翟正平

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

1 概述

巖后隧道位于國(guó)道二廣高速公路山西境內(nèi)晉城至濟(jì)源段，為分離式雙向四車道隧道，左洞長(zhǎng)839.5 m，右洞長(zhǎng)785.5 m，凈高為5 m，隧道凈寬為9.75 m，設(shè)計(jì)速度80 km/h。2014年3月1日隧道右線發(fā)生?；啡急鹿?，造成液態(tài)天然氣車輛爆炸，隧道內(nèi)42輛汽車、1 500多噸煤炭燃燒，大火燃燒了73 h，隧道被嚴(yán)重破壞。

2 襯砌結(jié)構(gòu)及檢測(cè)

2.1 既有襯砌結(jié)構(gòu)

隧道襯砌結(jié)構(gòu)是按照《公路行業(yè)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 026—90）設(shè)計(jì)。明洞為60 cm厚C25防水鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱背回填M7.5漿砌片石、土石及50 cm厚黏土隔水層。暗洞襯砌結(jié)構(gòu)為復(fù)合式襯砌，有Ⅱa型、Ⅱb型、Ⅲa型、Ⅲb型、Ⅳa型共5類復(fù)合式襯砌[1]，具體支護(hù)參數(shù)見表1。

表1 既有復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 隧道病害狀況調(diào)查及檢測(cè)方法

隧道病害調(diào)查采用了照相機(jī)、攝像機(jī)、直尺、皮尺等記錄和量測(cè)工具，對(duì)隧道內(nèi)病害狀況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，主要是襯砌、路面、排水邊溝、電纜槽、洞門、防排水系統(tǒng)、機(jī)電等方面開展及其他設(shè)施[2]。

隧道襯砌檢測(cè)主要針對(duì)隧道斷面、襯砌厚度、襯砌結(jié)構(gòu)，以確定襯砌結(jié)構(gòu)變形情況和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全狀況。采用激光斷面儀檢測(cè)隧道斷面來確定隧道變形情況。二襯混凝土強(qiáng)度采用回彈法和超聲回彈綜合法進(jìn)行無損檢測(cè)，并結(jié)合鉆芯法芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，綜合評(píng)定混凝土強(qiáng)度。隧道襯砌與圍巖狀況檢測(cè)采用地質(zhì)雷達(dá)，鑒于隧道襯砌表面平整連續(xù)，選擇了時(shí)間方式連續(xù)測(cè)量方法進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)隧道襯砌取芯試驗(yàn)強(qiáng)度和襯砌損壞情況，結(jié)合不同位置襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化情況，確定了襯砌結(jié)構(gòu)損壞范圍。

3 火災(zāi)后右線隧道損壞狀況

3.1 隧道右線出口洞門

隧道右線出口為端墻式洞門，被火燒熏黑，但洞門墻墻身結(jié)構(gòu)沒有發(fā)現(xiàn)病害?；馂?zāi)后發(fā)現(xiàn)問題：a）洞門墻頂帽石為塊石，邊沿被燒脫落；b）洞門墻左側(cè)有1條橫向的裂縫，為墻面裝飾塊石被火燒剝離開裂；c）明洞襯砌混凝土強(qiáng)度檢測(cè)不足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%，不滿足使用安全要求。

圖1 隧道出口洞門

3.2 襯砌結(jié)構(gòu)

根據(jù)襯砌損壞情況和襯砌混凝土強(qiáng)度情況，將右線隧道內(nèi)襯砌損壞分為3個(gè)區(qū)：損壞嚴(yán)重區(qū)、損壞中等區(qū)和損壞輕微區(qū)。

3.2.1 損壞嚴(yán)重區(qū)

K9+950—K10+361出口段為火災(zāi)后襯砌損壞嚴(yán)重區(qū)?；馂?zāi)后隧道狀況：a）隧道襯砌剝離脫落24處、深度在5～32 cm間，最長(zhǎng)剝落段K10+187—K10+238段有51 m長(zhǎng)；b）襯砌表面都是網(wǎng)狀裂縫；c）隧道的配電箱室和滅火器室都存在不同程度損壞；d）人行橫通道與主隧道交叉處襯砌混凝土已經(jīng)燒壞。

3.2.2 損壞中等區(qū)

K9+800—K9+950段為火災(zāi)后襯砌損壞中等區(qū)。火災(zāi)后隧道狀況：a）隧道襯砌剝離脫落1處、深度在10 cm；b）麻面2處；c）襯砌表面有環(huán)向、縱向和網(wǎng)狀裂縫；d）隧道的配電箱室和滅火器室個(gè)別輕度損壞。

