高速公路隧道工程病害处治探讨

赵普轩 刘春霞

摘 要：随着交通量的逐渐增长，在高速公路运营管理过程中，隧道上部出现拱顶掉块、下部路面隆起、结构变化等急需解决的问题。本文对隧道工程出现的病害进行了临时加固及后续隧道病害的发展、处治、运营进行分析、对比、总结经验，为后续隧道加固提供技术支持。

关键词：拱顶掉块;起拱变形;结构变化;永久修复

0 引言

公路隧道存在衬砌裂缝和渗漏水，强度不够等病害现象严重威胁隧道内行车的安全、影响交通运营。隧道病害处治不及时会对衬砌结构造成进一步损坏，甚至使隧道破坏加速，缩短公路隧道的维护周期和使用寿命，导致未达到隧道结构设计基准期而急需大修，既浪费了大量资金，又影响隧道的正常使用，并造成不良的社会影响。因此，对公路隧道病害开展调查、分析与处治对策研究，研究成果将有助于提高隧道寿命与服务水平，提高隧道病害处治技术。遵循科学、合理的隧道病害研究方法与原则，找到隧道病害的原因，评估病害严重程度，进行不同病害与病害程度进行处治措施的研究。

1 工程实例

某隧道全长700 m，隧道进口约65 m，出口约75 m为V级围岩，以粉质砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及细砂岩为主。粉质粘土：软～硬塑，局部含块、碎石，呈松软结构，含少量孔隙水;粉砂质泥岩、泥质粉砂岩：强及弱分化，属极软～软质岩类，薄～中层状构造，风化裂隙发育，层间结合差，岩体以层状及碎裂结构为主，含少量裂隙水;细砂岩：强及弱分化，属极软～软质岩类，中～厚层状构造，风化裂隙发育，层间结合差，岩体以层状及碎石状镶嵌结构为主，含少量裂隙水。隧道洞身段约560 m为IV级围岩，以细砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主。细砂岩：弱风化，属较软岩，中～厚层状构造，风化裂隙不发育，层间结合较好，岩体以中厚层状结构为主，含少量孔隙水，呈滴水或淋雨状渗出;粉砂质泥岩、泥质粉砂岩：弱分化，属软质岩类，薄～中层状构造，风化裂隙较发育，层间结合差，岩体以中薄层状结构为主，地下水以滴水或淋雨状为主，局部呈小股流状;由于岩层倾角小，砂、泥岩层间结合差。

设计底层描述：沥青混凝土面层10 cm，混凝土基层24 cm，C20混凝土底基层13 cm，C15片石仰拱回填56 cm，C25抗腐蚀混凝土仰拱45 cm，粉砂质泥岩32 cm。隧道主洞建筑限界见表1所示。

隧道在后期运行过程中，出现拱部混凝土剥离、衬砌开裂、路面开裂隆起等病害。隧道实测断面和设计断面比较图见图1所示。

2 隧道病害原因分析

某隧道工程在运营过程中出现二衬掉块后，及时启动临时处治方案，对掉块部位进行了临时处治，同时对某隧道进行了深入检测、分析，发现衬砌厚度不足、衬砌背后空洞、衬砌强度不足、仰拱结构层厚度不足、仰拱填充不密实等情况。隧道检测及数据见图3表2所示。

分析表2可知，对于取的5个检测点，有三处的初砌强度不合格，最小值为20 MPa，远低于设计强度25.0 MPa，强度存在严重缺陷，且初砌强度合格率仅为40%。

3 隧道病害二襯临时加固

3.1 锚杆孔的施工

3.2 钢架施工

钢拱架主架采用I18的工字钢，工字钢需按照隧道横断面的拱形幅度进行加工。在安装工字钢时先固定好拱脚位置工字钢，固定工字钢采用在洞壁上植入膨胀螺丝在与工字钢

焊接作为临时固定措施，以此类推再逐节进行拱腰及拱顶位

置工字钢的拼装及固定。

钢拱架支撑平面应垂直于隧道中线，其倾斜度不大于2°。钢拱架的任何部位偏离沿垂线不应大于5 cm。钢拱架按设计位置安设，钢拱架与隧道洞壁之间紧密贴合。工字钢之间采用Q235AF厚16 mm的钢板连接，钢板尺寸为长260 mm×宽200 mm，螺栓采用M20×65 mm-10.9s高强度扭剪型螺栓，要求符

