■王明智

（漳州通廣云平高速公路有限公司，漳州 363000）

公路隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，常因地質(zhì)因素、施工先天缺陷、后期養(yǎng)護(hù)不到位等不同原因而產(chǎn)生裂縫、滲漏水、仰拱隆起、破損、施工縫錯(cuò)臺(tái)等不同病害，其中裂縫和滲漏水病害尤為突出。 襯砌的開(kāi)裂問(wèn)題往往會(huì)使得隧道結(jié)構(gòu)的安全性能降低， 加速襯砌的破壞，不加以控制甚至影響行車(chē)安全。 前人針對(duì)襯砌裂縫的發(fā)育規(guī)律及成因機(jī)制[1-3]、襯砌裂縫對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全的影響分析[4-8]等方面已有大量的研究， 就裂縫成因機(jī)制和影響程度得出了廣泛共識(shí)。 同時(shí)伴隨近年來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備快速發(fā)展，公路隧道相關(guān)的健康監(jiān)測(cè)也逐漸在大力推廣[9-10]。 但針對(duì)公路隧道裂縫的評(píng)價(jià)、 治理和長(zhǎng)期維護(hù)的系統(tǒng)性研究相對(duì)較少， 因此本文擬結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)裂縫調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析、典型裂縫影響分析、襯砌加固處治以及加固后長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等方面系統(tǒng)闡述運(yùn)營(yíng)公路隧道裂縫整治處理的整套思路， 為后續(xù)類(lèi)似工程應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

獅頭崠隧道為單線雙洞分離式隧道，左線里程樁號(hào)為 ZK96 +660 ～ZK97 +339.223， 長(zhǎng)度為679.223 m， 右線里程樁號(hào)為YK96+665～YK97+346.962，長(zhǎng)度為681.962 m（圖1）。 隧道襯砌施工完成后在局部區(qū)段 （ZK96+760～ZK97+140，YK96+760～YK97+140）發(fā)育了多處二襯裂縫病害，病害段襯砌支護(hù)類(lèi)型為Z4 型，初支為C25 噴射混凝土+鋼格柵支撐+A8 型鋼筋焊接網(wǎng)， 二襯為35 cm 厚C30防水混凝土（圖2）。

圖1 隧道現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 Z4 型復(fù)核支護(hù)立面圖

2 隧道調(diào)查與治理

2.1 隧道病害規(guī)律

依據(jù)獅頭崠隧道病害段調(diào)查結(jié)果，該段二襯裂縫左右線共有145 條。 （1）隧道左線共有74 條裂縫，按裂縫寬度可分為：細(xì)微裂縫（縫寬≤0.2 mm）23 條、常規(guī)裂縫（0.2 mm＜縫寬＜0.5 mm）18 條、超限裂縫（縫寬≥0.5 mm）33 條，按裂縫類(lèi)型可分為：橫向裂縫32 條、 縱向裂縫24 條和斜向裂縫18 條；（2）隧道右線共有71 條裂縫，按裂縫寬度可分為：細(xì)微裂縫（縫寬≤0.2 mm）21 條、常規(guī)裂縫（0.2 mm＜縫寬＜0.5 mm）9 條、超限裂縫（縫寬≥0.5 mm）41條，按裂縫類(lèi)型可分為：橫向裂縫42 條、縱向裂縫20 條和斜向裂縫9 條（圖3、4）。 以上裂縫多分布于左右墻位置， 右洞YK96+820～YK96+980 拱頂縱向裂縫相對(duì)集中，作為后續(xù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)區(qū)段，該段病害展布圖見(jiàn)圖5。

圖3 左洞裂縫統(tǒng)計(jì)

圖4 右洞裂縫統(tǒng)計(jì)

圖5 右洞重點(diǎn)段病害展布圖（YK96+820～YK96+980）

2.2 隧道治理措施

隧道治理措施依據(jù)裂縫寬度進(jìn)行選擇，對(duì)于裂縫超限或襯砌存在缺陷情況，裂縫修復(fù)后還需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，具體治理措施如下（表1）。

表1 隧道治理措施

2.2.1 隧道細(xì)微裂縫修復(fù)（縫寬≤0.2 mm）

隧道細(xì)微裂縫修復(fù)（縫寬≤0.2mm），即表面環(huán)氧膠封閉處理，具體步驟如下：（1）先剔除砼表面抹灰層，并用機(jī)械方法打磨平整；（2）涂刷低黏度改性環(huán)氧底膠， 涂刷時(shí)應(yīng)使膠液在混凝土表面充分滲透，微裂紋內(nèi)應(yīng)含膠飽滿，必要時(shí)可沿裂縫多道涂刷；（3）在底膠干后，使用改性環(huán)氧砂漿處治砼表面缺損。