3.2.3 損壞輕微區(qū)

K9+575.5—K9+800段為火災(zāi)后襯砌損壞輕微區(qū)?；馂?zāi)后隧道狀況：a）隧道襯砌環(huán)向施工縫和結(jié)構(gòu)縫基本全部顯現(xiàn)；b）襯砌結(jié)構(gòu)局部有裂縫，裂縫寬度在0.5～1 mm之內(nèi)。

3.2.4 防火涂層

右線隧道已全部被燒毀，隧道中涂層不斷小塊脫落或開裂。

3.3 隧道防排水設(shè)施

襯砌施工縫處橡膠止水帶基本被損壞。襯砌背后EVA防水板部分被熱熔，隧道的配電箱室和滅火器室處EVA防水板被燒掉。

3.4 隧道邊溝及電纜槽

K9+575.5—K9+950損壞輕微段和中等段的蓋板邊沿的電纜槽都被燒壞，蓋板有個(gè)別的損壞。K9+950—K10+361損壞嚴(yán)重段的電纜槽外側(cè)槽身和蓋板都被燒壞，蓋板用錘砸能砸下小坑，且表面出現(xiàn)裂縫。

3.5 機(jī)電及其他設(shè)施

隧道內(nèi)機(jī)電及其他設(shè)施全部損壞，包括隧道洞口的機(jī)電設(shè)施控制室內(nèi)部分設(shè)備受爆炸沖擊被損壞。

4 病害處治技術(shù)

4.1 處治原則

隧道處治依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》，以徹底地處理隧道病害和保證隧道安全運(yùn)營(yíng)為原則[1-2]。處理方案要費(fèi)用少、施工快，不得惡化現(xiàn)有圍巖條件、不得加速病害發(fā)展、盡量不損傷既有無病害結(jié)構(gòu)。隧道加固材料采用無毒、無污染材料，滿足安全、環(huán)保的要求。

4.2 具體處治措施

4.2.1 出口洞門處治

隧道右線出口洞門采用拆除重新修筑，和新建隧道洞門一樣，墻身C20現(xiàn)澆片石混凝土，表面采用塊料石鑲面。洞門和明洞之間采用φ22鋼筋連接。

4.2.2 隧道襯砌替換和加固

4.2.2.1 二次襯砌整體換拱

a）K9+950—K10+361損壞嚴(yán)重區(qū)采用隧道整體換拱，將二次襯砌全部拆除重筑。重新砌筑隧道的二次襯砌，因隧道建筑限界是確定不變的，所以二次襯砌結(jié)構(gòu)厚度同原襯砌厚度，采用C30防水混凝土。其中，Ⅳ型襯砌段考慮圍巖受大火燒時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)外圍松散危巖進(jìn)行清除，清除范圍按照外圍30 cm厚度考慮，清除完后噴射10 cm厚C25噴射混凝土（考慮搶險(xiǎn)工期要求添加2%早強(qiáng)劑來加快施工進(jìn)度）。

b）對(duì)隧道周邊圍巖加固，考慮火災(zāi)對(duì)圍巖裂隙發(fā)展的影響，為保證安全，對(duì)整體換拱段全部采用φ42小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固，長(zhǎng)250 cm，環(huán)向間距80 cm，縱向間距100 cm，注水泥漿。拱部是加固重點(diǎn)部位。

c）拆除襯砌采用機(jī)械切割和人工鑿除。拆除時(shí)二次襯砌初始鑿除開口，要做切割或切槽，方便后期人工鑿除。鑿除時(shí)作安全防護(hù)支架保護(hù)施工人員的安全。施工時(shí)對(duì)拆除二次襯砌工藝和安全保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

d）拆除二襯后要立即進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)支撐，采用I16工字鋼鋼拱架支撐。

e）防排水設(shè)計(jì)和新建隧道襯砌防排水一樣。明洞襯砌外設(shè)置土工布、EVA防水卷材，拱墻外側(cè)設(shè)置縱向排水管，每隔5 m設(shè)盲管與底部縱向排水管相通。洞頂回填土上置一層厚50 cm的黏土防水層將水排入洞頂水溝，順勢(shì)集入天然水溝內(nèi)排出隧區(qū)。洞身在初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)置EVA復(fù)合防水板（300 g/m2土工布、EVA防水板厚1.2 mm），要求二次防水襯砌混凝土的抗?jié)B系數(shù)大于S8，對(duì)施工縫、工作縫、沉降縫作專門的防水處理[1]，同時(shí)每10 m設(shè)置一環(huán)向盲管與拱腳的縱向排水管相連，通過橫向排水管將水排入路側(cè)排水邊溝中。路面排水通過兩側(cè)邊溝排走。

