鄭軍華，丁海洋

（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310031）

1 概述

近年來，我國(guó)的公路網(wǎng)逐漸向山地延伸，山嶺隧道的數(shù)量增長(zhǎng)越來越快。截止2019年底，全國(guó)的公路隧道數(shù)量共有19067處，總長(zhǎng)共計(jì)1896.66萬m。其中有特長(zhǎng)隧道1175處，共計(jì)521.75萬m；長(zhǎng)隧道4784處，共計(jì)826.31萬m。目前，我國(guó)的隧道總里程、隧道數(shù)量均為世界第一。我國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜，地形環(huán)境多變，隧道普遍會(huì)遭受各種病害。其中部分隧道易出現(xiàn)襯砌開裂、滲水、基底翻漿冒泥等病害，這些病害降低了服務(wù)水平，并可能威脅到運(yùn)營(yíng)安全。

目前，我國(guó)約有20%～30%的公路隧道結(jié)構(gòu)處于一種亞健康的狀態(tài)，其中65%的隧道已邁入維修養(yǎng)護(hù)期［1］。常見的隧道病害有襯砌開裂、缺陷，隧道出現(xiàn)滲漏水等［2］。檢測(cè)隧道病害的技術(shù)主要有目測(cè)、微破損檢測(cè)（包括對(duì)隧道鉆孔取芯等）、無損檢測(cè)法（包括地質(zhì)雷達(dá)、超聲波成像、激光掃描、紅外線等方法）［2］。目前，在隧道病害檢測(cè)中運(yùn)用較多的是地質(zhì)雷達(dá)法［3-5］。地質(zhì)雷達(dá)法成像效率高，結(jié)果精確，達(dá)厘米級(jí)，可滿足絕大部分檢測(cè)要求。但雷達(dá)法存在探測(cè)長(zhǎng)度受限及干擾因素降低信號(hào)處理效率的問題［6-8］。激光掃描法采樣率高，布點(diǎn)靈活，但其檢測(cè)效率低，數(shù)據(jù)處理量大［6，9-10］。超聲波法操作性好，能較好地識(shí)別裂縫，當(dāng)裂縫寬度較小時(shí)識(shí)別精度高。但超聲波法不適用于復(fù)雜裂縫的情況，對(duì)于復(fù)雜裂縫的檢測(cè)效率較低［6，11］。

位于杭金衢高速公路上的新嶺隧道路段是拓寬前擁堵情況最為嚴(yán)重的一段。為提高既有隧道運(yùn)營(yíng)安全性，隧道改擴(kuò)建設(shè)計(jì)前開展了全面、系統(tǒng)的隧道襯砌病害調(diào)查與檢測(cè)工作，制定了完整的針對(duì)性整治方案。本項(xiàng)目綜合使用了目測(cè)、鉆孔取芯法、超聲波法及激光掃描法等。對(duì)隧道裂縫和滲漏水采取“防、排、圍、堵、截相結(jié)合”的原則進(jìn)行整治［12］，對(duì)裂縫進(jìn)行注射法修補(bǔ)。

2 隧道工程地質(zhì)及水文概況

2.1 工程地質(zhì)概況

新嶺隧道穿過基巖以寒武系、震旦系地層為主，巖性為炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖，巖體完整性較差，節(jié)理裂隙發(fā)育。

隧道進(jìn)洞口段位于丘陵斜坡，埋深淺，巖體為殘坡積含黏性土碎石、強(qiáng)—中風(fēng)化巖體，節(jié)理裂隙極發(fā)育，呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差。

隧道洞身圍巖為中風(fēng)化青灰色粉砂巖，夾紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，粉砂巖中厚層狀，泥質(zhì)粉砂巖中薄層狀，巖質(zhì)較堅(jiān)硬—堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，連通性較好，巖體較破碎，圍巖完整性差，呈塊石碎石塊鑲嵌結(jié)構(gòu)。

隧道出口地表植被發(fā)育，地表淺部覆蓋層巖性為可塑性含碎石粉質(zhì)黏土，以下為風(fēng)化基巖，巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖等，灰色、磚紅色，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體破碎，呈碎石、碎塊狀。

2.2 工程水文概況

地下水主要為基巖裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單。進(jìn)出洞口處于沖溝下部，進(jìn)口段洞頂淺部殘坡積層厚度較大，坡緩，有利于地表水匯集入滲。

