甘肅某高速公路隧道病害分析及處治

茍建元

（甘肅省天水公路事業(yè)發(fā)展中心，甘肅 天水 741200）

1 隧道概況

1.1 地質(zhì)情況

該隧道隧址區(qū)為秦嶺西段，山高谷深，溝壑縱橫，依甘肅省區(qū)域地質(zhì)志，項(xiàng)目區(qū)所處構(gòu)造單元為北秦嶺華力西褶皺帶，該段屬黃河水系與長江水系的分水嶺地段，最大高程為1 872 m，最低高程為1 552 m，相對高差超過200 m，最大埋深為163 m，地貌上屬基巖中低山區(qū)[1]。整體地形來看，隧道進(jìn)口突兀高聳，基巖谷坡陡立；中部受第三系地層覆蓋，寬緩起伏，間夾深切溝谷；隧道出口受碾盤山北緣斷裂切割下焰，呈較為平緩的丘陵地貌。根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查及鉆探資料，該隧道地下水類型按其賦存條件和含水層性質(zhì)可分為基巖裂隙水、松散巖類孔隙水兩大類型，對混凝土無腐蝕性[1]。

1.2 隧道概況

該隧道設(shè)計(jì)行車速度為80 km/h，高度為5 m，寬度為 13 m[0．75 m（左側(cè)檢修道寬度）+0．5 m（左側(cè)路緣帶寬度）+2×3．75 m（行車道寬度）+3．5 m（緊急停車帶寬度）+0．75 m（右側(cè)檢修道寬度）]。車行橫通道建筑限界：高度為5 m，寬度為4．5 m。人行橫通道建筑限界：高度為2．5 m，寬度為2．0 m。隧道設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)[2]。上行線里程樁號(hào)為SK713+382—SK719+420，隧道全長6 038 m；下行線里程樁號(hào)為XK713+359—XK719+405，隧道全長6 046 m。2011年12月開工建設(shè)，2015年10月投入運(yùn)營。

2 病害發(fā)展及應(yīng)急處置

2.1 病害發(fā)展

在2020年8月檢查中發(fā)現(xiàn)，該隧道下行線K718+300、K718+316、K718+260、K718+100—XK718+900段多處路面出現(xiàn)不同程度的滲水現(xiàn)象。委托甘肅省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司對該隧道進(jìn)行技術(shù)狀況評定，評定情況如下：該隧道上行線土建結(jié)構(gòu)為2類，下行線為3類。該隧道路面主要病害為XK715+820路面橫向切槽，填補(bǔ)材料剝落，坑槽較深；XK715+820左幅路面切槽，填充材料剝落，坑槽較深；XK715+790左幅路面切槽，填充材料剝落，坑槽內(nèi)積水；XK715+785左幅路面切槽，填充材料剝落，坑槽內(nèi)積水。其中，XK718+300左側(cè)路面存在滲水現(xiàn)象；XK718+316左側(cè)路面存在滲水現(xiàn)象；XK718+260（加寬帶）中央路面存在滲水現(xiàn)象。以上路面滲水點(diǎn)于后期發(fā)生大面積滲水，導(dǎo)致XK718+300—XK718+050段行車道路面積水嚴(yán)重。2020年10月，該隧道下行線路面滲水量明顯增大，隨著氣溫的降低，臨時(shí)增設(shè)的引排水措施相繼失效，導(dǎo)致該隧道路面滲水段落出現(xiàn)大面積結(jié)冰。該隧道下行線路面病害結(jié)果見表1。

表1 該隧道下行線路面病害結(jié)果記錄表

3 病害處治方案勘查定制

2.2 應(yīng)急處置

經(jīng)甘肅省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司對該隧道土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行專項(xiàng)檢查，表明該隧道上下行線均為4類。按照《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H12—2015）4類隧道應(yīng)進(jìn)行交通管制，盡快實(shí)施病害處治[4]。經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)掃描，該隧道中心排水溝檢查井位于路面以下60～100 cm處，疏通檢查井會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu)且嚴(yán)重影響交通。根據(jù)該隧道的應(yīng)急預(yù)案，為確保該隧道的行車安全，隧道管養(yǎng)單位立即在隧道進(jìn)口前方路段及冬季結(jié)冰路段按照《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線 第4部分：作業(yè)區(qū)》（GB 5768．4—2017）設(shè)置了安全作業(yè)區(qū)，在該隧道前方2 km處設(shè)立了“前方隧道內(nèi)路面結(jié)冰，減速慢行”等提醒標(biāo)志牌，在隧道入口及隧道內(nèi)增設(shè)了爆閃燈，并對該隧道進(jìn)行了交通管制，配備專人24小時(shí)值守，指揮車輛疏導(dǎo)交通。針對該隧道路面結(jié)冰的實(shí)際情況，實(shí)行兩班倒，對隧道內(nèi)結(jié)冰路段進(jìn)行除冰作業(yè)，在病害處治前期，最大限度地確保該隧道可安全通行。

