吳文龍

摘 要：公路隧道襯砌病害降低隧道結(jié)構(gòu)承載能力的同時(shí)，也對(duì)行車安全造成了較大不利影響。大部分襯砌病害的表現(xiàn)形式為襯砌變形脫落、襯砌裂縫以及隧道路面出現(xiàn)波浪形鼓包等。文章以某高速公路分離式隧道為研究背景，對(duì)公路隧道襯砌病害成因及治理方案進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究。在分析該公路隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、圍巖等級(jí)、地下水來(lái)源以及襯砌支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，以隧道病害區(qū)域表觀病害特點(diǎn)和專項(xiàng)病害檢測(cè)結(jié)論為依據(jù)，分析了襯砌病害出現(xiàn)的原因，并提出了切實(shí)可行的治理方案。

關(guān)鍵詞：公路隧道 襯砌病害 表觀病害 專項(xiàng)病害 質(zhì)量方案

1 工程概況

某高速公路分離式隧道，隧道設(shè)計(jì)形式為雙向四車道，設(shè)計(jì)最高時(shí)速為80km/h。該高速公路隧道左洞設(shè)計(jì)全長(zhǎng)1.28km，隧道右洞設(shè)計(jì)全長(zhǎng)1.15km。為保證隧道內(nèi)交通運(yùn)行安全，將隧道限界凈寬和限界凈高分別設(shè)計(jì)為10.3m和5.2m，隧道于2016年建成通車。隧道建設(shè)區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)以砂質(zhì)灰?guī)r和砂巖為主，還包括少于的石英砂和泥巖，分布狀態(tài)多為互層狀態(tài)，隧道建設(shè)區(qū)域地下水來(lái)源為孔隙水和基巖中的裂隙水，屬于重力滲入水范疇，大氣水補(bǔ)給是隧道建設(shè)區(qū)域地下水的主要來(lái)源，補(bǔ)給方式以滲透排泄為主，建設(shè)區(qū)域地下水受當(dāng)?shù)亟邓畻l件影響較大，無(wú)過(guò)大儲(chǔ)存量。隧道穿越區(qū)地層圍巖主要是Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，隧道設(shè)計(jì)借鑒新奧法原理，隧道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下的初期支護(hù)采用錨桿施工掛鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土護(hù)壁，二次支護(hù)采用模板混凝土結(jié)構(gòu)，Ⅳ級(jí)圍巖處二次襯砌直接采用C25素混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，Ⅴ級(jí)圍巖處二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，混凝土等級(jí)為C25。根據(jù)襯砌位置地層巖性差異，Ⅳ級(jí)圍巖初期支護(hù)施工中，按照錨桿長(zhǎng)度和錨桿間距的不同，將Ⅳ級(jí)圍巖初期支護(hù)分為分Ⅳa和Ⅳb兩種支護(hù)類型；Ⅴ級(jí)圍巖初期支護(hù)施工中，按照工字鋼型號(hào)的不同，將Ⅴ級(jí)圍巖初期支護(hù)分為Ⅴa和Ⅴb兩種支護(hù)類型。該隧道項(xiàng)目不同類型襯砌支護(hù)參數(shù)如表1所示。

2 公路隧道病害情況

2.1 隧道表觀病害

通過(guò)對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的多次勘測(cè)和定期檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)，可以確定該隧道的左洞ZK1602+249～ZK1602+476段、ZK1602+249～ZK1602+556段存在路面車輛跳車的問(wèn)題；隧道的右洞YK1602+229～YK1602+375段、YK1602+151～YK1602+455段同樣存在路面車輛跳車的質(zhì)量問(wèn)題。該隧道的表觀病害如表2所示。

2.2 隧道病害專項(xiàng)檢測(cè)

2.2.1 襯砌厚度檢測(cè)

在該公路隧道左洞ZK1602+199～ZK1602 +606 段 ，共計(jì)407m范圍內(nèi)的二次初襯拱頂處、左側(cè)洞口拱腰處以及左側(cè)洞口的左右邊墻處共計(jì)布設(shè)了5條檢測(cè)線，共計(jì)布設(shè)了411個(gè)二次襯砌厚度檢測(cè)點(diǎn)；在該公路隧道右洞YK1602+151～YK1602+555 段 ，共計(jì)404m范圍內(nèi)的二次初襯拱頂處、左側(cè)洞口拱腰處以及左側(cè)洞口的左右邊墻處共計(jì)布設(shè)了5條檢測(cè)線，共計(jì)布設(shè)了411個(gè)二次襯砌厚度檢測(cè)點(diǎn)。隧道左洞襯砌厚度檢測(cè)結(jié)果如下：有33處檢測(cè)點(diǎn)測(cè)得襯砌厚度小于設(shè)計(jì)值，有2處檢測(cè)點(diǎn)測(cè)得襯砌厚度小于設(shè)計(jì)厚度的一半；隧道右洞襯砌厚度檢測(cè)結(jié)果如下：有24處檢測(cè)點(diǎn)測(cè)得襯砌厚度小于設(shè)計(jì)值，有3處檢測(cè)點(diǎn)測(cè)得襯砌厚度小于設(shè)計(jì)厚度的一半。

