李永永，薛勇杰

（1.山西省交通科學研究院，山西 太原 030006；2.福州大學 土木工程學院，福建 福州 350116）

隨著持續(xù)多年的國家基礎(chǔ)設(shè)施大投資，我國隧道工程的總里程躍居世界第一。由于地質(zhì)條件、設(shè)計水平、施工管理、運營過程中各種因素的影響，大部分隧道在運營中會出現(xiàn)不同程度的病害，隧道病害處治施工與運營相互干擾，成本高、難度大，引起了建設(shè)、管理、設(shè)計、施工等各方的高度重視。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)地貌

隧道進洞口位于斜坡上，斜坡自然坡度25°～35°；出洞口處被沖溝切割，自然坡度40°～55°；隧道通過段地形呈波狀起伏，溝谷縱橫，高程最小為432.5 m，最大為1 072.0 m，相對高差639.5 m，地形起伏較大。場地地貌屬于構(gòu)造剝蝕低山地貌。隧道圍巖巖層分布為第四系崩坡積塊石土（Qc+dl）和殘坡積亞黏土（Qcl+dl）、侏羅紀下統(tǒng)珍珠沖組（J1z）砂巖、三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）、砂巖夾煤和三疊系中統(tǒng)巴東組泥灰?guī)r、灰?guī)r和泥巖。地質(zhì)構(gòu)造形式以褶皺變形為主，而斷裂構(gòu)造不發(fā)育。本隧道圍巖以Ⅲ、Ⅳ級圍巖為主。主要工程地質(zhì)問題包括軟質(zhì)巖泥巖及泥灰?guī)r的軟化變形、可溶性碳酸鹽泥灰?guī)r及灰?guī)r的巖溶孔洞、埋深較大地段的高地應(yīng)力分布。

1.2 氣象水文

隧址區(qū)屬于中緯度亞熱帶暖濕季風氣候區(qū)。氣候溫和濕潤，雨量充沛，四季分明，冬多綿雨。年平均氣溫為16.4℃，1月（最低）平均氣溫為5.1℃，7月（最高）平均氣溫為27.5℃，極最高氣溫為43.1℃。年平均降水量為1 179 mm，其中3—8月降水量占全年降水量可達68%，最大3 d降水量為200～350 mm，最大24 h降水量80～120 mm。隧址區(qū)主要地表水體為隧道進洞口附近的朱衣河和降雨，地下水主要為巖溶裂隙孔隙水和基巖裂隙水。

1.3 地震區(qū)

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），該區(qū)地震基本烈度相當于6度，地震動峰值加速度為0.05g；地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

2 隧道病害情況

重慶市某隧道為雙向四車道分離式特長隧道，隧道自西向東橫穿小山包，其最大埋深618.00 m，并以Ⅲ、Ⅳ級圍巖為主。隧道起訖樁號為K100+960—K106+045，長 5 085 m；右線起訖樁號為 YK101+000—YK106+080，長 5 080 m。2015年左洞LK102+960—LK104+980段部分段落出現(xiàn)路面開裂變形，電纜槽長距離傾斜變形和破損的情況，已影響到隧道運營安全。業(yè)主單位于2015年5月委托檢測單位對該段路面病害進行了專項檢測，2015年9月發(fā)現(xiàn)該洞LK105+390—LK105+480路面同樣出現(xiàn)變形開裂和破損情況。

圖1 路面縱向裂縫

圖2 電纜槽壁傾斜及開裂

3 路面開裂原因分析

根據(jù)實地踏勘及現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，發(fā)現(xiàn)病害呈現(xiàn)如下現(xiàn)象：

a）路面病害發(fā)生的路段不連續(xù)。

b）電纜溝槽出現(xiàn)傾斜。

c）隧道路面裂縫大部分位于隧道中線附近。

d）仰拱填充混凝土沿縱向出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度從上至下明顯縮小。

e）出現(xiàn)裂縫部位多數(shù)位于Ⅲ、Ⅳ級圍巖。根據(jù)調(diào)研結(jié)果及相關(guān)勘察設(shè)計施工資料可推斷出本隧道復合式路面裂縫為路基底開裂引起的反射裂縫，具體原因歸納為水文地質(zhì)、設(shè)計方面和施工方面。

3.1 水文地質(zhì)因素

根據(jù)勘察設(shè)計資料可知，該隧道路面病害段底部圍巖主要為煤系地層，以泥灰?guī)r夾泥巖為主，裂隙發(fā)育、巖體破碎、穩(wěn)定性差，且泥巖屬軟巖類，強度和硬度均很低，圍巖軟弱，遇水易軟化和膨脹。一方面本隧址區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以褶皺變形為主，受背斜構(gòu)造，隧址區(qū)地下水發(fā)育，為圍巖軟化及膨脹提供條件；另一方面由于圍巖高地應(yīng)力場產(chǎn)生的變形，使隧道兩側(cè)部分排水溝底混凝土破壞，當隧道中心排水溝等排水設(shè)施嚴重堵塞，臨時排水設(shè)施不完善時，隧道地下水及隧道地表水在滲透作用下通過水溝滲入仰拱底部，引起圍巖軟化及膨脹，當隧道仰拱底部圍巖長期受水浸泡軟化，地基承載力就會下降。在重載交通循環(huán)荷載與圍巖地應(yīng)力的不利耦合作用下隧道底板巖體強度將進一步衰減，在隧道圍巖壓力及二襯應(yīng)力不斷重新調(diào)整下，強度不足處仰拱及填充混凝土發(fā)生變形開裂進而引起二襯拱頂、拱腰、拱腳和邊墻開裂，最終造成隧道瀝青路面開裂、坑槽等病害及電纜槽破壞。

