山區(qū)高速公路隧道病害及處治關(guān)鍵技術(shù)分析

駱春雨

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300392）

0 引言

山區(qū)高速公路是推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與進(jìn)步的關(guān)鍵。山區(qū)高速公路隧道施工中容易受到一些外界因素的干擾，造成山區(qū)高速公路隧道質(zhì)量問(wèn)題，甚至造成隧道出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅隧道安全，亟須改進(jìn)與完善?；诖耍疚慕Y(jié)合某一具體高速公路工程的隧道施工，分析山區(qū)高速公路隧道病害，解讀具體的隧道病害處治關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程實(shí)例

為探究分析山區(qū)高速公路隧道病害及處治關(guān)鍵技術(shù)，本文以某高速公路工程的隧道施工為例。該高速公路工程位于云南省，路線長(zhǎng)度92 km。全線共設(shè)隧道44 220 m（雙幅計(jì)）/14座，其中特長(zhǎng)隧道24 446 m（雙幅計(jì)）/3座、長(zhǎng)隧道13 529 m（雙幅計(jì)）/4座、中隧道2 525 m（雙幅計(jì)）/2座、短隧道3 720 m（雙幅計(jì)）/5座。該高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙向4車(chē)道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為24.5m，設(shè)計(jì)使用年限100 a。具體的施工中，隧道橫斷面限界凈寬10.25 m，凈高5.0 m，斷面組成為（0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75）m。隧道的布置方式主要選擇分離式、連拱式，且線路主要以分離式為主。現(xiàn)以具體的隧道為例，隧道區(qū)海拔高程1 039～1 316 m，相對(duì)高差277 m，隧道區(qū)域主要為構(gòu)造剝蝕低中山地貌區(qū)，進(jìn)口坡面植被不發(fā)育，出口段相對(duì)發(fā)育基巖普遍裸露。地基中的個(gè)土層均勻性相對(duì)較差，屬于地基不穩(wěn)定區(qū)域，圍巖類(lèi)型以Ⅱ級(jí)為主，部分為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，且綜合分析建議該隧道涌水量（雙洞）Q=1 200～1 300 m3/d。施工區(qū)域存在地表水和地下水，主要以基巖裂隙和孔隙水為主?，F(xiàn)結(jié)合本工程實(shí)際對(duì)具體的隧道施工中的病害展開(kāi)研究。

2 山區(qū)高速公路隧道病害研究

結(jié)合本工程中的隧道施工問(wèn)題，對(duì)具體的隧道病害展開(kāi)研究，為選擇適宜的病害處置方案，改善隧道整體質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。具體隧道病害分析如下。

2.1 隧道地質(zhì)條件影響

隧道地質(zhì)條件是影響隧道整體穩(wěn)定性與可靠性的重要因素，受到隧道圍巖等級(jí)的影響，就會(huì)造成隧道整體性能問(wèn)題。尤其是Ⅴ級(jí)圍巖與Ⅳ級(jí)圍巖其本身的性能不穩(wěn)定，容易造成隧道整體施工安全性問(wèn)題。且根據(jù)本工程的地質(zhì)資料顯示，工程中未發(fā)現(xiàn)斷裂帶，故本工程主要是受到圍巖因素的影響，其中隧道的周?chē)鷩鷰r切實(shí)存在Ⅴ級(jí)圍巖與Ⅳ級(jí)圍巖，嚴(yán)重影響隧道的整體性能，威脅隧道安全。如果不能有效完成對(duì)隧道地質(zhì)條件的控制，就可能導(dǎo)致隧道安全隱患，不利于本工程施工[1]。

2.2 設(shè)計(jì)未結(jié)合工程實(shí)際誘發(fā)病害

設(shè)計(jì)是關(guān)系到隧道施工整體質(zhì)量與安全的關(guān)鍵，而現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)院工作任務(wù)繁重，往往難以達(dá)到精心設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)方案與工程場(chǎng)地實(shí)質(zhì)的地質(zhì)條件、施工條件不匹配的情況。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的不精細(xì)可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足、隧道變形裂損的情況。如果設(shè)計(jì)中未能對(duì)裂隙水和孔隙水進(jìn)行妥善處理，往往會(huì)導(dǎo)致隧道出現(xiàn)排水不暢，進(jìn)而導(dǎo)致隧道內(nèi)部的道床出現(xiàn)翻漿冒泥的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響隧道的整體施工安全性[2]。

