【摘 要】以某高速公路隧道為例，通過技術(shù)資料分析、實地調(diào)查及專項檢查對該隧道的隧底病害發(fā)展進(jìn)行持續(xù)調(diào)查研究，詳細(xì)分析了隧道隧底病害的產(chǎn)生機理，提出了針對性較強、符合運營隧道特點的處治措施。

【關(guān)鍵詞】公路隧道； 隧底病害； 成因分析； 處治措施

【中圖分類號】U457+.2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2022-11-25

［作者簡介］吳耀宗（1985—），男，碩士，高級工程師，主要從事隧道工程監(jiān)控量測、地質(zhì)超前預(yù)報和質(zhì)量檢測、定期、專項檢測及病害處治設(shè)計工作。

0 引言

隨著我國高速公路運營里程的不斷增加，高速公路的運營養(yǎng)護(hù)及病害治理問題越來越突出。隧道作為高速公路的重點工程，其產(chǎn)生病害將對高速公路的行車安全造成嚴(yán)重的影響。隧道隧底病害是隧道病害的主要組成部分，對隧道隧底病害的成因、發(fā)展及處治措施進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)研究具有重要的意義。

國內(nèi)學(xué)者對隧道隧底病害的相關(guān)問題進(jìn)行了大量的研究。潘雪峰等［1］以貴州某高速運營隧道為例詳細(xì)分析了隧道隧底病害和襯砌病害的產(chǎn)生機理，闡述了對應(yīng)的處治措施；周旭東［2］以某隧道路面隆起病害為例，采用現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)雷達(dá)及鉆孔取芯相結(jié)合的手段探究了隧道路面隆起病害的原因；朱江［3］以山西某黃土隧道為例，研究了黃土隧道的病害特征及成因，并提出了針對性的處治措施；胡勝強［4］利用有限元軟件對高速公路隧道隧底病害的處治措施進(jìn)行了驗證性研究；除此之外，周森等［5-6］均對隧道隧底病害成因及處治措施進(jìn)行了相應(yīng)的研究。

以上研究主要聚焦于隧道病害的成因及處治而忽視了隧道病害的發(fā)展。本文將以某高速公路隧道為例，結(jié)合現(xiàn)場踏勘、地質(zhì)鉆孔以及持續(xù)觀測等手段對隧道隧底病害的成因、發(fā)展歷程及處治措施進(jìn)行研究。

1 工程概況

該隧道為上、下線分離的四車道高速公路特長隧道，左線長3 580 m，右線長3 585 m，于2010年3月開工，2012年12月建成通車。隧址區(qū)位于新華夏系一級沉降帶—四川盆地中部，為構(gòu)造剝蝕低山地貌區(qū)，地表植被發(fā)育。隧址區(qū)出露侏羅系上統(tǒng)蓬萊組（J3p）砂巖、泥巖及泥質(zhì)砂巖，巖體類型可分為以砂巖為主的軟巖—較軟巖和以泥巖為主的極軟巖—軟巖兩類。

2 隧道隧底病害發(fā)展情況

2018—2021年，對該隧道隧底病害進(jìn)行了持續(xù)跟蹤調(diào)查，其發(fā)展情況總結(jié)有：

（1）2018年7月結(jié)合現(xiàn)場踏勘、取芯鉆孔等手段對隧道進(jìn)行了詳細(xì)的專項檢查。檢查結(jié)果顯示隧道內(nèi)隧底病害較嚴(yán)重，具體檢測結(jié)果見表1。

（2）2019年11月，隧道路面裂縫長度、錯臺量、隆起量以及檢修道蓋板傾斜量和側(cè)壁破損長度較2018年7月均有較大發(fā)展。

（3）2020年5月，隧道路面病害持續(xù)發(fā)展，經(jīng)專項檢查發(fā)現(xiàn)，隧道路面技術(shù)狀況值為2類和3類的區(qū)段較2018年7月增長854 m，具體檢測結(jié)果見表2。

