譙峰

（四川綿南高速公路開發(fā)有限公司，四川綿陽 621000）

0 引言

高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害是因混凝土材料質(zhì)量不合格、施工工藝不當(dāng)、自然環(huán)境等多種因素造成的。掉塊病害不僅會(huì)導(dǎo)致道路表面出現(xiàn)損壞，還可能引發(fā)交通事故，嚴(yán)重威脅駕駛員和乘客的生命安全。因此，需要從根本上解決高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害，以確保道路安全運(yùn)行。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害處治技術(shù)也得到重大突破和創(chuàng)新。目前，常用的隧道二襯混凝土掉塊處治技術(shù)包括補(bǔ)修、防腐、加固等方法。通過對(duì)病害部位進(jìn)行細(xì)致的檢測(cè)和分析，并針對(duì)問題所在，采取相應(yīng)的處治措施，可以有效延長(zhǎng)隧道的使用壽命，同時(shí)提高道路的通行能力和安全性。

1 工程概況

華鎣山隧道自2016 年4 月28 日開始運(yùn)營(yíng)至2023年已有七年，已發(fā)生多起防火涂料層和二次襯混凝土開裂、松動(dòng)、脫落等問題，給過往車輛及乘客帶來一定的安全隱患。經(jīng)過對(duì)地勘資料、原設(shè)計(jì)文件等資料進(jìn)行查閱和分析，初步認(rèn)為病害的成因包括以下幾個(gè)方面：第一，隧道穿越白云巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r等多種可溶巖地層，由于地下水及巖溶發(fā)育，導(dǎo)致隧道局部段落墻背可能存在較大水壓，從而引起襯砌開裂；第二，隧道附近存在采煤巷道和采空區(qū)，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間推移，巷道和采空區(qū)逐漸變形、收斂，甚至塌陷，因此導(dǎo)致隧道周邊圍巖變形，并引起襯砌開裂；第三，若隧道混凝土澆筑質(zhì)量不佳或者表面防火涂料施工質(zhì)量較差，則會(huì)造成其強(qiáng)度和耐久性不足，從而在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)下出現(xiàn)開裂、松動(dòng)等問題；第四，隧道施工質(zhì)量存在缺陷，局部段落存在厚度不足、墻背空洞、襯砌脫空等質(zhì)量問題，導(dǎo)致襯砌薄弱位置出現(xiàn)開裂；第五，隧道局部圍巖地層夾石膏的石膏部分存在膨脹性，導(dǎo)致襯砌受到的圍巖壓力增大，從而引發(fā)開裂問題。在以上多種因素綜合作用下，隨著時(shí)間推移，導(dǎo)致防火涂層及襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂、脫落等病害。

2 隧道二襯混凝土掉塊病害的危害

一方面，隧道二襯混凝土掉塊病害可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞和失穩(wěn)。隧道是大型交通基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分，承受著巨大的地下壓力和車輛荷載。二襯混凝土出現(xiàn)掉塊病害時(shí)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度降低，并引起結(jié)構(gòu)的破裂、變形和失穩(wěn)，從而給隧道的整體穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重威脅。這不僅會(huì)給隧道設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響，還可能給隧道內(nèi)的人員和車輛帶來安全隱患，并引發(fā)其他連鎖性問題。例如，掉落的混凝土塊可能砸中過往車輛或行人，造成人身傷害甚至生命危險(xiǎn)。同時(shí)，掉塊病害也可能導(dǎo)致隧道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)物損壞，如電纜、管道等，進(jìn)而影響隧道供電、供水和通信等基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行。另一方面，修復(fù)和維護(hù)隧道二襯混凝土掉塊病害的成本巨大。一旦發(fā)現(xiàn)二襯混凝土有掉塊現(xiàn)象，需立即采取措施進(jìn)行修復(fù)和處理，以確保隧道使用安全。對(duì)其進(jìn)行修復(fù)和處理，涉及材料、設(shè)備、人力等多方面的投入，會(huì)給隧道管理者和維護(hù)者帶來巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。

3 隧道二襯混凝土掉塊病害的成因

3.1 溫度變化

由于外部環(huán)境的影響，隧道內(nèi)部晝夜溫差較大，溫度變化會(huì)使混凝土材料產(chǎn)生膨脹、收縮等變形問題，同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，如果混凝土材料的強(qiáng)度不足以承受內(nèi)部應(yīng)力，將會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂、剝落問題。此外，在養(yǎng)護(hù)期間，溫度的變化會(huì)直接影響混凝土的硬化速度和質(zhì)量，如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，混凝土的表面很容易出現(xiàn)龜裂、起殼等問題，最終導(dǎo)致混凝土掉塊病害發(fā)生。