3.1 病害排查

針對隧道的病害維修處治，原則上不應(yīng)降低該隧道的原有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照安全、經(jīng)濟(jì)、快速、合理的原則，通過多方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選確定[3]。為查明該隧道路面滲水的原因，制訂切實(shí)可行的維修處治方案，防止冬季隧道內(nèi)路面大面積結(jié)冰，對行車造成安全隱患。

首先，采用水下機(jī)器人，利用它配備的攝像頭觀察直觀、可操作性較強(qiáng)的優(yōu)勢進(jìn)行隧道中央排水溝的檢查。在實(shí)際操作中，水下機(jī)器人只能深入到隧道中心排水溝內(nèi)75 m，因?yàn)樗淼乐行呐潘疁嫌偃麌?yán)重，在隧道檢查井處無法繼續(xù)向前推進(jìn)。因此，水下機(jī)器人不能有效地探究隧道中心排水溝是否暢通的問題。其次，按照經(jīng)濟(jì)適用、對行車影響小的原則，在該隧道路面采用多點(diǎn)位開孔法，以滲水段落XK718+000為起始點(diǎn)，XK717+500為終點(diǎn)，以間距為25 m、直徑為14 cm鉆孔，共計(jì)鉆孔20個(gè)。打通檢查井預(yù)制蓋板，直通隧道中心排水溝，通過鉆孔發(fā)現(xiàn)，隧道中央排水溝堵塞主要原因?yàn)楣艿纼?nèi)的混凝土中鈣離子大量析出，從而導(dǎo)致隧道中央排水溝堵塞，從隧道四周匯集到隧道中心排水溝內(nèi)的水流無法排出，導(dǎo)致積水從隧道路面滲出。

查明該隧道中心排水溝堵塞原因后，采用高壓管道疏通車進(jìn)行中心排水溝的疏通，將疏通管從鉆孔處伸入中心排水溝，自中心排水溝下游往上游進(jìn)行逐米疏通。但是，由于自行式高壓水槍只能清理小的雜物，不能疏通中心排水溝內(nèi)的結(jié)晶物，而且自行式高壓水槍疏通的最遠(yuǎn)疏通距離為11 m，最近疏通距離為3 m，因此對中心排水溝的疏通效果并不理想。根據(jù)現(xiàn)場和隧道的基本情況，該隧道路面滲水原因?yàn)橹醒肱潘疁隙氯?，?dǎo)致地下水無法及時(shí)排除，在圍巖水壓力作用下，地下水沿隧道底部裂隙滲出。

3.2 隧道中心排水溝非開挖疏通技術(shù)

隧道中心排水溝非開挖疏通技術(shù)主要包括帶有定位技術(shù)管道機(jī)器人及小型的水平定向鉆疏通技術(shù)。帶有定位技術(shù)的管道機(jī)器人配備的高清攝像裝置可以對隧道中心排水溝工作情況進(jìn)行視頻影像采集至顯示終端，同時(shí)具有定位技術(shù)的管道機(jī)器人具備精確導(dǎo)航、翻越一定障礙物的能力，可以精確定位隧道中心排水溝淤堵段的位置；小型水平定向鉆技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對中心水溝淤堵段的非開挖疏通。從而對隧道中心排水管的堵塞情況繼續(xù)疏通，解決隧道路面的滲水病害，為隧道行車創(chuàng)造安全良好的通行環(huán)境[4]。

根據(jù)管道機(jī)器人的精確定位功能，確定隧道中心排水溝堵塞段的位置，然后利用水平定向鉆進(jìn)行疏通。隧道的堵塞段的位置確定后，采取如下步驟：確定開窗位置→開窗→鉆進(jìn)→恢復(fù)→循環(huán)。如圖1所示，用水平定向鉆進(jìn)行隧道中心排水溝的疏通。①確定開窗位置：根據(jù)路面滲水病害的情況，確定隧道的路面滲水區(qū)段，將該隧道路面滲水區(qū)段的檢查井位置在隧道瀝青路面上標(biāo)出，在隧道中心排水溝兩個(gè)檢查井中間確定隧道路面開窗的位置。②開窗：首先，將已確定的做好標(biāo)記的開窗位置采用混凝土切割機(jī)將路面切割成30 cm×120 cm矩形，然后采用小型挖掘機(jī)破除該隧道的瀝青路面及水泥混凝土面板、仰拱填充層，直至找到隧道中心排水溝蓋板，鑿開蓋板找到隧道中心排水溝。③鉆進(jìn)：在已開好天窗的位置，先穩(wěn)固架設(shè)小型水平定向鉆機(jī)，并安裝適宜隧道中心排水溝尺寸的鉆桿，然后采用小型水平定向鉆沿線路走向進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，鉆至鉆桿長度與該位置距檢查井長度一致時(shí)退回鉆桿，反向鉆進(jìn)另一面直至疏通這兩個(gè)檢查井區(qū)間的中心水溝。④恢復(fù)：利用小型水平定向鉆疏通隧道中心排水溝后，對開窗位置采用高強(qiáng)聚合物混凝土并植入鋼筋修復(fù)開鑿的天窗，恢復(fù)隧道內(nèi)路面。⑤循環(huán)：另一段隧道中心排水溝重復(fù)以上4步的操作，直至將該隧道淤塞段的中心排水溝全部疏通完畢。