2.3 二次襯砌的病害

施工因素會(huì)造成一些明顯施工病害，主要是支護(hù)、襯砌等問(wèn)題誘發(fā)的病害。支護(hù)施工是影響隧道安全的關(guān)鍵，如果施工中隧道的初期支護(hù)強(qiáng)度不足，未能選擇準(zhǔn)確有效的支護(hù)施工技術(shù)，就可能導(dǎo)致后期二次襯砌受到圍巖壓力的影響，造成超出二次襯砌承受能力的情況，進(jìn)而造成二次襯砌破壞。此外，如果二次襯砌中未能對(duì)襯砌厚度和強(qiáng)度進(jìn)行控制，也會(huì)產(chǎn)生二次襯砌的破壞情況，若混凝土強(qiáng)度未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致隧道二次襯砌的強(qiáng)度下降，造成安全隱患，嚴(yán)重影響隧道整體安全與可靠性[3]。

2.4 施工突發(fā)事件影響

本工程在具體的隧道施工中會(huì)受到一些突發(fā)事件的影響，造成隧道的安全性與穩(wěn)定性問(wèn)題。本工程主要選擇新奧法施工技術(shù)，且受到水文、地質(zhì)因素的影響，隧道中出現(xiàn)塌方、流沙和涌水等突發(fā)事件，造成隧道工程的整體質(zhì)量問(wèn)題，不僅影響隧道施工安全，還會(huì)對(duì)隧道的整體性能造成不良影響。其中涌水突發(fā)事件屬于隧道施工中的水害。水害中還存在滲水、漏水等，由于滲水、漏水的影響，不僅會(huì)造成襯砌問(wèn)題，還可能對(duì)隧道內(nèi)部的照明設(shè)備造成影響，威脅隧道施工的整體安全。

3 山區(qū)高速公路隧道病害的處治關(guān)鍵技術(shù)

鑒于山區(qū)高速公路地質(zhì)條件復(fù)雜，施工影響因素多，隧道的病害發(fā)生概率相對(duì)較多，所以需結(jié)合隧道病害情況，選擇關(guān)鍵處治技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到提升隧道施工和后續(xù)的施工安全，規(guī)避安全隱患。

3.1 隧道圍巖處理與監(jiān)控

本工程施工中，隧道圍巖對(duì)隧道穩(wěn)定性具有直接影響，且部分施工區(qū)域存在Ⅴ級(jí)圍巖與Ⅳ級(jí)圍巖。由于Ⅴ級(jí)圍巖與Ⅳ級(jí)圍巖的性能，如不采取有效措施，就可能會(huì)造成安全隱患和質(zhì)量隱患。針對(duì)這類(lèi)情況，本工程選擇有效的地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)施工隧道圍巖環(huán)境的勘測(cè)，詳細(xì)、準(zhǔn)確地分析勘察成果，選擇適宜的超前支護(hù)方式，并在超前支護(hù)的基礎(chǔ)上重視探頂工作，進(jìn)而保障施工的質(zhì)量。本工程的進(jìn)出口存在Q4沖洪積或全、強(qiáng)風(fēng)化泥巖砂巖，造成進(jìn)出洞口的承載能力不足。為實(shí)現(xiàn)對(duì)這部分問(wèn)題的處理，本工程選擇換填施工技術(shù)，完成對(duì)洞身基礎(chǔ)的處理，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上達(dá)到提升洞口承載能力的目的。此外為保障隧道圍巖施工的整體安全性，本工程選擇有效圍巖監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合傳感器技術(shù)，分析隧道圍巖的變形、沉降等信息，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析，達(dá)到改善隧道整體可靠性的目的[4-5]。圖1為本工程選擇的改進(jìn)TMS圍巖檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

圖1 改進(jìn)TMS圍巖檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.2 結(jié)合工程實(shí)際、勘察成果精心設(shè)計(jì)

勘察成果是影響設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，本工程設(shè)計(jì)前對(duì)場(chǎng)地運(yùn)用有效的GIS、GPS、鉆探等技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的勘察，在準(zhǔn)確分析地質(zhì)條件和勘察成果的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)。水文地質(zhì)評(píng)價(jià)方面主要選擇鉆探技術(shù)完成對(duì)地質(zhì)的評(píng)價(jià)工作，水文實(shí)驗(yàn)主要選擇分層止水、清水鉆進(jìn)的方式分布三次降深的抽水、提水實(shí)驗(yàn)。為保障地質(zhì)勘察精度，本工程主要選擇口徑小的潛水泵和測(cè)流儀展開(kāi)鉆探，再結(jié)合上述試驗(yàn)，獲得具體的地質(zhì)參數(shù)，從而達(dá)到精心設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)[6-7]。

