隧道防排水設計采用“以排為主，堵排結合”的設計原則，洞身滿鋪EVA防水板無紡土工布，厚度1.2mm，同時隧道襯砌均采用防水混凝土澆筑，其抗滲等級為S6。隧道環向鋪設半圓管將水引入邊墻兩側，雙壁打縱向波紋管，然后通過橫向排水管將水引入隧道右側檢修道下排水邊溝排出洞外。路面雨水、沖洗水、消防水通過路緣通縫式排水溝排出洞外，與洞外的排水溝、截水溝形成完整的排水系統。對該隧道進行定期檢查，根據隧道定檢所發現的病害現狀，按現行《公路隧道養護技術規范》判定該隧道為四類隧道，需要對該隧道進行搶險加固[1]。

2 存在的主要病害

（1）該隧道小樁號端右洞洞口邊仰坡防護破損；淅川端右洞洞頂未回填，導致洞頂排水溝功能失效。小樁號端右洞洞口邊仰坡防護破損，大樁號端右洞洞頂未回填，洞頂地表水無法流入洞頂排水溝，致使排水溝功能失效（見圖1所示）。

圖1 右洞洞頂排水溝功能失效

（2）隧道襯砌存在較多縱、環、斜向裂縫，滲水情況嚴重；表面存在施工時固定風帶遺留的鋼筋及鐵絲未拆除，襯砌表面還存在平整度不足、蜂窩麻面、表面污漬、露筋等病害[1]。

①隧道襯砌裂縫（見圖2所示）較多，左洞共有裂縫75 條，裂縫總長為340.5m，其中縱、斜向結構性裂縫40條，單條裂縫最長為12m，最寬為1.5mm；右洞共有裂縫69條，裂縫總長為359m，其中縱、斜向結構性裂縫35條，單條裂縫最長為15m，最寬為8.4mm。

圖2 隧道襯砌裂縫

②隧道左洞存在32處滲漏水現象（見圖3所示），右洞存在8處滲漏水現象，主要以點狀、干漬滲水為主，在左洞1470～1500m、2920～2936m段比較集中。

圖3 隧道襯砌滲漏水

③襯砌表面存在平整度不足、蜂窩麻面、表面污漬、露筋等病害。

（3）隧道洞內路面總體狀況較差，施工時散落到路面上的混凝土凸起斑塊較多，左洞17處，右洞2處，影響行車安全；路面還存在多處坑槽、橫向裂縫、臟污等病害。

①路面上存在多處施工時散落到路面上的混凝土凸起斑塊，左洞17處，右洞2處，影響行車安全。

②左洞路面存在8 處坑槽，右洞路面存在2 處坑槽、3 處橫向裂縫等病害。

（4）隧道檢修道蓋板缺失、破損、移位嚴重；部分預留洞室處檢修道內側壁未修砌，致使蓋板無法鋪砌。

（5）隧道排水系統不暢，排水邊溝破損、堵塞嚴重；洞內縱向管檢查井內多處有雜物淤積、積水。

①排水邊溝破損、堵塞嚴重。

②排水系統不暢導致積水，洞內縱向管檢查井內多處有雜物淤積、積水。

（6）隧道相關交通標志、標線不全。主要為隧道信息標志、消防設備指示標志等缺失，且標線在洞口向外延伸長度不足。

3 專項病害檢測

為徹底查明病害原因，了解隧道結構的內部情況，對該隧道病害較嚴重段落進行了專項檢查，分析隧道結構穩定性和掌握隧道健康狀況，為維修加固提供技術資料。

3.1 主要檢測內容

檢測內容主要包括對襯砌厚度及內部缺陷、襯砌混凝土強度、隧道凈空斷面、典型結構性裂縫開裂深度等進行檢測。

3.1.1 襯砌厚度及內部缺陷

利用雷達對襯砌厚度及內部空洞、脫空、不密實等進行缺陷檢測。本次崤山隧道襯砌缺陷檢測工作，采用地質雷達對襯砌病害集中段落沿隧道縱向布置左邊墻、左拱腰、拱頂、右拱腰、右邊墻5 條測線，具體檢測段落見表1。

表1 隧道地質雷達檢測段落

3.1.2 隧道襯砌強度

采用超聲-回彈法掌握襯砌混凝土強度情況，排除隧道襯砌混凝土碳化對測定強度的影響，并結合襯砌厚度、襯砌背后空洞、病害情況等資料，綜合分析各段襯砌結構的受力狀態[2]。本次隧道襯砌強度檢測工作共抽檢12處，其中左洞6處，右洞6處。