4.2.2.2 隧道嵌鋼拱架

在緊靠隧道損壞嚴(yán)重區(qū)段K9+900—K9+950段，采用隧道嵌鋼拱架方案，針對(duì)隧道襯砌裂縫為大面積網(wǎng)狀發(fā)展處，或襯砌表面強(qiáng)度大面積不足處。襯砌嵌入格柵鋼拱架支撐，就是在二次襯砌上開深20 cm寬30 cm的槽，將H-13C cm格柵鋼拱架放入，鋼拱架采用φ20的U型鋼筋固定，在拱架每段接頭處必須定位1次，中間定位2次，最后采用C30細(xì)粒式混凝土充填（碎石粒徑不大于2 cm）。

4.2.2.3 二次襯砌局部更換

襯砌局部更換就是將襯砌結(jié)構(gòu)厚度和強(qiáng)度不滿足要求處，厚度不小于原設(shè)計(jì)襯砌厚度1/2，強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%處，將局部不滿足要求處二次襯砌結(jié)構(gòu)切除或鑿除，切除平面形式為方形。在切除二次襯砌前，應(yīng)提前根據(jù)切除環(huán)向?qū)挾燃庸ず肐18工字鋼支撐，切除完成后立即將鋼支撐放入。襯砌采用C30防水混凝土。

4.2.2.4 襯砌表面修補(bǔ)

襯砌表面為麻面和表層脫落，采用掛鋼筋網(wǎng)噴射鋼纖維混凝土修補(bǔ)。將劣化結(jié)構(gòu)清除，然后掛φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)間距25 cm×25 cm，鋼筋網(wǎng)采用φ12鋼筋固定，鋼筋植入襯砌15 cm。最后噴射C25鋼纖維混凝土補(bǔ)平，人工抹平表面。

4.2.3 襯砌裂縫處治

4.2.3.1 施工縫處治

施工縫在火燒后混凝土結(jié)構(gòu)膨脹收縮顯現(xiàn)，有的止水帶被破壞，必須對(duì)施工縫滲水進(jìn)行處治。采用U形槽保溫排水措施進(jìn)行處治，即在襯砌上切15 cm×15 cm的U形槽，埋設(shè)φ100Yas排水半管，其四周用堵漏膠充填；之后，鋪設(shè)8 cm保溫材料；最后，噴涂防火涂層。

4.2.3.2 襯砌裂縫處治

a）對(duì)寬度大于1 mm的襯砌裂縫采用壓力注漿法處治。垂直于裂縫或在裂縫側(cè)面鉆孔注超細(xì)水泥漿，注漿鉆孔直徑25 mm，間距30 cm，壓力注漿順序從下到上進(jìn)行，即從襯砌豎向表面的最低點(diǎn)開始。注漿前在槽內(nèi)采用環(huán)氧樹脂、環(huán)氧砂漿等材料封閉裂縫。

b）對(duì)寬度在0.2～1 mm的襯砌裂縫采用鑿槽充填法處治。修補(bǔ)時(shí)沿裂縫用機(jī)械開鑿和人工剔鑿，鑿成“V”或“U”形，槽寬和槽深根據(jù)裂縫深度和有利于封縫來確定?！癡”形槽采用樹脂類的填充料，其寬度為50 mm、深度為50 mm；“U”形槽采用水泥砂漿填充，其寬度為50 mm、深度為50 mm。

c）對(duì)寬度小于0.2 mm的表面裂縫采用粘貼碳纖維布處治。涂刷底膠前，裂縫縫口表面要求基面平順、干燥、無附著物，露出結(jié)構(gòu)新面。粘貼碳纖維布（300 g/m2）時(shí)，將環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠用滾筒均勻涂刷于需要黏結(jié)的混凝土表面，盡量將在碳纖維布和樹脂間空氣除去，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維，粘貼碳纖維布后應(yīng)養(yǎng)護(hù)讓自然達(dá)到初期固化，保證固化期間不受外界干擾和碰撞。