3.3 二次襯砌的關(guān)鍵技術(shù)

二次襯砌是隧道施工的關(guān)鍵技術(shù)，鑒于二次襯砌受到前期支護(hù)的影響，故必須加強(qiáng)對(duì)支護(hù)技術(shù)的控制，減少?lài)鷰r對(duì)二次襯砌的影響。另外需要重視二次襯砌的施工控制，二次襯砌過(guò)程中，結(jié)合襯砌需求綜合展開(kāi)對(duì)二次襯砌的厚度與強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)綜合展開(kāi)施工質(zhì)量控制技術(shù)，保障二次襯砌質(zhì)量。此外，二次襯砌中對(duì)高性能混凝土進(jìn)行合理應(yīng)用，進(jìn)而規(guī)避混凝土強(qiáng)度和防水性能不達(dá)標(biāo)的情況，推動(dòng)二次襯砌的整體質(zhì)量。對(duì)于二次襯砌中有水襯砌裂縫的處理技術(shù)，可選擇注漿封堵技術(shù)，完成對(duì)其的處理。如果滲水量相對(duì)較少，則選擇注漿封堵技術(shù)可取得較好的效果[8]。

具體的施工工藝為，沿著有水襯砌裂縫鑿除規(guī)格為寬5 cm、深6 cm的梯形槽，清洗，設(shè)置注漿管，向裂縫中注入配制的高強(qiáng)度注漿液，注漿壓力為0.3～0.5 MPa。注入完成后，檢查注漿效果，調(diào)整裂縫表面顏色，保障美觀性。

3.4 隧道施工突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案

針對(duì)隧道施工中出現(xiàn)的塌方、流沙、涌水等突發(fā)事件，本工程制定了有效的應(yīng)急預(yù)案，完成對(duì)突發(fā)事件的處理。

（1）嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)施工技術(shù)組織措施，妥善處理施工進(jìn)度和施工安全的聯(lián)系，并建立完善的安全保障體系，增加對(duì)突發(fā)事件的預(yù)防。

（2）建立健全的安全責(zé)任體制，由專(zhuān)門(mén)人員負(fù)責(zé)隧道施工的安全管理，結(jié)合有效的激勵(lì)機(jī)制，保障施工安全。

（3）建立應(yīng)急救援小組，由應(yīng)急救援小組承擔(dān)塌方等突發(fā)事件的快速反應(yīng)，降低突發(fā)事件的影響，并制定全面的應(yīng)急突發(fā)事件避難和救援計(jì)劃。

（4）根據(jù)隧道內(nèi)部的基本情況，在距掌子面100 m內(nèi)，設(shè)置避難器具、水源、食物等。

（5）建立完善的安全教育機(jī)制，并定期完成對(duì)設(shè)備的檢測(cè)檢驗(yàn)，保障設(shè)備的性能。

（6）于Ⅴ級(jí)圍巖和Ⅳ級(jí)圍巖未完成二次襯砌且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度區(qū)域，增設(shè)逃生通道。

3.5 鎖腳錨桿與噴射混凝土的聯(lián)合應(yīng)用

本工程為達(dá)到提升隧道圍巖的自支護(hù)能力，選取鎖腳錨桿進(jìn)行固定鋼拱架，屬于輔助設(shè)備，達(dá)到加固的作用。圖2為本工程的鎖腳錨桿的具體位置圖。

另外，為進(jìn)一步加固二次襯砌的效果，本工程選擇了噴射混凝土的方式輔助襯砌。具體的施工中選擇濕噴鋼纖維混凝土的方式，選擇直徑0.3～0.5 mm、長(zhǎng)度 20～25 mm 的鋼纖維，順利完成對(duì)山區(qū)高速公路二次襯砌的加固。

圖2 鎖腳錨桿圖

4 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)高速公路是推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和高速公路建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為保障山區(qū)高速公路的通過(guò)率和經(jīng)濟(jì)效益，通常會(huì)有隧道的設(shè)計(jì)與施工。本文以云南省某山區(qū)高速公路隧道為例，對(duì)具體的隧道病害展開(kāi)研究，結(jié)合工程實(shí)際制定具有針對(duì)性的處治關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道病害的預(yù)防、對(duì)已發(fā)隧道病害的及時(shí)處理，降低隧道病害對(duì)隧道的不良影響，實(shí)現(xiàn)山區(qū)高速公路隧道的整體安全性與質(zhì)量要求。

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