3.1.3 隧道凈空斷面檢測

采用激光斷面儀檢測襯砌輪廓，并與原設計內輪廓進行對比，掌握隧道內輪廓變形量，并且為后續的隧道加固處治設計提供技術資料。本次對該隧道定期檢測中病害集中及代表性部位進行凈空斷面檢測，共抽檢5處，其中左洞抽檢2處、右洞抽檢3處。

3.1.4 典型結構性裂縫開裂深度檢測

通過對該隧道定期檢測中襯砌結構上開裂寬度較寬、長度較長的縱向或斜向典型結構性裂縫進行裂縫深度檢測，判斷裂縫的開裂狀況及對襯砌結構的影響。

3.2 檢測結果

3.2.1 襯砌混凝土厚度及內部缺陷

檢測顯示該隧道局部段落襯砌厚度不足，襯砌背后均存在空洞、脫空、回填不密實等缺陷。

該隧道右洞發現襯砌背后空洞、脫空、不密實區共計20處，總計42.5m；右洞距小樁號端洞口640～670m、690～730m、790～810m、960～1040m等段落襯砌厚度不足情況較明顯，最小襯砌厚度為25cm，具體情況見表2所示。

表2 隧道右洞襯砌缺陷

3.2.2 襯砌混凝土強度檢測

對該隧道襯砌混凝土強度抽檢12處，其中左洞6處，合格4處，不合格2處；右洞6處，合格6處；最小值位于左洞距淅川端洞口1480m處，強度為17.3MPa。

3.2.3 凈空斷面檢測

通過對該隧道凈空斷面檢測，結果表明隧道最大線性超挖0.133m，隧道內輪廓基本正常，無侵入建筑限界現象。

3.2.4 典型結構性裂縫開裂深度的檢測

該隧道現場已對開裂較大及長度較長的裂縫使用水泥漿進行了抹面處理，故無法對裂縫深度進行檢測。

4 病害處治原則和處治范圍

4.1 處治總體原則

（1）針對邊仰坡的不同病害情況，選擇針對性的處治措施，保證邊仰坡穩定；

（2）襯砌滲漏水處治按“宜疏不宜堵”原則進行，通過治理基本達到“不滲不漏”的效果[3]；

（3）襯砌加固盡可能在保持原結構完整性的基礎上進行結構補強；

（4）施工材料、工藝與施工條件緊密結合，可操作性強；

（5）處治工程中的安全措施、勞動保護必須符合有關安全施工技術規定。

4.2 處治范圍

（1）洞口病害處治：對隧道明洞洞頂、洞頂邊坡病害進行處治；（2）滲漏水處治：對隧道襯砌及洞門墻滲水病害進行處治；（3）襯砌裂縫補強：對隧道襯砌裂縫病害進行處治；（4）襯砌加固：對隧道襯砌厚度不足、結構性裂縫發育段落進行處治；（5）防排水病害處治：對隧道電纜槽、排水邊溝缺失、破損進行處治；（6）路面病害處治：對隧道路面坑槽、裂縫病害進行處治；（7）交通標志標線缺損處治：對隧道交通標志標線缺損病害進行處治。