2.2.2 隧道常規(guī)裂縫修復(fù)（0.2 mm＜縫寬＜0.5 mm）

隧道常規(guī)裂縫修復(fù)（0.2 mm＜縫寬＜0.5 mm），即畢可法（恒壓灌漿法）處理，具體步驟如下：（1）對(duì)裂縫縫口及封邊表面清平；（2）在裂縫表面進(jìn)行騎縫鉆孔，作為注射器底座導(dǎo)向孔；（3）用0.2 MPa 以上氣壓的壓縮空氣清除裂縫的灰渣和浮塵，沿縫長(zhǎng)范圍內(nèi)砼表面用丙酮進(jìn)行清洗去污；（4）注射器底座應(yīng)用丙酮洗凈后， 在底盤(pán)周?chē)鶆蚰ㄉ?～2 mm 厚的改性環(huán)氧砂漿，并與孔眼對(duì)準(zhǔn)埋貼于裂縫上；（5）根據(jù)施工實(shí)際采用妥善措施如水泥砂漿、改性環(huán)氧砂漿與漿液結(jié)合玻璃絲布封堵等進(jìn)行嵌縫止?jié){處理，確保壓漿壓力作用下縫口密閉；（6）裂縫封堵至少1 d 后， 應(yīng)進(jìn)行壓氣試驗(yàn)， 氣壓控制在0.2～0.4 MPa， 在封閉帶及嘴子周?chē)赏糠试硭畞?lái)檢查裂縫的封閉和嘴子的通暢， 對(duì)冒泡部位應(yīng)再次封閉；（7）進(jìn)行壓力灌漿時(shí)，保證壓漿頭與注射器底座密貼不漏氣；（8）漿液固化后，立即拆除注射器底座，并用改性環(huán)氧砂漿抹平，并及時(shí)用丙酮洗液對(duì)縫口周?chē)逑础?/p>

2.2.3 隧道超限裂縫修復(fù)（縫寬≥0.5 mm）

隧道超限裂縫修復(fù)（縫寬≥0.5 mm），即埋管注漿和粘貼鋼帶加固，分為修復(fù)和加固。 裂縫修復(fù)采用開(kāi)槽埋管注漿法進(jìn)行處理，裂縫修復(fù)后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘鋼加固，具體步驟如下：（1）鋼帶施工前應(yīng)對(duì)襯砌表面打磨（深度2～3 mm），必須完全露出新面，并用壓縮空氣吹除粉塵， 然后將襯砌表面清理干凈；（2）錨固螺栓安裝，應(yīng)先探測(cè)混凝土中鋼筋分布情況，盡可能避開(kāi)受力主筋，標(biāo)定位置后鉆孔，在鋼帶對(duì)應(yīng)位置開(kāi)孔，螺栓環(huán)向間距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況作適當(dāng)調(diào)整，通過(guò)錨栓將鋼板錨固于二次襯砌上，預(yù)留注漿間隙，同時(shí)注意不得破壞已處治好的裂縫處理措施，若裂縫處理措施被破壞，則需處治；（3）鋼帶粘貼，對(duì)螺栓固定的鋼帶用結(jié)構(gòu)膠封邊，預(yù)埋灌膠嘴（環(huán)向間隔0.5～1 m 設(shè)置）、出氣孔，粘合劑的選用應(yīng)能保證后續(xù)壓力注漿的要求， 封邊固化結(jié)硬后，方可壓入粘合劑，并保證注漿壓力持續(xù)、緩慢、均勻，保證注漿密實(shí)度。 待鋼帶施工完成后，再用環(huán)氧樹(shù)脂膠漿封面， 環(huán)氧樹(shù)脂膠封面應(yīng)涂刷均勻，色澤與周?chē)炷帘３忠恢隆?/p>

3 隧道結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)

為了解隧道結(jié)構(gòu)因病害導(dǎo)致的承載性能下降情況，同時(shí)復(fù)核隧道修復(fù)加固措施效能，針對(duì)隧道結(jié)構(gòu)開(kāi)展評(píng)估，擬采用同濟(jì)曙光軟件——公路隧道設(shè)計(jì)與分析軟件V7.0， 原理為荷載-結(jié)構(gòu)法。荷載-結(jié)構(gòu)法為JTG 3370.1-2018 《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第一冊(cè)土建工程》推薦采用的標(biāo)準(zhǔn)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，從隧道力學(xué)的基本概念出發(fā)，考慮了隧道圍巖壓力與抗力的大小和分布模式， 同時(shí)考慮隧道襯砌結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法， 利用梁?jiǎn)卧M襯砌結(jié)構(gòu)承載軸向荷載、 剪切荷載與彎曲荷載的能力。

