既有隧道病害綜合處治技術(shù)

廖 煒

(四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川成都610041)

1 工程概況

1.1 隧道基本情況

屈家坡隧道為綿廣高速廣元市境內(nèi)的一座分離式中隧道，隧道左線(以廣元至綿陽方向為準(zhǔn))長605 m，右線長570 m，為設(shè)計時速60 km/h的雙洞單向交通隧道。隧道于2001年建設(shè)竣工，同時檢測發(fā)現(xiàn)隧道存在諸多缺陷，運營前，對該隧道進行了缺陷處理和加固。隧道經(jīng)過多年的運營，隧道路面病害較為突出，2009年進行了路面專項整治。整治后營運三年，隧道仍存在較多病害，隧道路面裂損及路面冒水病害整治段再次出現(xiàn)路面病害，隧道病害情況影響到行車安全，需要進行病害治理。

1.2 原設(shè)計、施工概況及病害整治歷史

1.2.1 隧道原設(shè)計介紹

隧道最大埋深為52m。洞身圍巖主要為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組上段，粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖和長石石英巖，薄～中層狀，層間結(jié)合一般～較差，巖質(zhì)軟，裂隙較發(fā)育，巖石具有脫水、飽水風(fēng)化特征，巖體呈塊碎狀鑲嵌～塊狀砌體結(jié)構(gòu)。巖體穩(wěn)定性較差。全隧道圍巖類別劃分為Ⅳ級(老規(guī)范為Ⅲ類)。

隧道設(shè)計采用單心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)，襯砌結(jié)構(gòu)洞口淺埋段按礦山法，洞身深埋段新奧法進行設(shè)計，其主要襯砌結(jié)構(gòu)為:采用復(fù)合式襯砌，二襯為C20混凝土，初期支護和二襯之間設(shè)防水板，全隧均無仰拱，路面采用水泥混凝土。

1.2.2 施工過程及缺陷治理

2001年隧道初步建成后即出現(xiàn)了襯砌厚度、強度不滿足設(shè)計要求、拱背存在空洞、襯砌開裂漏水等病害，并于當(dāng)年進行了整治。整治措施主要為:隧道全長內(nèi)輪廓內(nèi)套25 cm厚二次襯砌，局部病害嚴(yán)重段落拆除后重新修筑支護體系。對滴漏水處鑿槽引排，滲水裂縫鑿V型槽堵水，在全隧道整治結(jié)束時，裂縫用環(huán)氧樹脂進行嵌塞粘合，在主體整治完成后，全隧重新內(nèi)裝施工，邊墻鑲貼乳白色瓷磚，拱頂噴防火涂料。該次整治充分利用了原有內(nèi)輪廓富余。

1.2.3 路面病害治理過程

2009年針對路面病害(板塊破碎、縱橫向裂縫和板角斷裂、局部水流涌出。)進行了專項整治，措施主要為:挖除原水泥混凝土面層、基層及隧底回填物，在路面底部兩側(cè)增加縱向排水盲溝及橫向盲溝，路面采用16 cm厚C20混凝土基層+24 cm厚鋼纖維混凝土。

2011年為提高行車舒適性，在原鋼纖維水泥混凝土路面上直接加鋪一層4 cm厚瀝青層。該層瀝青在不久即破損嚴(yán)重，右線隧道目前已將瀝青揭除，恢復(fù)為原鋼纖維水泥混凝土路面。

2 隧道病害現(xiàn)狀

2.1 病害介紹

2.1.1 襯砌開裂

隧道洞內(nèi)襯砌包括施工縫在邊墻、拱腰及拱頂位置存在多處裂縫(以環(huán)向裂縫為主)，其中以施工縫處開裂最為普遍，襯砌裂縫多出現(xiàn)在邊墻位置，基本呈微裂縫或微張開形態(tài)，施工縫及部分襯砌開裂位置伴有滲漏水甚至泛堿現(xiàn)象。

2.1.2 滲漏水

隧道左右幅洞內(nèi)滲漏水病害較明顯，洞內(nèi)襯砌施工縫及裂縫位置在邊墻、拱腰及拱頂處均有不同程度的滲水。滲漏形式以干印及浸滲為主，部分施工縫在拱腰及拱頂位置滲水滴漏，多處施工縫全環(huán)均有滲漏水，拱腳處多見浸滲現(xiàn)象。

2.1.3 襯砌背后脫空不密實

屈家坡隧道右幅共發(fā)現(xiàn)脫空(5處共12.2m)及不密實(22處共86.1m);左幅共發(fā)現(xiàn)脫空(8處共29.6m)及不密實(70處共306.6m)。

2.1.4 路面脫空及不密實

屈家坡隧道路面開裂破碎甚至錯臺，病害較為嚴(yán)重，路面下方不密實甚至脫空現(xiàn)象普遍，屈家坡隧道路面不密實共133處。

2.2 病害檢測結(jié)果評定

按照《公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTG H12－2003)專項檢查結(jié)果的判定標(biāo)準(zhǔn)，襯砌裂損、路面病害的等級評定為:隧道外荷載作用下襯砌裂損病害等級為1A，路面病害等級為2A。綜合病害等級為2A，危及行人、行車安全，應(yīng)盡快采取有效措施進行整治。