5 處治方案

5.1 洞口病害處治

5.1.1 處治方案

（1）對隧道兩端洞頂回填不密實進行處治。

通過開挖100cm深回填層，用小型機械進行洞頂表層夯實后，再進行回填50cm厚碎石土和50cm厚黏土隔水層，最后進行地表植草。具體工序如下：

①挖除洞頂30cm厚雜土及洞頂截排水溝并棄運，不再進行利用；

②繼續開挖70cm 厚洞頂回填土，后期回填時再次利用；

③用小型機械對開挖底部基礎進行夯實，表層土壓實度不低于92%；

④進行50cm厚碎石土回填，回填時應分層回填并夯實，每層回填厚度不大于25cm，且回填時壓實度不低于92%；

⑤用黏土隔水層進行回填，回填厚度50cm，且應分層回填并夯實，每層回填厚度不大于25cm，回填壓實度不低于92%；

⑥開挖回填應分段進行，開挖土方在襯砌上方堆放高度不應超過1m；

⑦洞頂回填層進行植草防護[3]。

（2）隧道洞頂兩側邊坡在雨季受到沖刷，導致坡腳截水溝淤積，采取坡面植草防護。

（3）對隧道洞頂截水溝淤積堵塞、破損，采取人工清淤疏通并對破損段落拆除重建；對隧道洞頂小路通過洞頂截水溝的情況采用在其上鋪設蓋板的方法進行處治。

5.1.2 質量控制

洞口防排水系統修復質量應符合以下要求：

（1）洞頂排水溝、截水溝排水順暢，無淤積堵塞；

（2）洞口附近和淺埋地段洞頂地表平整，不積水；

（3）坑洼、鉆孔、探坑等應回填黏性土，并分層夯實。

5.2 滲漏水處治

5.2.1 處治思路

（1）應根據水文地質條件、滲漏水程度，遵循防排截堵、因地制宜、綜合治理的原則確定滲漏水處治方案。

（2）當滲漏水嚴重且排水對環境影響較大時，宜先進行圍巖注漿堵水，再進行結構滲漏處治。

（3）大面積滲漏水一般采用綜合處治的辦法。滲漏水狀態為滴漏時，宜采用導水法處治。滲漏水狀態為涌流、噴射時，宜在降低水位后，采用導水法處治。襯砌表面宜采取噴射法、涂層法等進行處理。

（4）經過本次隧道滲水處治，應保證隧道襯砌表面不滲水，治理方案的實施不得惡化現有圍巖條件和加速病害發展，治理方案的實施盡可能減少對交通的干擾。

5.2.2 處治方案

（1）洞內排水、防滲處理：對于局部突涌水段，拆除原二次襯砌，預留排水暗槽，修復防排水體系，新建鋼筋混凝土二次襯砌，在新建襯砌和原襯砌間設置兩道帶注漿管遇水膨脹止水條。暗槽寬50cm、深30cm，在暗槽中間位置垂直巖面鉆孔，兩側與巖面呈45°鉆孔，孔深5m，環向間距1m。

（2）滲漏水較嚴重段：在二次襯砌混凝土中開槽，槽深25cm，寬15cm，在槽內向圍巖鉆引水孔，孔徑為100mm，鉆透二次襯砌及初期支護泄壓排水，將直徑110PV管預埋于槽中，用快速水泥基膠泥基填充槽身，并在其干燥后用高黏結力高彈性專用伸縮縫防水材料特種聚氨酯和丙烯酸涂刷表面3～4遍，防止震動開裂和加強防水效果，最后恢復防水涂料及顏色。

在檢修道上約70cm高度處鉆泄水孔（見圖4所示），泄水孔孔深5m，孔徑110mm，泄水孔間距為2.5m 或5m（滲漏水較嚴重段落孔間距為2.5m），通過邊墻襯砌開槽埋管將地下水引至邊溝排出。

圖4 泄水孔的布置

（3）拱腳增設泄水管：由于該隧道滲水情況較嚴重且排水系統功能不完善，在鑿槽埋管排水方法的基礎上，對該隧道左洞1475～1490m、2920～2940m 和右洞925～945m段及左、右洞行車道側邊墻，采用在邊墻底部鉆Φ 100泄水孔排水，通過不銹鋼花管將水導入排水暗溝中，通過排水暗溝將水排出洞外[4]，見圖5所示。

圖5 拱腳鉆孔減壓降低水位（單位：cm）

（4）襯砌表面涂刷防水材料：隧道在施工縫鑿槽埋管排水、行車道側襯砌沿隧道全長設泄水孔的基礎上，對襯砌全斷面先進行基面處理，再涂刷兩層厚1～2mm水泥基高效防水涂料進行封閉。

（5）洞門墻滲水處治：對于洞門墻滲水，在洞門墻上沿主要滲漏水位置鑿14m×10cm的豎向倒梯形槽，鑿槽埋管長度應向未滲水縫隙上方延伸不小于10cm，向下與新增Φ200PVC連接；滲水段槽中心設置Φ45引水孔，其內插入Φ40PVC排水管，排水管末端50cm用土工布包裹；在槽中心用2mm厚鋁合金管卡固定Φ100半圓排水管，并將半圓管與增設的外部縱向PVC管用Φ100圓管連通。洞門墻面上豎向鑿槽埋管間距不宜小于3m，洞門墻面上嚴禁橫向鑿槽埋管，其余橫向滲水縫隙周邊涂抹水泥基高效防水劑。

6 結束語

本文以某公路隧道典型病害為例，通過對隧道專項檢測內容、檢測結果以及相關病害原因進行深度分析，制定針對相關病害的加固措施。同時對病害處治的總體原則、病害處置范圍、處治設計的工藝及注意事項進行了分析研究。為隧道的專項檢測和加固提供了較好的思路和參考?？傊?，針對隧道病害，應建立預防為主、早期發現、及時維修、對癥下藥的養護管理機制，建立一套成熟、有效和先進的整治模式是非常有必要的。