（4）2020年4月14日—2020年6月3日，隧道養(yǎng)護(hù)部門對部分路面裂縫長度、寬度及裂縫處沉降位移進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測顯示部分裂縫長度、寬度及沉降呈現(xiàn)繼續(xù)發(fā)展趨勢。如左線K35+960處監(jiān)測點，5月27日—6月3日該點裂縫寬度增加約2 mm，路面明顯拱起約5 mm，裂縫長度增加200 mm；左線K36+024處監(jiān)測點，4月14日—6月3日，裂縫長度增加1 500 mm。

（5）2021年9月，對隧道病害再次進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：①部分已重新鋪筑的路面仍產(chǎn)生新的縱向裂縫；②部分采用過邊墻鋼管樁加固的段落電纜溝傾斜仍在發(fā)展（2019年11月—12月，管養(yǎng)單位組織施工隊伍對部分隧底病害嚴(yán)重段襯砌拱腳處施作了鋼管樁，鋼管樁縱向間距80～150 cm）；③部分未處治邊墻鋼管樁加固的位置出現(xiàn)電纜溝開始傾斜變形；④部分路面出現(xiàn)新的縱向裂縫。

（6）2021年9月—12月，對隧道隆起病害進(jìn)行測量，累計測量9次。通過對第1次及第9次的量測數(shù)據(jù)成果比較，平均高差累計發(fā)展4 mm。其中7處位置變化較大，最大累計13 mm。

（7）2021年11月，襯砌出現(xiàn)長大縱向開裂，局部出現(xiàn)斜向開裂和環(huán)向開裂。相較于2020年調(diào)查結(jié)果，病害區(qū)段發(fā)現(xiàn)新增裂縫34處，其中25處裂縫為處治過邊墻鋼管樁的位置、9處裂縫為重鋪路面后的新增裂縫。

由以上總結(jié)不難看出，該隧道隧底病害主要表現(xiàn)為路面開裂、隆起、錯臺以及電纜溝蓋板傾斜、側(cè)壁擠裂，并且始終處于發(fā)展階段，盡管采取了一定的處治措施，但效果有限。

3 隧道隧底病害成因分析

根據(jù)近3年的持續(xù)調(diào)查、監(jiān)測以及檢測結(jié)果，推斷病害產(chǎn)生的主要原因見下述。

3.1 施工質(zhì)量缺陷影響

隧道仰拱及仰拱回填施作深度不滿足設(shè)計要求，達(dá)不到隧道結(jié)構(gòu)形成閉合環(huán)的原設(shè)計效果，降低結(jié)構(gòu)的整體承載能力，影響隧道整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能。由于仰拱施作質(zhì)量問題，不僅降低結(jié)構(gòu)的整體承載能力，而且使隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降，襯砌使結(jié)構(gòu)向臨空面一側(cè)變形，出現(xiàn)檢修道側(cè)壁擠裂、蓋板傾斜，路面開裂、錯臺及隆起等病害。

3.2 地質(zhì)條件影響

隧址區(qū)圍巖主要為以泥巖為主的極軟巖—軟巖和以砂巖為主的軟巖—較軟巖兩類，泥巖長時間暴露后發(fā)生蠕變，強度更低，受裂隙水、孔隙水以及汛期地表強降水的影響，導(dǎo)致墻角基礎(chǔ)軟弱，底部泥巖軟化膨脹，隧底結(jié)構(gòu)承受側(cè)向和豎向壓力。在仰拱施工存在缺陷的情況下，極易誘發(fā)病害或加劇病害的發(fā)展（圖5）。

3.3 運營影響

隧道內(nèi)交通量較大、重車較多，在仰拱及仰拱填充存在施工質(zhì)量缺陷及圍巖地質(zhì)情況較差的條件下，路面上重車車輛的碾壓誘發(fā)路面缺陷處的變形及開裂，導(dǎo)致路面不均勻沉降或隆起。

3.4 地震影響

2020年2月3日，隧址區(qū)發(fā)生5.1級地震，震中距該隧道僅7.6 km，地震會改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，可能誘發(fā)病害的產(chǎn)生或發(fā)展。