3.2 設(shè)計因素

路面病害路段隧道圍巖主要為Ⅲ、Ⅳ級，仰拱設(shè)計無論是緊急停車帶路段還是普通路段均未采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，均為普通素混凝土及無仰拱段，設(shè)計上對地應(yīng)力較大，地下水發(fā)育豐富區(qū)軟弱夾層泥巖、泥灰?guī)r地質(zhì)特性認識不足，未考慮仰拱底部圍巖在地下水影響下后期強度衰減特性，導致隧道無拱段強度回填混凝土開裂，進一步反射到瀝青路面。

3.3 施工因素

隧道施工未按照相關(guān)技術(shù)標準及規(guī)范作業(yè)，如仰拱底部虛碴未清除干凈，超挖未嚴格處理，仰拱填充段落欠密實。另外高地應(yīng)力區(qū)軟弱圍巖隧道施工時未充分考慮圍巖蠕變特性導致二襯支護時機選擇不當，影響圍巖及襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力調(diào)整與設(shè)計文件不匹配。

4 路面病害處治方案

4.1 病害處治原則

隧道病害整治設(shè)計要堅持“一次根治、不留后患”的治理原則[1-2]。

在設(shè)計中要充分掌握隧道襯砌、排水、路基構(gòu)造，根據(jù)調(diào)查正確分析掌握病害產(chǎn)生的原因，針對性地提出處治措施。

綜合考慮隧道運營情況及施工中的安全性、耐久性及經(jīng)濟性等。

4.2 綜合處治方案

隧道拱腳與拱底的開裂變形病害是引起隧道路面開裂、鼓包，混凝土面板開裂、斷板，電纜槽和排水邊溝變形、破損等的主要原因，因此，隧道拱腳與拱底變形病害的處治對阻斷隧道路面病害的發(fā)生和保證隧道運營安全尤為重要。

4.2.1 拱部處治方案

對于隧道內(nèi)路面縱、橫向裂縫較為密集、發(fā)育地段，采用拱底注漿法，首先在路面結(jié)構(gòu)破除前對二次襯砌墻腳進行鎖腳加固，錨桿長400 cm，梅花型布置@20×60。然后對路面左右側(cè)換幅進行破除。當開挖至基底標高時先初噴混凝土，再打設(shè)基底錨桿、掛鋼筋網(wǎng)，復噴混凝土，最后施作路面結(jié)構(gòu)層，具體情況見圖3。

圖3 拱部注漿方案圖（單位：cm）

對于隧道路面混凝土面板斷板、隆起嚴重、拱腳變形過大、電纜槽和排水邊溝嚴重變形破壞的情況，增設(shè)仰拱是一個最有效的處治方案。采用破除原路面及填充物，在仰拱開挖和墻腳混凝土鑿除前，打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿端部須設(shè)（20×20×1）cm的墊板；仰拱開挖禁止全斷面開挖，且須采用跳槽開挖，每次開挖長度不得大于3 m；仰拱增設(shè)仰拱須與原襯砌邊墻順接，厚度為50 cm，具體情況見圖4。

圖4 增設(shè)仰拱方案圖（單位：cm）

增設(shè)仰拱方案隧道受力情況最理想，但是施工風險大、工期長、難度大；拱底注漿方案施工風險低、工期短，但是施工質(zhì)量差異性較大，影響處治效果。綜合以上分析，在較嚴重地段采用增設(shè)仰拱，其余區(qū)段采用拱底注漿方案。

4.2.2 路面病害處治

4.2.2.1 瀝青面層修復

對于僅需處治面層的復合式路面，鑿除開裂、鼓包、坑槽或車轍嚴重段的路面，重新施作復合式路面面層。上面層為細粒式改性瀝青混凝土，中面層為中粒式改性瀝青混凝土，面層與面層之間設(shè)置瀝青黏層，隧道路面表面層為改性瀝青中摻加5%～8%改性瀝青質(zhì)量的阻燃劑。

4.2.2.2 混凝土面板

當隧道復合式路面混凝土面板破壞嚴重，需要重新鋪筑時，根據(jù)實際情況對混凝土面板進行鑿除，重新鋪筑連續(xù)配筋混凝土面板以保證處治質(zhì)量，為確保工程質(zhì)量和加快工程進度，連續(xù)配筋網(wǎng)宜采用工廠化生產(chǎn)的鋼筋焊接網(wǎng)片拼接，同時還需做好相應(yīng)接縫處理。

5 結(jié)語

a）隧道路面病害小則影響駕駛舒適性，大則危及洞內(nèi)行車安全，因此軟弱圍巖隧道建設(shè)要高度重視勘察設(shè)計質(zhì)量。

b）隧道工程屬隱蔽性高風險工程，在路面病害處治前，應(yīng)綜合分析隧道病害成因，針對性地提出徹底性處治措施，加強處治效果監(jiān)測和評價，為同類隧道病害處治提供參考。