4.2.4 其他工程處治

4.2.4.1 電纜槽處治

損壞嚴(yán)重段電纜槽和蓋板全部重新修筑。損壞輕微段和中等段蓋板，按照個(gè)別損壞進(jìn)行更換；電纜槽外側(cè)邊沿?fù)p壞植筋法修補(bǔ)，用φ16鋼筋植入好的槽身內(nèi)15 cm，露頭10 cm，縱向間距50 cm，作為固定鋼筋，設(shè)置φ12縱向鋼筋綁扎在固定鋼筋上，修補(bǔ)采用C25混凝土修補(bǔ)。

4.2.4.2 防排水處治

沒有更換襯砌段隧道噴涂防水層。防水層采用聚氨脂系列，要求每平米刷2 kg且厚度不小于1 mm。在清除干凈襯砌表面之后[3]，須按要求進(jìn)行表面驗(yàn)收。

4.2.4.3 路面和防火噴涂

右線隧道內(nèi)路面瀝青混凝土面層全部鑿除，采用原瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)。隧道內(nèi)裝采用防火涂層，要求耐火極限不小于2 h。防火涂層施工在襯砌加固、防水處治全部施工完成后施工。

5 處治措施優(yōu)化方案

5.1 裂縫處治方法調(diào)整

a）對(duì)不影響結(jié)構(gòu)安全、長(zhǎng)度小于1 m且寬度小于0.2 mm的襯砌表面裂縫不作處理。

b）為加快施工進(jìn)度，對(duì)寬度小于0.2 mm的裂縫采用環(huán)氧樹脂膠封閉；對(duì)寬度大于0.2 mm且小于1.5 mm的裂縫采用低壓滲透法灌注膠處治，可避免襯砌開槽，能加快施工進(jìn)度。

圖2 低壓滲透法灌注灌封膠

c）施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)所有處治的裂縫應(yīng)做好記錄，并歸檔保存，以便在后期對(duì)病害處治情況進(jìn)行核實(shí)和觀察處治效果。

5.2 襯砌加固與預(yù)埋件交叉處理

通過采用調(diào)整施工工藝處理，損壞中度區(qū)嵌入鋼格柵加固中時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋼格柵與縱向預(yù)埋鍍鋅鋼管相交叉，施工現(xiàn)場(chǎng)增加鋼格柵時(shí)需縱向開鑿并重新埋設(shè)管件。為保證二襯混凝土的整體性，不能開鑿?fù)ㄩL(zhǎng)的縱向槽。對(duì)于預(yù)埋管交叉的鋼格柵，采用在槽內(nèi)安裝完主筋后，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整斜筋和環(huán)向鋼筋的位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，增加了施工費(fèi)用，但保護(hù)了襯砌結(jié)構(gòu)。

5.3 襯砌圍巖加固調(diào)整

隧道襯砌換拱加固段中，Ⅳ類圍巖段換拱加固段，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拆除襯砌后情況，圍巖狀況較好，基本不存在危巖，且隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)穩(wěn)定，取消Ⅳ類圍巖段的周邊清除30 cm厚危巖，取消周邊注漿加固，只對(duì)圍巖裂隙明顯處進(jìn)行注漿加固。

5.4 襯砌表面修補(bǔ)調(diào)整

襯砌表面局部損壞修補(bǔ)時(shí)，考慮施工更快，對(duì)位置在邊墻且面積小于0.5 m2的表面損壞，采用聚合物水泥混凝土（砂漿）、改性環(huán)氧混凝土（砂漿）等材料。

6 結(jié)論

a）設(shè)計(jì)時(shí)加固方案要考慮對(duì)預(yù)埋管道和設(shè)施的影響，處治設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)原設(shè)計(jì)預(yù)留預(yù)埋件有詳細(xì)的了解，采取有效的保護(hù)措施，要求施工工藝精細(xì)化來減少破壞，處治方案盡量避開對(duì)預(yù)留預(yù)埋件的干擾。

b）施工中要注意機(jī)電和其他工程設(shè)施中預(yù)埋件的施工，特別是機(jī)電及其他工程在施工開始前進(jìn)行技術(shù)交底，對(duì)預(yù)埋件必須強(qiáng)調(diào)。

c）處治方案要細(xì)化，對(duì)病害情況和危害程度進(jìn)行分類和定性，根據(jù)其危害程度進(jìn)行處治，讓方案安全、施工快、費(fèi)用少。

d）襯砌裂縫處治應(yīng)根據(jù)裂縫寬度、深度、長(zhǎng)度和危害程度對(duì)其進(jìn)行定性和分類，然后根據(jù)裂縫情況采用不同的處治方法，讓處治方法更加安全、施工快速、經(jīng)濟(jì)節(jié)約。