3.1 帶病害隧道結(jié)構(gòu)分析

隧道病害結(jié)構(gòu)計(jì)算建模時(shí)，重點(diǎn)考慮病害存在對(duì)梁?jiǎn)卧鲜? 種承受能力的影響。 隧道病害結(jié)構(gòu)計(jì)算模型病害處理方式：（1）針對(duì)裂縫病害，應(yīng)根據(jù)實(shí)際有效厚度與設(shè)計(jì)厚度比，折減計(jì)算出實(shí)際襯砌材料參數(shù)；（2）針對(duì)二襯厚度不足，則應(yīng)用實(shí)際檢測(cè)結(jié)果對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。

隧道病害中縱向裂縫和厚度不足對(duì)結(jié)構(gòu)整體承載性能影響較大， 針對(duì)右洞YK96+820～YK96+980 段縱向裂縫相對(duì)集中， 選取其中最不利斷面YK96+900 進(jìn)行分析，該斷面支護(hù)類(lèi)型為Z4，斷面圍巖等級(jí)為IV 級(jí)，二襯外荷載比例依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求取30%分擔(dān)比， 該斷面兩側(cè)存在二襯厚度不足（最小左側(cè)27.3 cm），拱頂和右邊墻均分布縱向裂縫。

依據(jù)對(duì)獅頭崠隧道最不利斷面YK96+900 的無(wú)病害狀態(tài)和帶病害狀態(tài)計(jì)算對(duì)比分析可知：（1）如圖6（a）（b）（c）所示，襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)在無(wú)病害狀態(tài)，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)滿足規(guī)范對(duì)素混凝土二襯最小安全系數(shù)3.6 的要求（表2）；（2）如圖6（d）（e）（f）所示，當(dāng)模型依據(jù)檢測(cè)結(jié)果增加了縱向裂縫和厚度不足等病害時(shí)， 隧道結(jié)構(gòu)整體受力規(guī)律發(fā)生了調(diào)整，整體承載性能出現(xiàn)了明顯的下降，因拱部縱向裂縫的發(fā)育， 隧道整體最小安全系數(shù)仍分布于拱頂部位，但數(shù)值出現(xiàn)了明顯的下降，由無(wú)病害狀態(tài)最小安全系數(shù)3.72 降低到病害狀態(tài)下最小安全系數(shù)1.2（表2），不再滿足規(guī)范要求，隧道結(jié)構(gòu)存在安全隱患。

圖6 YK96+900 斷面隧道結(jié)構(gòu)驗(yàn)算圖

表2 YK96+900 斷面隧道結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果

3.2 隧道結(jié)構(gòu)加固分析

針對(duì)目前隧道結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備低，拱頂和右側(cè)存在縱向裂縫，兩側(cè)邊墻厚度不足的情況，該斷面附近襯砌考慮采用對(duì)檢修道以上范圍進(jìn)行二襯全斷面粘貼鋼板，鋼板采用6 mm×300 mm 熱軋鋼板，縱向間隔70 cm，二襯支護(hù)為Z4 型，錨栓采用M16 高強(qiáng)度化學(xué)錨栓，具體加固情況如圖7 所示。

圖7 獅頭崠隧道粘鋼加固示意圖

依據(jù)隧道的加固設(shè)計(jì)方案， 對(duì)該斷面加固后的結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行驗(yàn)算（圖8），在該斷面整環(huán)進(jìn)行粘鋼處治后，襯砌結(jié)構(gòu)整體性得以恢復(fù)，整體承載性能出現(xiàn)整體上升， 該斷面加固后彎矩值M達(dá)到－27.87 kN·m，軸力值為286.04 kN，最小安全系數(shù)恢復(fù)至4.64，滿足規(guī)范3.6 的要求，隧道結(jié)構(gòu)加固后安全得到整體提升， 為后續(xù)養(yǎng)護(hù)運(yùn)維提供安全保障。

圖8 YK96+900 斷面隧道結(jié)構(gòu)加固驗(yàn)算圖

4 隧道長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)

隧道長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)往往指對(duì)隧道結(jié)構(gòu)病害、位移和受力等情況針對(duì)性開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作[9-10]，即依據(jù)隧道結(jié)構(gòu)存在的裂縫、厚度不足等病害問(wèn)題，開(kāi)展針對(duì)裂縫、表面應(yīng)力的健康監(jiān)測(cè)工作，旨在了解隧道結(jié)構(gòu)加固治理效果，同時(shí)也是為了隧道后續(xù)運(yùn)營(yíng)安全考慮。 通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可第一時(shí)間反映隧道結(jié)構(gòu)異常，及時(shí)采取措施治理可確保隧道安全，也可大大降低隧道運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

