隧道仰拱的常见病害原因及处理对策

屠 津

（四川金通工程试验检测有限公司，四川 成都 610000）

据统计，截止到2017年底中国铁路运营总里程达到127000km，其中隧道14547座，运营隧道总里程15326km。为改善隧道结构受力条件，在隧道底部设置反向拱形结构，即仰拱，其作用主要是对上部支护结构的受力条件进行改善

1 隧道仰拱常见病害原因

仰拱是隧道主要部分之一，对隧道稳定性及长期运行有直接影响。而新建与已经长时间运营的隧道，其底部结构都产生裂缝和错台，对行车安全造成严重影响。仰拱部分的病害包括：底板开裂和变形、侧沟开裂和变形、底板沉陷、面层翻浆、隆起。

1.1 基底软化

主要由两方面因素造成：其一，围岩，仰拱产生病害的部位主要为围岩情况较差的部位，其岩性偏软，这种岩性在遇水后将发生软化，导致围岩进一步劣化，出现塑性变形，围岩技术参数大幅降低，导致承载力减小，受到侧向压力后，边墙产生内侧挤压，荷载因此进一步增大。局部隧道在高地应力等因素的影响下，还会产生更加严重的病害。

1.2 地下水作用

隧道底部岩体在开挖初期完整性较高，随着时间推移，隧道底部岩体在地下水等因素作用下逐渐发生劣化，导致其完整性变差。在动荷载反复作用下超孔隙水压力使施工缝逐渐贯通，地下水携带的泥沙进入裂缝后难以排走，致使道床板与仰拱填充层顶面间水平施工缝逐渐贯通。同时，地下水也会作用在中心水沟侧壁上，造成局部沟壁向沟心倾斜，沟壁与仰拱填充分离，形成纵向裂缝。

1.3 仰拱结构

由于施工单位没有对仰拱引起足够重视，导致仰拱结构自身存在问题导致病害，如仰拱底鼓的本质原因是由于支护与围岩关系中支护（仰拱结构）强度不足以承受围岩荷载带来的压力，在围岩静载已经确定的情况下，结构强度是影响仰拱是否底鼓的核心问题，主要包括仰拱厚度、强度以及曲率等。

2 隧道仰拱缺陷与变形病害

通过对某省高速公路400余座（单洞）公路隧道的调查与检测，发现45座隧道存在严重病害，主要病害类型有3种，分别为仰拱变形、衬砌严重裂损、渗水挂冰，其中仰拱变形21座，衬砌严重裂损16座，渗水挂冰8座。调查表明，虽然在400余座隧道病害形式中以衬砌裂损最多，但是从严重影响行车安全、结构安全的隧道病害来看，仰拱变形与衬砌严重裂损为主要类型。

3 隧道仰拱缺陷与变形病害治理措施

质量缺陷是导致隧道病害产生的重要原因之一，部分情况下的隧道外观病害是内在缺陷的外在表现形式，对于隧道仰拱病害与缺陷处治，需要考虑以下4点：

1）病害与缺陷组合情况；2）病害发展程度、趋势以及对隧道结构长期安全稳定性的影响；3）地质、地下水情况；4）维修措施的施工便利性、快捷性。

基于以上考虑，应对仰拱缺陷及病害发展程度分类处治，而不是一概采取拆换处治，那样只会对隧道结构造成较大的扰动破坏。

通常按以下几类处治：

1）病害已经显现且有发展趋势（出现较为严重的路面底鼓、墙脚沉降）或质量缺陷严重（实际无仰拱且芯样松散、基底围岩软弱），已经危及到行车安全，结构承载能力严重降低的，采取重处治手段，一般以拆换为主。

2）有一定程度的缺陷（芯样厚度欠缺或局部松散、基底围岩较软弱），虽已产生病害，但是病害无明显发展趋势，考虑到病害及缺陷对结构的削弱作用，影响结构的长期稳定性与耐久性，可采取中等处治手段，以加固为主。

3）缺陷程度较轻（芯样厚度欠缺但完整性尚可，基底围岩较完整坚硬），经过数年乃至十年以上的运营尚无病害显现，如贸然扰动，将损害结构，反而降低安全性，可采取加强观察监测为主，配合轻处治。

仰拱拆换是隧道仰拱缺陷与病害处治的最常用手段之一，目前已经较为成熟，本文不再赘述。

加固方案通常采取注浆锚管、钢管桩等对仰拱、填充层、基底围岩进行加固。为了注浆钢管桩能够整体受力，在钢管桩上部采用横向型钢支撑连接，横向支撑两侧通过纵向槽钢焊接形成整体，相邻横向支撑之间采用纵向钢筋焊接。为了提高混凝土底板上缘受拉能力，设钢筋网片，钢筋网片采用架立钢筋与型钢横向支撑连接.

现场实施时需要注意以下几点。

1）开挖深度不宜太深，通常以型钢横向支撑两侧位于电缆槽底部进行控制，需注意恢复混凝土底板下部排水设施，尤其是地下水较发育的隧道，可采用两侧拉槽埋设纵向排水盲沟（管），并间隔设置横向排水盲沟（管），与下游既有排水设施通过检查井衔接。

2）注浆作业需要注意防止堵塞排水管路。锁脚锚管端头采用钢垫板加强与墙脚衬砌的连接，如果能将衬砌表面混凝土凿除露出钢筋，钢垫板与钢筋焊接，效果会更好。

4 结语

综上所述，引起隧道仰拱病害的原因是多方面的，而且有些是无法预测的，这就需要在保证仰拱施工质量的基础上，通过检查及时发现仰拱结构病害，并分析病害产生原因，采取相应治理措施。