3.2 水分滲透

隧道工程通常會(huì)遭受地下水的壓力。地下水壓力會(huì)使水分通過混凝土的微細(xì)孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部。當(dāng)?shù)叵滤写嬖谝欢ǖ乃嵝晕镔|(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)侵蝕混凝土內(nèi)部的水泥基質(zhì)，導(dǎo)致其疏松化和損壞。隨著時(shí)間的推移，水分滲透加劇，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸松散，最終引發(fā)混凝土掉塊現(xiàn)象。同時(shí)，隧道施工過程中，由于施工質(zhì)量不佳、施工時(shí)未能完全密實(shí)等原因，混凝土內(nèi)部可能存在孔洞、裂縫等缺陷。這些缺陷會(huì)成為水分滲透的通道，使得地下水迅速侵入混凝土內(nèi)部，加速混凝土損壞和掉塊問題。此外，隧道所處的地質(zhì)環(huán)境也會(huì)對(duì)混凝土水分滲透產(chǎn)生影響。例如，如果地質(zhì)條件較差，而地層中存在含水量較高的粉砂質(zhì)土壤或含有可溶性鹽類的巖石，其會(huì)隨著地下水的滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部，引發(fā)混凝土溶解和腐蝕，并導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)剝落和掉塊問題。

3.3 隧道運(yùn)營(yíng)振動(dòng)

隧道運(yùn)營(yíng)振動(dòng)會(huì)使混凝土中存在的微小裂縫逐漸擴(kuò)大。首先，當(dāng)車輛經(jīng)過隧道時(shí)，由于地面和隧道結(jié)構(gòu)受到振動(dòng)力的作用，混凝土中原有的微裂縫會(huì)逐漸變大，并導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)脫落和掉塊問題。其次，隧道運(yùn)營(yíng)振動(dòng)還可能導(dǎo)致混凝土材料疲勞、損壞。頻繁的振動(dòng)作用下，混凝土內(nèi)部材料會(huì)逐漸疲勞，并失去原有的強(qiáng)度和韌性，最終導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生掉塊和破損問題。最后，隧道運(yùn)營(yíng)振動(dòng)還可能引起隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生整體變形，進(jìn)而對(duì)二襯混凝土造成額外的應(yīng)力和變形。隨著時(shí)間推移，應(yīng)力和變形會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂和剝落問題，并加速混凝土掉塊病害發(fā)生。

4 高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害處治方案

4.1 裂縫及滲漏水處治

應(yīng)遵循“以堵為主、堵排結(jié)合、因地制宜、多道設(shè)防、綜合治理”的原則，根據(jù)裂縫尺寸和滲漏部位、滲漏現(xiàn)象等采取不同的措施，并進(jìn)行針對(duì)性的處治。具體方法如下：一是壓力灌注法。先鉆孔壓注裂縫修復(fù)膠止水，再在基層表面設(shè)置剛性防水層。二是引排法。全環(huán)外掛接水槽并引排至排水系統(tǒng)，最后在基層表面設(shè)置剛性防水層。

4.1.1 水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料處治

混凝土基層表面應(yīng)保持干凈并充分濕潤(rùn)，但不得有明水；應(yīng)對(duì)光滑的混凝土表面進(jìn)行打磨處理。應(yīng)按產(chǎn)品說明書或設(shè)計(jì)規(guī)定的配合比嚴(yán)格控制用水量，并在配料時(shí)采用機(jī)械不斷攪拌混合料。同時(shí)，配置好的涂料從加水開始應(yīng)在20min 內(nèi)用完，且不得向配好的涂料中加水加料。涂刷時(shí)，應(yīng)多遍交替改變涂刷方向，并在涂層終凝后及時(shí)進(jìn)行噴霧干濕交替養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得小于72h，且期間不得采取澆水或蓄水養(yǎng)護(hù)。

4.1.2 聚合物水泥防水砂漿處治

基層表面應(yīng)堅(jiān)實(shí)、清潔，并充分濕潤(rùn)、無明水。應(yīng)分層鋪抹防水層，并在鋪抹時(shí)進(jìn)行壓實(shí)、抹平處理。應(yīng)保證最后一層表面提漿壓光，并保證聚合物水泥防水砂漿拌和后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完，且施工中不得隨意加水。砂漿層未達(dá)到硬化狀態(tài)時(shí)，不得澆水養(yǎng)護(hù)，硬化后應(yīng)采取干濕交替的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，且養(yǎng)護(hù)溫度不應(yīng)低于5℃。同時(shí)，應(yīng)保持砂漿表面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)不少于14d。此外，若環(huán)境相對(duì)潮濕，便可在自然條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.1.3 注漿止水處治