3 隧道病害原因分析

隧道通車多年，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，拱部及邊墻未發(fā)現(xiàn)貫通性結(jié)構(gòu)裂縫;說明2001年的結(jié)構(gòu)性病害處治效果較好。由于隧道在運營過程中路面出現(xiàn)板塊破碎，縱橫向裂縫和板角斷裂，局部有水流涌出，2009年對該隧道再次進行路面專項整治。目前主要問題及病害表現(xiàn)為:襯砌滲漏水病害較明顯、襯砌背后多處不密實或空洞、路面存在裂損及冒水、錯臺及凹陷、路面為混凝土路面運營舒適性較差、洞內(nèi)表面外觀差。隧道結(jié)構(gòu)病害的產(chǎn)生受到多種因素的影響，綜合分析病害原因如下:

(1)屈家坡隧道建設(shè)年限較早，建設(shè)之初我國隧道施工工藝較為落后，加上施工質(zhì)量不滿足設(shè)計要求，導(dǎo)致該隧道存在厚度及強度不足、滲漏水問題突出等缺陷，雖后期進行了整治，但仍可能由于整治不徹底或二次施工造成次生災(zāi)害如襯砌開裂、防排水系統(tǒng)遭到破壞及襯砌侵限等病害產(chǎn)生。

(2)屈家坡隧道埋深較小，地表地勢平緩且風(fēng)化嚴(yán)重、透水性強，隧道周邊圍巖受地表降水影響強烈，在襯砌尤其是施工縫處開裂或防排水系統(tǒng)存在缺陷情況下，極易誘發(fā)隧道滲漏水病害的產(chǎn)生。

(3)隧道既有襯砌背后存在大量不密實甚至脫空缺陷，一方面是由于隧道施工之初或整治過程中注漿不徹底，造成襯砌背后既有脫空或不密實缺陷未得到有效處理;另一方面，由于隧道運營時間較長，襯砌背后水系發(fā)育，隧道周邊圍巖(粉砂巖或泥巖等)在長期地表滲水沖蝕影響下易形成新的缺陷。

(4)對于路面病害，一方面，屈家坡隧道隧底未設(shè)置仰拱，隧底圍巖破碎富含水，IV級圍巖的隧底泥巖在地下水作用下易軟化，由于施工質(zhì)量缺陷，面板或基層下方存在多處不密實甚至脫空病害;另一方面，綿廣高速車流量較大且重車較多，隧道路面或路基受到長期碾壓極易產(chǎn)生開裂、破碎甚至沉陷錯臺等病害。

4 病害整治

4.1 整治方案選擇

本隧道裂縫及滲漏水、背后空洞及不密實為常見隧道病害，其原因及處理措施相對單一，本文結(jié)合隧道病害的實際情況，主要針對路面下的病害整治，提出了以下幾種整治方案:

(1)水泥混凝土路面局部修補，增設(shè)瀝青面層。水泥混凝土路面濕滑，對行車安全有隱患，因此需要采用瀝青路面，但加薄層瀝青已被證明無效，而且加厚層瀝青則會侵入隧道建筑限界。該方案路優(yōu)點是路面行車舒適、造價低，工期短;缺點是建筑限界侵限，未徹底解決路面病害，路面使用年限短。

(2)拆除原路面，采用更高強度及更厚的路面結(jié)構(gòu)。此方案與2009年的路面整治方案類似，實踐證明，僅增強路面強度的作用有限。

(3)加深邊墻，增設(shè)仰拱，并在仰拱上設(shè)置中央排水溝。此方案的優(yōu)點是，整治最徹底，行車舒適性及耐久性都很好。但檢測結(jié)果表明，屈家坡隧道的病害主要是滲漏水及路面破損，隧道結(jié)構(gòu)性裂縫極少，結(jié)構(gòu)不存在安全隱患，加深仰拱時，一方面會影響到隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，同時，施工困難，邊墻底仰拱回填質(zhì)量很難控制，施工工期大大延長。因此該方案的缺點是造價高昂，施工復(fù)雜，施工風(fēng)險高，工期長。

(4)不加深邊墻，增設(shè)大半徑仰拱，設(shè)置仰拱下中央排水管。有效排泄地下水是處理好病害的關(guān)鍵，且前一次整治的結(jié)果表明，在隧道設(shè)置盲溝效果不明顯，隧道建設(shè)經(jīng)驗表明，隧道排水溝越低越好，因此要徹底解決路面冒水破損的問題，有必要采用低高程的中央排水管。將中央排水管置于仰拱下給仰拱采用大半徑的扁圓形提供了的可能，扁型仰拱可減少開挖，避免過多影響隧道邊墻基礎(chǔ)，也節(jié)約了工程造價;另外才方案設(shè)置的仰拱也作為路面結(jié)構(gòu)的一部分，起到關(guān)鍵的承力作用，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可避免在隧底基巖局部松散時路面結(jié)構(gòu)被剪斷。該方案的缺點是，造價較高，工期也較長。