圖1 水平定向鉆疏通流程

4 病害處治小結(jié)

在該隧道路面滲水病害處治中，從路面滲水災(zāi)害的發(fā)現(xiàn)，到冬季隧道內(nèi)結(jié)冰的應(yīng)急處置，再到隧道內(nèi)路面滲水病害的原因研判，最后到隧道路面滲水病害的維修處治4個(gè)方面，比較順利地完成了該隧道路面滲水病害的維修處治。同時(shí)，利用隧道中心水溝非開挖疏通技術(shù)對隧道中心排水溝進(jìn)行疏通效果明顯（如圖2所示）。通過本次隧道路面滲水病害的維修處治，對公路隧道日常巡查、隱患處治，以及新技術(shù)、新材料、新設(shè)備與新工藝應(yīng)用等方面提出了更高的要求。相較于以往通過在隧道中心排水溝位置開挖，清除中心排水溝內(nèi)淤塞物的疏通方法，隧道中心排水溝非開挖疏通技術(shù)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全方面具有顯著的優(yōu)勢。

圖2 鉆孔位置疏通前后對比

（1）管道機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)對隧道中心排水溝縱向整體是否能夠正常排水情況可視化，有效解決了以往只能通過隧道中心排水溝進(jìn)出口是否出水及隧道內(nèi)檢查井水位變化推測隧道整體縱向排水是否通暢的難題。同時(shí)，能夠精確定位隧道中心水溝淤堵段，為后期是否實(shí)施疏通該段提供了可視化的可靠依據(jù)。

（2）水平定向鉆可以實(shí)現(xiàn)對隧道中心排水溝由于水泥漿液淤堵、嚴(yán)重結(jié)晶等常規(guī)手段難以疏通段的有效疏通，并且不需要對隧道中心排水溝以上混凝土結(jié)構(gòu)層進(jìn)行開挖，對隧道既有結(jié)構(gòu)的破壞及擾動(dòng)小。

（3）隧道中心排水溝非開挖技術(shù)不需要分段打開隧道內(nèi)的中心排水溝檢查井，現(xiàn)場實(shí)施過程中對既有交通影響小，相比開挖修復(fù)技術(shù)造價(jià)較低。

（4）隧道中心排水溝非開挖技術(shù)在處治隧道中心排水溝淤塞段時(shí)施工速度快，基本上可以做到隨時(shí)疏通隨時(shí)撤出隧道內(nèi)的作業(yè)區(qū)，大大提高了隧道排水溝現(xiàn)場作業(yè)人員的安全性。同時(shí)，降低了隧道內(nèi)通行車輛的安全隱患。

通過此次隧道路面滲水處治維修，為未來的工作積累了經(jīng)驗(yàn)。在隧道的日常養(yǎng)護(hù)工作中，應(yīng)嚴(yán)格按照《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H12—2015），根據(jù)公路等級(jí)、隧道長度和交通量的大小劃分隧道養(yǎng)護(hù)等級(jí)并按照養(yǎng)護(hù)等級(jí)實(shí)施養(yǎng)護(hù)，在隧道內(nèi)養(yǎng)護(hù)作業(yè)不中斷交通，采取有效措施保障安全并減少對交通的干擾。做好隧道的日常巡查、經(jīng)常檢查和隧道內(nèi)的清潔工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道病害，盡早實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，積極而慎重地采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備與新工藝，使養(yǎng)護(hù)維修達(dá)到安全實(shí)用、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的要求[5]。在公路隧道的養(yǎng)護(hù)過程中，盡早提前介入建立隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)檔案，與施工單位進(jìn)行有效的銜接，為后期隧道健康安全運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，繼續(xù)秉持“團(tuán)結(jié)協(xié)作、創(chuàng)新進(jìn)取、敬業(yè)奉獻(xiàn)、甘當(dāng)路石”的理念產(chǎn)，以保障公路暢通、服務(wù)社會(huì)為己任，踐行甘肅公路精神，為服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航。