2.2.2 襯砌強(qiáng)度檢測(cè)

該公路隧道左洞、右洞襯砌強(qiáng)度檢測(cè)均采用鉆探取芯法進(jìn)行檢測(cè)。在隧道左洞ZK1602+315～ZK1602 +598.5范圍內(nèi)，做了3組（Za，Zb，Zc）鉆探取芯，每組3件芯樣，共計(jì)9件芯樣；在隧道右洞YK1602+245.5～YK1602 +572.4范圍內(nèi)做了3組（Ya，Yb，Yc）鉆探取芯，每組3件芯樣，共計(jì)9件芯樣。所有芯樣的抗壓檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

從表3中可以看出，隧道左洞三組鉆探取芯試驗(yàn)中平均值最高的一組是Zc組，平均值為15.4Mpa，隧道右洞三組鉆探取芯試驗(yàn)中平均值最高的一組是Ya組，平均值為19.4Mpa，而設(shè)計(jì)采用混凝土的極限抗壓值是29.5Mpa，由此可見(jiàn)，9件取芯樣品的抗壓強(qiáng)度均小于設(shè)計(jì)值。

2.2.3 隧道凈空檢測(cè)

隧道左洞出現(xiàn)病害區(qū)域共布設(shè)了27個(gè)凈空斷面輪廓線監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中有6個(gè)凈空斷面形狀與二次初砌設(shè)計(jì)的輪廓線相比出現(xiàn)較大變形，最大的變形位置出現(xiàn)在ZK1602+335處的邊墻位置。ZK1602+335處輪廓線與二次初砌設(shè)計(jì)的輪廓差異為22.7cm。隧道有洞出現(xiàn)病害區(qū)域共布設(shè)了27個(gè)凈空斷面輪廓線監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中有22個(gè)凈空斷面輪廓線與二次初砌設(shè)計(jì)的輪廓線有較大差異，最大變輪廓線形處為YK1602+257處的拱腰位置。YK1602+257處拱腰位置的輪廓線與二次初砌設(shè)計(jì)的輪廓線差異為12.3cm。

2.2.4 隧道仰拱的厚度檢測(cè)

在該公路隧道左洞病害區(qū)域仰拱出共進(jìn)行了17處鉆孔取樣，通過(guò)對(duì)這17個(gè)鉆的路面到仰拱底部混凝土厚度進(jìn)行測(cè)量。發(fā)現(xiàn)這17個(gè)鉆孔中，路面到仰拱底部混凝土厚度最大值為1.1m，最小值僅為0.4m，即便是最大值也沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)厚度值，欠厚的范圍為0.6m到1.4m。在該公路隧道右洞病害區(qū)域仰拱出共進(jìn)行了17處鉆孔取樣，通過(guò)對(duì)這17個(gè)鉆的路面到仰拱底部混凝土厚度進(jìn)行測(cè)量。發(fā)現(xiàn)這17個(gè)鉆孔中，路面到仰拱底部混凝土厚度最大值為1.1m，最小值僅為0.7m，即便是最大值也沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)厚度值，欠厚的范圍為0.7m到1.8m。此外，仰拱鉆孔內(nèi)的水位偏高。

3 公路隧道病害成因分析

通過(guò)以上公路隧道表觀病害和專項(xiàng)病害的檢測(cè)后鎖定該公路隧道出現(xiàn)病害的原因主要有以下三點(diǎn)[1]。第一點(diǎn)原因，隧道穿越區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。該公路隧道出現(xiàn)病害區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)巖性以泥質(zhì)砂巖為主，局部伴有石英砂和泥巖，隧道圍巖巖性較弱，整體強(qiáng)度較低，而且隧道建設(shè)區(qū)域地下水來(lái)源為孔隙水和基巖中的裂隙水，屬于重力滲入水范疇，當(dāng)軟弱圍巖需要重力滲水時(shí)會(huì)出現(xiàn)軟化的情形。第二點(diǎn)原因，隧道建設(shè)過(guò)程中沒(méi)有優(yōu)化排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致隧道排水系統(tǒng)運(yùn)行不暢。隧道在常年使用運(yùn)行過(guò)程中，雨季降水加上孔隙水和基巖中的裂隙水逐步累積，運(yùn)行不暢的排水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)將過(guò)多的積水排除隧道，導(dǎo)致積水逐漸在隧道仰拱部位累積，且根據(jù)地質(zhì)情況可以確定積累過(guò)多積水的仰拱部位屬于軟弱圍巖區(qū)域，軟弱圍巖遇水會(huì)導(dǎo)致地基承載能力達(dá)到折扣，導(dǎo)致軟弱圍巖所受到的水平側(cè)向壓力逐漸增大，再加上仰拱厚度檢測(cè)得出的仰拱欠厚嚴(yán)重的事實(shí)，導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)無(wú)法按照初期設(shè)計(jì)要求進(jìn)行封閉成環(huán)。隧道運(yùn)行過(guò)程中，過(guò)往車輛形成的動(dòng)荷載與軟弱圍巖所受到的壓力共同作用，導(dǎo)致仰拱拱腳下沉、隧道照明通風(fēng)用電纜槽檢修管道出現(xiàn)裂縫變形、隧道內(nèi)部行車道出現(xiàn)局部鼓起直至地面出現(xiàn)波浪形病害[2]。第三點(diǎn)原因，該公路隧道左洞和右洞襯砌出現(xiàn)裂縫病害的主要原因是隧道施工中沒(méi)有完全按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行施工，一次初襯和二次初襯過(guò)程中，混凝土噴射用量不足，導(dǎo)致隧道沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定厚度，繼而導(dǎo)致襯砌整體強(qiáng)度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，使得襯砌整體厚度和整體強(qiáng)度無(wú)法承受隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載能力。