4.1 裂縫監(jiān)測(cè)

裂縫張開(kāi)采用裂縫計(jì)開(kāi)展自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集裂縫變形數(shù)據(jù)，分析隧道裂縫張開(kāi)變化原因及規(guī)律，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。 裂縫計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)是根據(jù)各洞裂縫超限及地質(zhì)條件進(jìn)行布設(shè)，左洞布設(shè)7 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面， 右洞布設(shè)8 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，一共布設(shè)15 個(gè)斷面，每個(gè)斷面安裝1 支裂縫計(jì)，裂縫計(jì)安裝情況如圖9 所示。

圖9 裂縫計(jì)現(xiàn)場(chǎng)圖

4.2 表面應(yīng)力監(jiān)測(cè)

表面應(yīng)力采用表面應(yīng)變計(jì)開(kāi)展自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集裂縫周邊應(yīng)力變化數(shù)據(jù)，分析隧道裂縫應(yīng)力變化原因及規(guī)律，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。 表面應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)與裂縫張開(kāi)斷面一致，左洞布設(shè)7 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，右洞布設(shè)8 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，一共布設(shè)15 個(gè)斷面，每個(gè)斷面安裝1 支表面應(yīng)變計(jì)，表面應(yīng)變計(jì)安裝情況如圖10 所示。

圖10 表面應(yīng)變計(jì)現(xiàn)場(chǎng)圖

4.3 健康監(jiān)測(cè)分析

隧道病害處治后持續(xù)對(duì)裂縫寬度和表面應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析健康監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：（1）裂縫張開(kāi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化量較小，監(jiān)測(cè)指標(biāo)低于規(guī)范要求。 其中運(yùn)營(yíng)初期裂縫張開(kāi)有輕微的波動(dòng)，累計(jì)變化量最大值為0.13 mm，小于規(guī)范限值，監(jiān)測(cè)3 個(gè)月后所有斷面裂縫張開(kāi)變形均趨于穩(wěn)定（圖11）。 （2）表面應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化量較小，與裂縫張開(kāi)變形情況基本一致，監(jiān)測(cè)指標(biāo)低于規(guī)范要求。 其中運(yùn)營(yíng)初期表面應(yīng)力有輕微的波動(dòng)，累計(jì)變化量最大值為－0.19 MPa，小于規(guī)范限值，監(jiān)測(cè)3 個(gè)月后所有斷面表面應(yīng)力變形趨于穩(wěn)定（圖12）。 （3）依據(jù)運(yùn)營(yíng)期間隧道普查結(jié)果， 隧道表面結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)新增裂縫及其他病害，故判定隧道處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖11 獅頭崠隧道裂縫張開(kāi)累計(jì)變化時(shí)程曲線圖

圖12 獅頭崠隧道表面應(yīng)力累計(jì)變化時(shí)程曲線圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)隧道病害段現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、病害治理、結(jié)構(gòu)安全分析以及長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等進(jìn)行探討， 得出以下結(jié)論：（1）隧道襯砌因縱向裂縫的發(fā)育以及襯砌厚度的不足疊加導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體承載性能出現(xiàn)了明顯的下降，為隧道的運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)較大的安全隱患。 （2）針對(duì)二襯重點(diǎn)裂縫段采用粘鋼加固措施，對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能進(jìn)行了修復(fù)，病害段經(jīng)加固后隧道安全系數(shù)能滿足規(guī)范要求，也論證該加固措施的可靠性和可行性。 （3）為鞏固加固效果，維護(hù)隧道安全，通過(guò)埋設(shè)裂縫計(jì)、表面應(yīng)力計(jì)等設(shè)備對(duì)裂縫的張開(kāi)及周邊表面應(yīng)力的變形進(jìn)行長(zhǎng)期自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映出隧道加固效果良好，運(yùn)營(yíng)安全得到保障。 （4）伴隨越來(lái)越多公路隧道運(yùn)營(yíng)年限的增加，后續(xù)隧道治理和養(yǎng)護(hù)工作不斷增加。 對(duì)于存在安全隱患的隧道及時(shí)開(kāi)展健康監(jiān)測(cè)工作，可有效地跟蹤隧道結(jié)構(gòu)安全并及時(shí)治理隱患， 保證隧道結(jié)構(gòu)安全及行車(chē)安全。 隧道裂縫檢測(cè)、修復(fù)、加固、評(píng)價(jià)和健康監(jiān)測(cè)工作的實(shí)施，可為類(lèi)似公路隧道病害治理提供較為可靠的處理思路和流程。