3 拓寬工程概況

3.1 既有隧道歷史

新嶺隧道為雙向四車道隧道，長(zhǎng)度約為1400 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km／h。隧道在施工過程中多處出現(xiàn)過塌方，隧道運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)襯砌裂縫和隧道滲漏水等病害。2007年受臺(tái)風(fēng)影響，隧道又多處出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，之后于2008年完成了病害整治工作。

3.2 隧道概況及加寬方式

本項(xiàng)目采用在既有隧道兩側(cè)分別增建一個(gè)3車道隧道的方式進(jìn)行加寬。新老隧道相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及尺寸見表1。

表1 新老隧道相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及尺寸

4 既有隧道檢測(cè)

4.1 檢測(cè)內(nèi)容、方法與要求

為全面了解新嶺隧道的病害狀況，2011年9月，對(duì)隧道進(jìn)行了病害調(diào)查及襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目見表2。圖1為現(xiàn)場(chǎng)裂縫超聲波探測(cè)，圖2為現(xiàn)場(chǎng)取芯鉆孔。

表2 檢測(cè)項(xiàng)目

圖1 裂縫超聲波探測(cè)

圖2 現(xiàn)場(chǎng)取芯鉆孔

4.2 隧道檢測(cè)結(jié)果

4.2.1 隧道襯砌裂縫情況

該隧道主要病害為襯砌產(chǎn)生的裂縫，裂縫的分布范圍較廣，相對(duì)較密集。

隧道左洞環(huán)向和縱向裂縫數(shù)量較多，右洞主要是縱向裂縫，環(huán)向和斜向裂縫其次。裂縫寬度普遍為0.2～3 mm，為微張開裂縫，根據(jù)取芯結(jié)果，裂縫深度一般在200 mm以上。隧道裂縫類型、裂縫位置分布、裂縫寬度范圍統(tǒng)計(jì)見表3～5。

表3 隧道裂縫類型統(tǒng)計(jì)

表4 隧道裂縫位置分布統(tǒng)計(jì)

表5 襯砌裂縫寬度統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查已處理過的舊裂縫未出現(xiàn)二次開裂現(xiàn)象；裂縫寬度為微張開；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)局部區(qū)段鉆孔取芯情況分析，裂縫屬于陳舊裂縫，暫無進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。

4.2.2 隧道二襯缺陷情況

隧道二襯缺陷檢測(cè)包括：襯砌背后空洞檢測(cè)，斷面輪廓檢測(cè)，二襯強(qiáng)度檢測(cè)以及襯砌實(shí)際厚度檢測(cè)等。

本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)隧道局部洞身段二襯背后存在脫空或不密實(shí)現(xiàn)象，主要出現(xiàn)在拱頂、拱腰等位置；隧道斷面輪廓無侵限現(xiàn)象；二襯混凝土強(qiáng)度滿足要求；局部區(qū)域襯砌檢測(cè)厚度小于設(shè)計(jì)值。

4.2.3 隧道滲漏水情況

在檢測(cè)時(shí)隧道無滲水、漏水現(xiàn)象。但有部分潮濕圍巖段，襯砌外表面局部存在滲漏水痕跡。

4.2.4 隧道其他病害情況

隧道照明設(shè)施基本正常；排水溝局部存在堵塞情況；2處消火栓設(shè)施存在滲水情況；隧道兩側(cè)蓋板多處存在破損。

4.3 隧道病害成因分析

4.3.1 襯砌裂縫成因分析

1）右洞K214+410～K214+590區(qū)段：該節(jié)段的裂縫已處理，位置主要在拱腰和邊墻。2007年時(shí)由于強(qiáng)降雨，該節(jié)段地形較低且平緩，隧道排水不及時(shí)導(dǎo)致襯砌承受的水壓力過大，從而造成部分區(qū)域二襯開裂。

2）其他區(qū)段：裂縫產(chǎn)生的原因有施工及環(huán)境兩方面因素。施工方面，混凝土養(yǎng)護(hù)不到位及拆模時(shí)間過早均會(huì)造成裂縫。環(huán)境因素方面，在隧道內(nèi)車輛尾氣等持續(xù)影響下，混凝土發(fā)生了碳化，收縮徐變效果增大，從而導(dǎo)致混凝土開裂。

隧道裂縫寬度普遍為0.2～3 mm，為微張開裂縫，根據(jù)取芯結(jié)果，裂縫屬于陳舊裂縫，暫無進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，說明目前隧道結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)。

