公路隧道病害成因与处治探讨

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摘要：公路隧道是交通交通运输系统的重要组成部分，其结构形式多样，地质情况复杂，在运营过程中各种病害的产生对隧道衬砌结构的安全及行车安全造成严重的影响，通过对某山区公路隧道衬砌裂缝、路面开裂沉陷、电缆沟变形倾斜等病害的原成因进行分析，阐述了隧道病害的有效处治措施。

关键词：公路隧道；病害；成因分析；处治措施

1隧道工程概况

隧道位于西南地区，采用一级公路标准，设计行车速度60km/h，为双洞分离式单洞双车道隧道，进口段围岩以Ⅴ类为主，部分Ⅳ类，中间段全部为Ⅳ类围岩，按新奥法原理进行施工，采用复合式衬砌结构，即以锚杆、钢筋网、喷射混凝土和钢架为初期支护，以模筑（钢筋）混凝土衬砌为二次衬砌组成。初期支护与二次衬砌拱墙间设防水隔离层。隧道于2011年3月开工，2012年11月竣工通车。管养单位在进行隧道管养安全排查中，发现隧道局部段落存在二次衬砌裂缝、路面沉降、位移、电缆沟倾斜变形，且沉陷、变形位移量持续增长，有较大安全隐患。

2隧道病害现状

2.1衬砌裂缝

经现场检查发现，衬砌裂缝主要集中在边墙位置，裂缝纵向、环向、斜向均有分布，其中以纵向裂缝居多，裂缝长度2~20m不等，宽度0.3~0.5mm，个别裂缝宽度超过1mm。左洞共发现衬砌裂缝146条，总长788.5m，右洞共发现衬砌裂缝55条，总长315m。

2.2路面开裂、沉陷

路面病害主要表现为开裂、错台、坑槽坑洞、局部沉陷、隆起等。经检查，左洞路面病害共计50处，其中路面裂缝32处，路面错台2处，路面坑槽、坑洞9段，路面局部下陷2处，路面隆起5处；右洞路面病害共计23处，其中路面裂缝10处，轻微开裂2处，路面错台6处，路面坑槽、坑洞4段，路面隆起1处（见图1、图2）。

2.3电缆沟倾斜变形

电缆沟病害主要表现为沟身倾斜、沟壁挤压破损、盖板翘起等。经检查，左洞电缆沟病害共13处，其中沟壁挤压倾斜、破损共11处，盖板翘起1处，盖板缺失1处。右洞电缆沟病害共10处，其中沟壁挤压倾斜、破损共4处，沟身倾斜6段。

3病害成因分析

3.1病害检测

为进一步核实病害情况并确定病害成因，采用地质雷达、钻孔取芯的方式对隧道衬砌结构和围岩进行检测，在隧道左右洞路面布置3条连续纵向测线（分别用400MHz和200MHz天线扫描，合计6条测线），二次衬砌左右边墙布置2条连续纵向测线（采用400MHz天线扫描），各测线经地质雷达连续扫描分别按10m间距统计了测点厚度值，按0.5m间距统计实测厚度，绘制了厚度曲线图，并对测线位置附近明显不密实区域进行了统计。在隧道典型病害段落共布置10个钻孔（左洞布置6个钻孔，右洞布置4个钻孔），各钻孔深度2.4~5.4m，提取芯样对隧道的隧底结构、围岩情况进行观察、验证。

3.2病害成因分析

根据检测结果，结合地勘资料、设计及养护资料等，主要病害成因分析如下。

3.2.1衬砌裂缝病害成因（1）荷载作用：隧道围岩在长期的运营过程中，可能发生松动或变形现象，形成围岩荷载，作用于衬砌结构上后，易使衬砌结构出现斜向及纵向裂缝。结构自重、车辆荷载及围岩压力作用下，基础可能出现不均匀沉降，易使衬砌结构出现环向裂缝以及边墙部位纵斜向裂缝。（2）结构缺陷原因：本次检测段落，路面至仰拱底部结构厚度不满足设计要求且部分段落存在不密实区域，同时局部位置存在二次衬砌厚度不满足设计要求，衬砌结构在荷载作用下变形、路面亦因挤压局部变形上隆，导致侵线或缺陷部位附近产生开裂现象。