應(yīng)確保注漿止水施工時(shí)所配置的風(fēng)、水、電可靠，必要時(shí)可設(shè)置專用管路和線路。從事注漿止水的施工人員應(yīng)接受專業(yè)技術(shù)、安全、環(huán)境保護(hù)和應(yīng)急救援等方面的培訓(xùn)。配制單液注漿漿液時(shí)應(yīng)遵循“少量多次”和“控制漿溫”的原則，并保證雙液注漿時(shí)漿液配比準(zhǔn)確；基層溫度不宜低于5℃，漿液溫度不宜低于15℃；應(yīng)保證注漿設(shè)備正常作業(yè)的前提下，采用較小的注漿孔徑和小內(nèi)徑的注漿管路，且注漿泵需靠近孔口（注漿嘴），注漿管路要短；注漿止水施工可按清理滲漏部位、設(shè)置注漿嘴、清孔（縫）、封縫、配制漿液、注漿、封孔和基層清理的工序進(jìn)行，同時(shí)，注漿過程中發(fā)生漏漿時(shí)，需根據(jù)具體情況采用降低注漿壓力、減小流量和調(diào)整配比等措施進(jìn)行處理，必要時(shí)可停止注漿。需連續(xù)進(jìn)行注漿，因故中斷后，應(yīng)盡快采取措施恢復(fù)注漿。鉆孔注漿時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力等參數(shù)，并沿裂縫走向，自下而上依次進(jìn)行注漿。應(yīng)采用封縫膠封閉裂縫，且每條裂縫處必須設(shè)置排氣嘴。施工前應(yīng)復(fù)查裂縫修補(bǔ)膠（漿）液的品種、型號(hào)及進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)報(bào)告，以及所配制膠（漿）液的初始豁度；拌和膠（漿）液時(shí)，若發(fā)現(xiàn)有突然發(fā)熱變稠的現(xiàn)象，應(yīng)棄用該批膠（漿）液；待縫內(nèi)的膠（漿）液初凝時(shí)，應(yīng)立即拆除注膠（漿）嘴和排氣嘴，并用環(huán)氧膠泥將嘴口部位抹平、封閉。

4.1.4 漏水引排法處治

不銹鋼接水槽與隧道二次襯砌之間應(yīng)采用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行黏結(jié)，并用膠粘-膜擴(kuò)底錨栓錨固；膠粘劑必須采用A 級(jí)膠，并通過手工涂膠粘貼形成飽滿而高強(qiáng)的膠層；接水槽安裝順序?yàn)橄壬虾笙?、先拱頂后兩?cè)，同時(shí)接茬部分應(yīng)采用下節(jié)壓上節(jié)搭接，接茬長(zhǎng)度為10～15cm；拱頂90°圓心角范圍內(nèi)應(yīng)盡量避免接茬，無法避免時(shí)應(yīng)盡量設(shè)置在較低的位置，并將接茬長(zhǎng)度增加至30cm。在槽側(cè)填充密封材料時(shí)，應(yīng)先在襯砌和接水槽表面涂刷一層膠液，方可填充密封材料。

4.1.5 實(shí)施案例及效果

華鎣山隧道二襯裂縫滲水，采取了引排法處治，并安裝接水槽進(jìn)行引排，如圖1 所示。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，安裝接水槽引排裂縫滲水后能夠避免滲水直接漏至路面，為行車安全提供了保障，施工效果良好。

圖1 華鎣山隧道采用引排法處治裂縫滲水問題

4.2 系統(tǒng)錨固

首先，根據(jù)隧道襯砌、圍巖的穩(wěn)定性和隧道的結(jié)構(gòu)類型，可以確定錨桿的間距和深度。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在隧道二襯混凝土鉆孔，鉆孔的直徑和深度應(yīng)根據(jù)錨桿規(guī)格和固結(jié)環(huán)境確定。再次，將錨桿插入孔中，并注入適量的固結(jié)材料，如環(huán)氧樹脂等，根據(jù)工程環(huán)境和設(shè)計(jì)要求選擇固結(jié)材料。最后，固結(jié)材料充分固化后，將襯砌與圍巖緊密連接，以增強(qiáng)襯砌的穩(wěn)定性和抗拔能力。

4.3 孔洞注漿

對(duì)襯砌混凝土進(jìn)行鉆孔，并通過孔洞預(yù)埋注漿小導(dǎo)管，導(dǎo)管的間距和布置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。將注漿材料注入小導(dǎo)管中，注漿材料的選擇應(yīng)根據(jù)工程環(huán)境和設(shè)計(jì)要求確定?？刂谱{壓力和注漿量，使注漿材料均勻填充襯砌與圍巖之間的空隙。待注漿材料充分固化后，對(duì)注漿小導(dǎo)管進(jìn)行處理，可以選擇切割或者抽取導(dǎo)管，使其不影響隧道的正常使用。