4.3.2 其他病害規(guī)律統(tǒng)計(jì)及成因分析

隧道的機(jī)電設(shè)備、排水設(shè)施、電纜槽等出現(xiàn)病害的形式多樣，隨機(jī)性較強(qiáng)，沒有一定的規(guī)律可循，其產(chǎn)生的原因與隧道運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)和設(shè)備的耐久性等有一定關(guān)系。

4.4 隧道襯砌結(jié)構(gòu)破損等級(jí)判定

通過對(duì)既有隧道的核查，發(fā)現(xiàn)該隧道襯砌存在局部開裂，考慮隧道運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)，從現(xiàn)場(chǎng)局部區(qū)段鉆孔取芯情況分析，裂縫開裂的時(shí)間較早，屬于舊裂縫，目前無發(fā)展趨勢(shì)，按照《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范（JTG H12—2015）》，可判定隧道襯砌結(jié)構(gòu)破損等級(jí)為B（注：檢測(cè)時(shí)2003版養(yǎng)護(hù)規(guī)范為有效規(guī)范），認(rèn)為結(jié)構(gòu)存在輕微破損，對(duì)運(yùn)營(yíng)不會(huì)造成影響，但應(yīng)保持持續(xù)監(jiān)控量測(cè)。

5 既有隧道加固整治方案

為改善隧道內(nèi)行車環(huán)境，修復(fù)破損結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)安全度，根據(jù)既有隧道病害檢測(cè)資料和兩側(cè)增建隧道施工完成后的實(shí)際病害情況，采用工程類比法對(duì)既有隧道襯砌背后空洞注漿回填、裂縫修補(bǔ)與加固、滲漏水整治等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工。整治加固完成后，要求在進(jìn)行正常養(yǎng)護(hù)的同時(shí)，還應(yīng)建立長(zhǎng)期觀察、觀測(cè)機(jī)制。

根據(jù)裂縫分布，結(jié)合襯砌有效厚度及強(qiáng)度、圍巖類別和施工地質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告等因素，綜合分析隧道各區(qū)段不同的病害程度及其對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的不同影響，確定了以下5種主要整治類型，見表6。

表6 隧道病害整治分類統(tǒng)計(jì)

5.1 對(duì)已有裂縫進(jìn)行修補(bǔ)

為阻止襯砌內(nèi)鋼筋銹蝕，保持結(jié)構(gòu)的完整性，提高結(jié)構(gòu)防水、防滲的能力及改善結(jié)構(gòu)外觀，裂縫寬度大于等于0.3 mm的裂縫須采用高強(qiáng)度的膠液進(jìn)行注射修補(bǔ)。主要修補(bǔ)步驟如下：

1）仔細(xì)清除裂縫表面及內(nèi)部的浮渣；

2）采用封口膠對(duì)裂縫全長(zhǎng)范圍四周進(jìn)行封閉，每隔一段距離黏結(jié)注射器底座；

3）需等封口膠固化后才可開始對(duì)裂縫進(jìn)行膠液注射；

4）膠液注射過程中須保持膠液的流動(dòng)性，保持注射壓力穩(wěn)定；

5）等膠液固化后撤除注射裝置，清理混凝土表面。

5.2 采用錨桿加固襯砌背后圍巖

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告及病害分析，隧道內(nèi)大部分裂縫是由于混凝土自身原因所引起，但個(gè)別區(qū)段裂縫較寬且分布密集并成環(huán)向封閉狀，或局部區(qū)段襯砌實(shí)際厚度小于設(shè)計(jì)值，則對(duì)營(yíng)運(yùn)安全有一定影響。為改善襯砌受力狀況，提高圍巖承載能力，同時(shí)對(duì)個(gè)別成環(huán)襯砌區(qū)塊進(jìn)行加固，對(duì)此類區(qū)段采用預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行加固。

錨桿采用梅花形布置，縱環(huán)向間距為1.5 m×1.5 m，材料采用Φ25中空注漿鍍鋅錨桿，長(zhǎng)為4 m，端部處在原二次襯砌內(nèi)鑿150 mm×150 mm×50 mm的槽固定。