合（GB/T 1228）的相关强度要求。在焊接连接钢板时要求焊接牢固，焊接等级必须达到二级。钢架间设纵向连接钢筋，钢筋型号为φ22，长度为500 mm，其环向间距为1 m，内外交错布置。钢架与纵向连接钢筋间的连接采用焊接。

针对以上施工方案，目前已对衬砌掉块的位置进行了应急加固处治，降低风险，确保隧道运行安全。下步还需进一步加强巡查观测，确保隧道行车安全。

4 隧道工程永久性修复实施方案、经济比选

针对隧道在后期运行过程中，出现拱部混凝土剥离、衬砌开裂、路面开裂隆起等病害，对隧道工程永久性修复实施方案进行了比选，见表3、表4、表5所示。

某隧道右线病害段经检测仰拱施作不满足设计要求，经计算，二次衬砌混凝土最小安全系数为0.52。

在混凝土衬砌表面环向架设18 kg/m轻轨（纵向80 cm），并喷射25 cm厚C30混凝土，计算衬砌最小安全系数为1.44，提高近2.8倍;在衬砌边墙施作树根桩锁脚后，计算安全系数32.0，可有效改善衬砌受力环境。

本次某隧道右线病害处治，衬砌套拱与边墙树根桩结合使用，可有效提高衬砌结构安全性。计算结果如图6所示。

4.1 轻轨喷射混凝土套衬加固

轻轨套衬加固适用于衬砌状况值为4的区段，具体处治区段为K0+350～K0+615（265 m），共计265 m。

（1）首先对二次衬砌表面的内装饰及防火涂料进行凿除，再对二次衬砌表面进行清洁和凿毛，露出混凝土新鲜面，迁移原结构上影响施工的管道和线路以及其他障碍。

（2）对衬砌裂缝及渗漏水进行裂缝嵌补处治。

（3）在凿毛、清洁的砼表面刷界面剂。

（4）在套衬段轻轨架设位置钻中16孔，纵向80 cm、环向间距为1 m，孔深15 cm，然后植筋，植筋长20 cm，灌注强力植筋胶（植筋胶的性能指标见表6），待植筋达到一定强度后，架立轻轨（轻轨焊接在C12植筋上）。

（5）在原二衬表面环向架设18 kg/m轻轨（纵向80 cm间距）和纵向连接钢筋，在每榀钢架左右拱脚各设置2根3 m长A32砂浆锚杆。其中18 kg/m轻轨应落脚到电缆沟沟底。

（6）在18号轻轨表面铺设C12钢筋网，网格间距20*20 cm，钢筋网直接焊在轻轨上。

（7）然后喷15 cm厚C30混凝土形成加固套衬。喷砼中应加入适量的增密型微硅粉（微硅粉的性能指标见表7），以减少回弹量并增强结构的防水性能，微硅粉掺量为胶凝材料总重的8%。喷砼必须严格按相关施工规范操作，同时应加强喷砼的洒水养护。

（8）轻轨套衬施作时宜采用专用支架或简易台车的搭设措施。

4.2 增设仰拱

（1）隧底处治施工工序：①施工两侧树根桩;②多段、跳槽、分层拆除隧道路面、填充、仰拱砼（每层拆除砼0.8 m

～1.0 m）;③安装横向钢支撑;④恢复重建40 cm厚的C30防腐蚀钢筋砼仰拱;⑤恢复仰拱回填、中央水沟、电缆沟及路面。

（2）仰拱填充及路面拆除在隧道纵向上应分段跳槽施工，每段5 m，间隔10 m。各槽间建议用7 m长栈桥连接，确保施工机械设备行走。仰拱填充及路面拆除应在两侧树根桩施工完成后且树根桩砼强度达到90%以上后才能实施。