綜合以上比較分析，從必要性來說，不需采用加深邊墻方式增設(shè)仰拱。推薦采用不加深邊墻，增設(shè)大半徑仰拱，設(shè)置仰拱下中央排水管的處治方案。

4.2 主要整治措施

4.2.1 襯砌背后注漿回填

襯砌背后注漿回填，提高襯砌背后的密實度，對于改善隧道結(jié)構(gòu)受力，提高結(jié)構(gòu)安全性具有較好的作用，同時通過對襯砌背后進行注漿回填，也可達到滲漏水治理的一些作用。主要實施的段落為檢測出襯砌背后局部存在不密實或空隙的地段、滲漏水嚴(yán)重的段落，(1)設(shè)計參數(shù):每處空洞縱向長度小于1.5 m式按3個注漿孔計，范圍大于1.5 m時注漿孔按照縱橫向間距1.5 m梅花型布置。(2)注漿材料:注漿材料:采用純水泥漿。W/C=0.4:1～0.6:1，漿液配合比應(yīng)以不堵塞注漿管孔并具有良好的流動性為宜。

4.2.2 裂縫及滲漏水處治

采用“大堵小排、封堵嚴(yán)密、排導(dǎo)通暢”為基本處治原則，全部鑿除邊墻瓷磚后，對滲漏水裂縫情況重新檢查核實，對存在滲水水印的環(huán)向施工縫采取鑿槽埋管引排;無滲水環(huán)向施工縫開裂采取灌縫嵌補措施;局部點滲、面滲處理采取水泥基結(jié)晶滲透型防水涂料涂刷;對于局部襯砌開裂一般性干裂縫采用環(huán)氧樹脂注漿嵌補裂縫。

4.2.3 襯砌背后地下水的疏排

由于襯砌防排水系統(tǒng)效果較差，加之早期隧道施工缺陷較多，局部封堵后難免從其它地方滲漏，加之本隧道地下水主要為裂隙水，總的水量較少，所以對于襯砌背后的地下水以引排為主，設(shè)計主要考慮通過對襯砌鉆孔，以達到泄水的目的，具體設(shè)置方案為:

(1)沿隧道邊墻底部兩側(cè)按間距5 m打設(shè)排水孔，將襯砌背后地下水引排至橫向碎石盲溝，并最終排至設(shè)置在仰拱底部的中央排水管排出洞外。

(2)對于滲漏水嚴(yán)重段落和施工縫滲漏嚴(yán)重且水量較大時，采用在滲水施工縫增加徑向泄水孔，經(jīng)環(huán)向排水槽引排至電纜溝，必要時可在隧道邊墻進一步增加泄水孔。

4.2.4 仰拱及排水措施

按《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JDG D70－2004)，IV級圍巖(原規(guī)范為Ⅲ類圍巖)應(yīng)設(shè)置仰拱。考慮到本項目交通量大、重車多，相對而言內(nèi)輪廓較小的特點，按照一次徹底整治的原則，設(shè)計考慮拆除路面和下挖路面，對隧道底部增加仰拱，同時在路面底下設(shè)置中央排水管，也為加鋪瀝青混凝土路面面層提供空間，以達到仰拱底部密實、排水有效的目的(圖1)。

(1)仰拱:全隧道增加仰拱，仰拱采用35 cm厚C30鋼筋混凝土，仰拱通過植筋和襯砌邊墻腳相連。

(2)中央排水管:為保證隧道排水效果，避免地下水在隧底滯留而對隧底圍巖產(chǎn)生軟化作用，在仰拱下面設(shè)置中央排水管，并間隔設(shè)置橫向碎石盲溝將地下水盡快引排至中央水管，中央排水管采用直徑為400 mm的C30預(yù)制混凝土管，并設(shè)置檢查井，以利于今后水溝養(yǎng)護(圖1)。

圖1 增設(shè)仰拱設(shè)計

4.2.5 新建路面結(jié)構(gòu)

為保證隧道路面結(jié)構(gòu)的耐久性和提高運營的舒適性和安全性，本次設(shè)計采用的路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土復(fù)合路面，具體結(jié)構(gòu)為:在仰拱上部采用C20混凝土進行回填，以起到隧底填充和路面基層的的功能，和仰拱共同作為路面結(jié)構(gòu)的底層;在上面鋪設(shè)26 cm厚水泥混凝土面層(水泥混凝土彎拉強度不得低于5.0 MPa);表層采用4 cmAC－13C加6 cm AC－20C的瀝青混凝土;施工完瀝青路面后應(yīng)恢復(fù)道路標(biāo)線，以利行車(圖2)。

圖2 新建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

5 結(jié)束語

本文結(jié)合屈家坡隧道病害整治的實際情況，采用了不加深邊墻，增設(shè)仰拱，并在仰拱下增設(shè)中央排水管的路面病害整治措施，既徹底解決了路面病害問題，也保證了隧道的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且減少了仰拱的開挖，節(jié)約了工程造價。文章旨在為今后隧道病害的監(jiān)測、原因分析、方案選擇提供較為系統(tǒng)全面的參考。

［1］JTG026－2004公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］

［2］JTG H12－2003公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范［S］

［3］JTG F60－2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］