5.3 拱部粘貼碳纖維布提高襯砌抗彎承載能力

1）粘貼形式按隧道裂縫的不同形態(tài)，拱部粘貼碳纖維布采用以下三種形式：

①拱部環(huán)向連續(xù)粘貼（整治類型J1、J2型）；

②拱部環(huán)向間隔粘貼（整治類型J3型）；

③沿裂縫縱向局部粘貼（整治類型J4型）。

2）材料要求：碳纖維布材料性能指標(biāo)需滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50367—2013）》中的相關(guān)規(guī)定。其中碳纖維布為300 g／m2高強(qiáng)度I級(jí)品，浸漬／粘接用膠粘劑采用A級(jí)膠。

3）施工步驟：混凝土表面清渣處理→涂抹底膠→整平膠料→粘貼碳纖維布→纖維布外表防護(hù)措施。

碳纖維布施工示意見圖3。

圖3 碳纖維布施工示意

5.4 滲漏水處理

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告中所述的襯砌滲漏水情況，主要采用打孔排水對(duì)襯背的滲漏水進(jìn)行引排及注漿封堵的方法進(jìn)行處理。滲漏水的處理措施基本有如下幾種方法。

1）排水法：施工時(shí)首先對(duì)隧道內(nèi)各滲水點(diǎn)、滲水裂縫作全面復(fù)查，確定需處理的樁號(hào)范圍；然后在有集中滲水點(diǎn)附近或滲水裂縫、施工縫處的混凝土表面沿縫開鑿120 mm×80 mm環(huán)向倒楔形槽。將Ω型排水管放入環(huán)向倒楔形槽中，Ω型排水管下部與排水溝相連。安裝環(huán)向管的槽用高強(qiáng)干硬性混凝土填充，填充前需在槽內(nèi)壁涂抹粘合劑，填充后需在槽兩側(cè)涂抹防水涂層。

左右洞K214+410～K214+590段，強(qiáng)降雨時(shí)由于排水不通暢從而導(dǎo)致隧道所受水壓力過大，已造成邊墻部位襯砌開裂較嚴(yán)重，故對(duì)該段采取左右側(cè)邊墻打孔排水措施。排水孔徑向孔深2000 mm，直徑70 mm，間距1 m，插入Φ50 mm的打孔波紋管，并通過Φ80 mmΩ型環(huán)向排水管排入路緣水溝。

開槽排水示意見圖4。

圖4 開槽排水示意

2）注漿封堵法：對(duì)單獨(dú)的滲流水和小范圍的滲漏水用注漿封堵法處理。先在裂縫四周打Φ10 mm，深度為150 mm的小孔，間距400 mm左右，注漿前用封堵材料堵住注漿嘴，當(dāng)裂縫開始滲出漿液時(shí)先暫時(shí)停止注漿，之后繼續(xù)施工。達(dá)到注漿壓力并維持10 min左右后停止注漿。等漿液固化后清理混凝土表面，切割外露部分，注漿孔抹平。

3）有滲水痕跡的干裂縫處理：同一般裂縫，采用裂縫修補(bǔ)膠修補(bǔ)處理。

5.5 襯砌背后空洞注漿回填

根據(jù)二次襯砌超聲波檢測(cè)報(bào)告，對(duì)需要襯背空洞回填的襯砌打孔，注漿采用Φ100鋼管及純水泥漿。水泥采用42.5R硅酸鹽水泥。水泥漿水灰比應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定，參考值可為0.5∶1至0.6∶1，注漿壓力控制在0.1～0.2 MPa。

6 既有隧道加固效果

隧道加固整治后對(duì)隧道進(jìn)行再次檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示隧道基本無裂縫分布，無滲水、漏水現(xiàn)象，襯砌表面無滲漏水痕跡。襯砌檢測(cè)厚度均滿足設(shè)計(jì)值，混凝土強(qiáng)度滿足要求。機(jī)電、消防設(shè)施完備且正常，隧道排水通暢，從而確保了既有隧道運(yùn)營(yíng)的安全性。

7 結(jié)語

隨著交通路網(wǎng)的不斷發(fā)展、延伸，必定伴隨出現(xiàn)越來越多的公路隧道，因而隧道病害問題也隨之凸顯。本文通過對(duì)浙江杭金衢高速既有新嶺隧道的病害情況檢測(cè)，分析了隧道病害的狀況和病害發(fā)生的原因，提出了相應(yīng)的較為完善的病害處治方案，這對(duì)于同類隧道病害處治工程具有較好的參考價(jià)值。