4 隧道病害區(qū)域的處治方案

在提出該公路隧道病害區(qū)域治理方案之前，緊密查閱公路隧道施工的原始設(shè)計(jì)資料和施工資料、施工現(xiàn)場(chǎng)所有變更索賠資料、施工日志以及本文之前分析的隧道病害區(qū)域的表觀病害質(zhì)量曲線和隧道專項(xiàng)病害檢測(cè)數(shù)據(jù)等情況進(jìn)行綜合分析，再對(duì)相同地質(zhì)條件下的隧道病害防治措施進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，初步給出了該公路隧道病害治理的基本方案，方案具體內(nèi)容如下：

4.1 公路隧道路面結(jié)構(gòu)病害治理方案

通過(guò)對(duì)公路隧道路面結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行鉆芯取樣檢測(cè)后確定，該公路隧道路面結(jié)構(gòu)的病害的關(guān)鍵因素是隧道仰拱結(jié)果部分缺失以及仰拱填充層部分缺失，再充分考慮該公路隧道仰拱厚度局部偏低、隧道基底圍巖相對(duì)較為軟弱以及軟弱圍巖部分區(qū)域出現(xiàn)破碎的現(xiàn)狀，針對(duì)隧道局部仰拱厚度比設(shè)計(jì)厚度小的病害采取鎖腳+仰拱拆換的治理方案；針對(duì)隧道仰拱厚度比設(shè)計(jì)厚度值小得多的情況采取鎖腳+基底注漿加固+鋼筋混凝土底板的綜合治理方案。

4.2 襯砌裂損病害治理方案

通過(guò)本文的分析可以確定，該公路隧道襯砌損害較為嚴(yán)重的根本原因是襯砌厚度和襯砌強(qiáng)度不足而導(dǎo)致隧道支撐結(jié)構(gòu)承載能力下降導(dǎo)致的，此類病害也是公路隧道常見(jiàn)的病害，針對(duì)此類病害通常采用的治理方案主要有兩種，一種方案是在原有套拱數(shù)量保持不變的情況下，增加額外套拱來(lái)增加結(jié)構(gòu)的承載能力，另外一種方案就是直接對(duì)原隧道支撐體系的套拱進(jìn)行拆換。該公路隧道病害區(qū)域的圍巖屬軟弱圍巖，而且隧道左洞和右洞均存在局部初砌欠厚的問(wèn)題，如果采用對(duì)原隧道支撐體系的套拱進(jìn)行拆換的治理方案，拆除二次初襯后很可能因?yàn)槭┕た臻g不足無(wú)法進(jìn)行新襯施工，繼而為了獲取更大施工空間，可能要對(duì)一次支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行拆除，這就增加了隧道既有結(jié)構(gòu)的額外擾動(dòng)，增加了對(duì)軟弱圍巖的額外擾動(dòng)，給治理施工增加了較大的不確定性，增加了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。基于此，結(jié)合該公路隧道的實(shí)際情況和專項(xiàng)病害檢測(cè)結(jié)果，襯砌裂損治理方案主要采取鋼架混凝土套拱對(duì)病害區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的治理方案。

4.3 隧道襯砌裂縫治理方案

該公路隧道襯砌裂縫的治理方案以裂縫寬度為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。當(dāng)襯砌裂縫寬度小于或者等于0.2mm時(shí)，在裂縫表面抹裂縫修補(bǔ)膠來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；當(dāng)襯砌裂縫寬度在0.2mm到0.5mm之間時(shí)候，通過(guò)灌裂縫修補(bǔ)膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)處理；當(dāng)襯砌裂縫寬度大于等于0.5mm時(shí)，通過(guò)在裂縫區(qū)域進(jìn)行鑿槽填充并封閉后，再灌入裂縫修補(bǔ)膠來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某高速公路分離式隧道為研究對(duì)象，對(duì)其襯砌病害成因及病害治理方案就行了分析研究。確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、隧道排水結(jié)構(gòu)不合理以及施工原因造成的隧道襯砌厚度不足是造成病害形成的關(guān)鍵因素，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果和施工經(jīng)驗(yàn)給出了治理方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]于婷婷.某高速公路隧道專項(xiàng)病害檢測(cè)與加固處治分析[J].四川水泥.2024（02）：264-267.

[2]龍騰，李清海.隧道襯砌與圍巖松散接觸對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全的影響研究[J].西部交通科技. 2023（12）：138-141.