（3）仰拱环向主筋应插入未拆除仰拱砼中30 cm，植筋胶连接。

（4）仰拱及仰拱填充拆除后，若底部存在不密实的砼填充层或松散破碎岩体应清除，并采用C30防腐蚀砼进行回填。

（5）重建仰拱采用防腐蚀砼，一般采用方式为：普通硅酸盐水泥并掺入防腐蚀剂（一般选用TL、HEA、UEA等防腐蚀剂，掺量为水泥用量的5%～8%）。采用矿渣硅酸盐水泥，最少水泥用量：335 kg/m3～370 kg/m3，水灰比0.65，C3A含量小于8%，减水剂占水泥用量的0.2%～0.3%。

（6）为保证增设仰拱的处治效果，现场施工时应重点注意和检查仰拱和原衬砌接头部位的施作质量，包括接头部位钢筋和植筋连接、混凝土密实性等。

（7）增设仰拱施工期间，应加强隧道监控量测及外观观测工作，动态掌握增设仰拱的全过程，并根据现场施工情况动态调整施工工序。

（8）仰拱开挖后应保证原衬砌接头部位衬砌混凝土结构的完整性，对于已经破坏混凝土结构应拆除重建或结构补强，保证仰拱与原衬砌结构、边墙树根桩有效连接，形成整体，保证隧道结构安全。

（9）施工中应加强隧道内通风。

隧道施工期间，应对隧道套衬结构进行监控量测，确保结构安全。

为了保证施工期间高速公路正常运营，在隧道加固处治施工期间实行“右洞封闭施工时，左洞双向通行”的交通管制措施。

交通管控范围分为某隧道绵阳端、某隧道主洞、某隧道遂宁端共分三段进行交通管控。隧道养护作业控制区内设置管制警告區2 000 m、上游过渡区250 m、纵向缓冲区200 m、作业区3 000 m、下游过渡区50 m、终止区50 m，合计5 550 m。管制区内隧道路面中间设置锥形桶双向车辆进行分流，隧道洞内单车道双向通行，并设置限速及转换道提示标牌。

4.3 隧道加固经济比选

分析图7，图8可知，轻轨+喷射砼套衬的加固方案费用为495万元，相较于钢板带加固的550万元节省55万。某隧道2011年建成，单洞建安费6 706万元，如果按照本文采取局部病害处治单洞处治费用预计约1 200万元，运营期单洞日常养护费每年约40万元，故如果建设期隧道质量控制较好，单洞专项养护费可以节约1 200万元的病害处治费，大幅降低运营期养护成本。

5 结束语

通过本文的现场实地调研，思考高速公路隧道工程建设期工程质量管控和运营期隧道工程病害处治之间的成本及后续运营期隧道工程病害处治完成后常态化监控量测工作，业主要加强对设计方案的优化完善，尤其是现场施工过程监管要进一步加大力度，严格按照设计方案执行落实，同时加强对监理、施工单位的现场管控，施工过程质量控制关键是做好隐蔽工程质量管控，隐蔽工程施工要全方位进行旁站，要从组织机构、思想教育、技术管理、施工管理以及规章制度等五个方面建立符合实际的质量保证体系，防止建设期的质量问题转移到运营期，从而增加运营期的道路养护成本。

参考文献：

[1]黄丽远，张紫明.高速公路隧道病害处治技术分析[J].西部交通科技，2019（11）：63-65.

[2]唐颖.原位扩建既有隧道空洞病害处治探讨[J].公路，

2019，64（4）：330-333.

[3]周武召，陈棚.奉溪高速喜口池隧道病害分析及处治方案研究[J].公路交通技术，2019，35（1）：123-128.

[4]吴铭芳.结合交通组织方案的营运隧道仰拱病害处治方案研究[J].交通科技，2017（3）：107-110.

[5]毕景佩.堆土导致的地铁盾构隧道病害及处治对策分析[J].中外公路，2017，37（1）：180-183.

[6]徐林生，陈扬勇，王知远，等.公路隧道路面工程病害实用处治技术研究[J].中外公路，2016，36（6）：66-68.

[7]张彦龙，李清，田卿燕.营运公路隧道病害处治工程处治效果可靠性评价技术研究[J].公路交通科技（应用技术版），2016，12（9）：24-26.

[8]何翊武.运营岩溶隧道病害机理分析及处治技术研究[D].中南大学，2013.

[9]贾雷.六河高速公路隧道检测与病害处治技术[D].长安大学，2013.