4.4 工字鋼鋼架及鋼筋網(wǎng)加固

4.4.1 采用工字鋼鋼架及鋼筋網(wǎng)進(jìn)行支撐加固

采用工字鋼鋼架進(jìn)行支撐加固，并在施工前對(duì)隧道內(nèi)空斷面進(jìn)行復(fù)測(cè)，避免鋼架增加后侵入建筑凈空范圍。如果存在侵限的情況，應(yīng)及時(shí)告知設(shè)計(jì)人員，調(diào)整工字鋼型號(hào)和間距，使鋼架與襯砌結(jié)構(gòu)盡量密貼，不密貼位置需增加墊塊等措施。鋼架應(yīng)落底牢固，鎖腳錨桿采用U 形或L 形筋與鋼架相連。架設(shè)工字鋼前應(yīng)先清除加固范圍內(nèi)面積較小且具有掉塊風(fēng)險(xiǎn)的防火涂料，并在拱部120°范圍內(nèi)掛鋪鋼筋網(wǎng)和小孔徑鋼絲網(wǎng)，防止后期掉落小混凝土塊或防火涂料。

此外，為減少對(duì)凈空的影響，需采用焊接技術(shù)將鋼筋網(wǎng)與鋼架進(jìn)行連接。

4.4.2 實(shí)施案例及效果

華鎣山隧道二襯混凝土開裂、掉塊，采取了工字鋼鋼架及鋼筋網(wǎng)加固處治，如圖2 所示。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，采用工字鋼鋼架及鋼筋網(wǎng)進(jìn)行支撐加固可以確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，預(yù)防二襯混凝土掉塊，為隧道行車提供安全保障，施工效果良好。

圖2 華鎣山隧道采用工字鋼鋼架及鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固處治

4.5 鋼帶加固

采用鋼板加固時(shí)，應(yīng)根據(jù)二襯混凝土開裂情況，合理選擇鋼板寬度、厚度。拆、遷原結(jié)構(gòu)上影響施工管道和線路以及其他障礙；需清除原構(gòu)件表面的塵土、浮漿、污垢、油漬、原有涂裝、抹灰層；應(yīng)剔除剝落混凝土構(gòu)件的疏松、起砂、蜂窩、麻面等缺陷，直至露出骨料新面；應(yīng)采用相容性良好的裂縫修補(bǔ)材料對(duì)原構(gòu)件裂縫進(jìn)行修補(bǔ)；若原構(gòu)件表面處于潮濕或滲水狀態(tài)，修補(bǔ)前應(yīng)先進(jìn)行疏水、止水和干燥處理；作業(yè)場(chǎng)地應(yīng)無粉塵，且不受日曬、雨淋和化學(xué)介質(zhì)污染。鉆孔前應(yīng)先探明混凝土中原鋼筋位置，并在畫線定位和鉆孔時(shí)予以避讓。同時(shí)，需采用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔操作，嚴(yán)禁使用氣錘，防止混凝土出現(xiàn)局部疏散、開裂。應(yīng)用錨栓固定鋼板，不得采用膨脹錨栓，固定時(shí)，應(yīng)加設(shè)鋼墊片，使鋼板與原構(gòu)件表面之間留有（4±0.5）mm的暢通縫隙，以備壓注膠液。應(yīng)在注膠前用密封膠對(duì)外粘鋼板的縫隙邊緣進(jìn)行封縫。在設(shè)計(jì)規(guī)定的注膠位置進(jìn)行鉆孔，粘貼注膠嘴底座，并在適當(dāng)部位布置排氣孔，待封縫膠固化后，進(jìn)行通氣試壓。鋼板與隧道二襯砌之間采用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行黏結(jié)，且現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度應(yīng)符合膠粘劑產(chǎn)品使用說明書的規(guī)定。注膠施工結(jié)束后，應(yīng)靜置72h 進(jìn)行固化過程的養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期間，被加固部位不得受到任何撞擊和振動(dòng)的影響，同時(shí)，應(yīng)按照灌注材料產(chǎn)品使用說明書的規(guī)定把控養(yǎng)護(hù)環(huán)境的氣溫。

5 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)華鎣山隧道二襯混凝土開裂、掉塊問題的研究，提出了多種加固處治方法。其中，引排法可以有效防止?jié)B水直接漏至路面，造成打滑現(xiàn)象影響行車安全；系統(tǒng)錨固可以增強(qiáng)襯砌的穩(wěn)定性和抗拔能力；空洞注漿可以填充襯砌與圍巖之間的空隙；工字鋼鋼架及鋼筋網(wǎng)加固可以有效防止二襯混凝土掉塊，保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；鋼帶加固可以提高混凝土構(gòu)件的承載能力和耐久性。這些加固處治方法在不同程度上改善了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。未來，施工單位應(yīng)緊跟時(shí)代，全面優(yōu)化和改進(jìn)二次襯砌的施工技術(shù)和工藝，學(xué)習(xí)全新的技術(shù)工藝，并應(yīng)用到施工過程中，提升施工的安全和穩(wěn)定性，保障施工質(zhì)量。