3.2.2路面、电缆沟病害成因（1）隧道局部段落地质条件差。地勘资料显示，隧道围岩主要多为砂岩、泥岩与粉砂岩互层。围岩局部风化程度高，岩体纵波速度总体较低，节理裂隙发育，围岩局部结构破碎；围岩多为互层状，部分位置存在软弱夹层，设计围岩级别为Ⅴ级和Ⅳ级。本次钻孔揭露围岩情况：隧底附近围岩主要为中~强风化岩体，局部较破碎，部分围岩遇水存在软化现象。综上所述，隧道围岩总体较差，隧底围岩破碎，局部存在软弱夹层。此种围岩地基承载力较弱，在雨季局部可能出现遇水软化引起地基不均匀沉降。（2）施工质量不足导致结构缺陷。根据本次雷达以及钻孔取芯检测结果，路面测线位置各统计点隧底结构厚度均小于设计值，最大偏差达到90cm，且测线位置附近存在明显不密实区域。因为结构厚度不足，不能达到原设计承载力要求，加之局部存在明显不密实区域容易造成受力不均，隧道路面在长期重车通行、围岩应力变化等综合作用下出现不均匀沉降，造成路面开裂、沉陷和电缆沟变形等病害。

4病害处治措施

4.1衬砌裂缝处治

依据检测结果，结合现场实际情况，隧道拱圈二衬基本满足设计要求，未侵占建筑限界，未发生明显变形及结构破坏性裂缝，因此对裂缝采取环氧树脂灌缝胶封闭处理。

4.2路面沉陷、电缆沟变形处治

根据检测结果及现场实际情况，为保证处治效果，对于路面开裂沉陷、电缆沟倾斜变形病害严重的段落，采用仰拱、电缆沟拆换的方式进行处治，确保隧道衬砌结构及运营安全。具体施工方法如下：（1）将电缆沟中的管线进行临时改移并注意对其的保护，然后拆除两侧电缆沟及排水边沟。（2）既有仰拱的拆除，可能造成隧道二衬的沉降，为减小沉降，保证施工安全，在仰拱拆除前在隧道拱脚部位采用一根4.0m长Φ89钢管进行注浆锁脚，钢管以45°角斜下布设，纵向间距1m，注浆浆液采用M30水泥砂浆，水泥采用42.5MPa水泥，砂浆配合比及注浆压力由现场试验确定。（3）采用分段、分幅、跳槽开挖的方式进行仰拱的拆除，先后拆除左右幅仰拱并开挖至原设计仰拱底部，拆除开挖的纵向长度不大于5m，跳槽长度以施工机械操作方便为宜，但不得小于5m，仰拱拆换设计图如图5所示。（4）及时浇筑钢筋混凝土仰拱，为保证新浇筑的仰拱与原衬砌结构的整体性，新浇筑仰拱与原衬砌之间采用植筋连接，并在新浇筑仰拱混凝土中加入微膨胀剂。（5）仰拱拆换完成后，重新施作电缆沟，按原设计恢复路面结构。

4.3施工注意事项

（1）仰拱拆换及实施完成后，均应加强监控量测工作，用量测信息指导施工，量测数据应及时整理分析，并及时预报变位状况，以便修改设计，或制定加强措施，保证结构安全。（2）锁脚钢管注浆时，应根据注浆压力和注浆量等参数进行控制，注浆应饱满，确保注浆效果。（3）仰拱拆除开挖至设计深度后，应将基底虚渣清理干净后再浇筑铺底找平层。

5结语

隧道作为公路交通的重要组成部分，在长期的使用过程中，难免受到地质、气候、环境、人为等各种因素的影响而产生各种病害，威胁到隧道的结构及运营安全。本文通过对某公路隧道病害的调查、检测，深入分析了病害成因，除地质因素外，施工质量不足而导致的结构缺陷是病害产生的主要因素，二衬、仰拱未按设计施工，厚度严重不足，承载力达不到原设计要求，从而导致衬砌开裂、路面沉陷、电缆沟变形。因此，在隧道施工过程中，严格按设计要求施工，保证施工质量，是保证隧道结构及使用安全的重要前提，希望通过本文对隧道病害成因分析及处治措施，对同类隧道病害及新建隧道的施工提供有效的参考意见，从而提高施工质量，保证隧道使用安全，实现我国公路隧道的长远发展。

参考文献

[1]JTGF60-2009，公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2]JTGH12-2015，公路隧道养护技术规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3]冯超，陈永红，王丰.某高速公路隧道病害分析及处治[J].四川建筑，2013，33（6）：212-213.

[4]付钢.八一、向阳隧道病害整治设计[D].重庆：重庆交通大学，2016.

作者：苏国旗 海大鹏 况月超 刘明明 王小强 单位：中国建筑第七工程局有限公司