4 病害處治方案

4.1 處治原則

（1）不降低原有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

（2）技術(shù)可行、經(jīng)濟合理，確保安全、方便施工。

（3）盡量避免整治施工帶來新的病害，最大程度地保護(hù)現(xiàn)有隧道結(jié)構(gòu)、防排水系統(tǒng)的完整性。

（4）一次設(shè)計，分次實施。遠(yuǎn)近結(jié)合，標(biāo)本兼治。

病害處治以保證整治段結(jié)構(gòu)安全和營運安全為處治重點，重點針對隧底進(jìn)行整治，提高該段隧道結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

4.2 分期處治方案

為方便處治將隧底病害嚴(yán)重程度劃分為3個等級，具體分級見表3。

該隧道為特長隧道且交通量大，若將隧道全部病害及結(jié)構(gòu)缺陷同期一次性處治，需封閉單洞施工，且施工工期較長，對運營交通影響較大。為減少隧道病害處治對營運交通的影響。隧道病害處治分期實施方案依據(jù)“一次設(shè)計，分次實施。遠(yuǎn)近結(jié)合、標(biāo)本兼治”的原則，將病害處治分為兩階段實施。具體處治措施見表4。

第一階段對病害范圍內(nèi)Ⅰ級病害（病害一般段）、Ⅱ級病害（病害嚴(yán)重段）及Ⅲ級病害（病害特別嚴(yán)重段）全部施作邊墻鋼管樁加固，對Ⅲ級病害（病害特別嚴(yán)重段）施作隧底仰拱及路面整治；第二階段再對其他段落進(jìn)行處治，包括Ⅱ級病害（病害嚴(yán)重段）施作隧底仰拱及病害段路面修復(fù)等。

第一階段處治施工完成后，隧道繼續(xù)營運。同時加強營運監(jiān)測和定期專項檢測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)和專項檢測結(jié)果確定第二階段處治施工時間。

5 結(jié)論與建議

以某隧道為工程背景，結(jié)合專項檢查與長期調(diào)查、監(jiān)測等手段，對隧道隧底病害的成因、發(fā)展過程及處治措施進(jìn)行了研究，得到結(jié)論：

（1）隧道隧底病害的主要表現(xiàn)形式為路面開裂、隆起、錯臺以及電纜溝蓋板傾斜、側(cè)壁破損等，其病害的產(chǎn)生與隧道施工質(zhì)量、地質(zhì)條件、交通量、地震等因素有關(guān)，其中地質(zhì)條件和施工質(zhì)量是隧道隧底病害持續(xù)發(fā)展的主要影響因素，特別是泥巖為主的極軟巖—軟巖和以砂巖為主的軟巖—較軟巖地段，在地下水的作用下極易產(chǎn)生此類病害。

（2）隧道隧底病害的發(fā)展通常表現(xiàn)為裂縫縱向延伸或橫向張開、隆起錯臺量增大、檢修道蓋板傾斜角增大、檢修道側(cè)壁擠裂等，而且會進(jìn)一步導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)長大縱向開裂、斜向開裂等病害。

（3）本文處治方案從原理上可以解決病害繼續(xù)發(fā)展問題?？紤]到時間越長病害風(fēng)險越高，在實際處治過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況及時發(fā)現(xiàn)問題，及時徹底處治。以防止病害繼續(xù)發(fā)展，造成后續(xù)處治措施復(fù)雜，處治費用變高。

（4）對于交通量大的主要交通干道可以采用一次設(shè)計，分段施工的方法來減少病害處治對道路運營的影響。但設(shè)計施工時應(yīng)加強隧道的監(jiān)測與檢查以保證隧道運營的安全，為二階段施工提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 潘雪峰，陳俊宇，嚴(yán)江勇，等.貴州某高速運營隧道病害原因分析與處治措施［J］.科學(xué)技術(shù)與創(chuàng)新，2020，21（3）：107-318.

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