公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策

王富国

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃兰州 730030）

0 引言

衬砌裂损病害是现阶段公路隧道工程的主要病害，可通过雷达无损检测设备进行检验，其病害发生的最本质原因是公路隧道建材与区域风化与流水侵蚀作用的不匹配，现阶段的病害治理主要侧重本体加固与防止渗水两方面进行。但受限于区域经济发展的不平衡特性，部分公路隧道的无损检测工作与病害养护工程尚处于起步阶段，目前亟须总结相关病害检测与治理经验。本文此次研究的内容和提出的策略对区域基础设施建设完善具有理论性意义，对提升公路隧道稳定性具有现实意义。

1 工程概况

某公路隧道建成于上世纪80 年代，本身的建设基础位于软页岩地层之中，具体被划分为三类地层。为了保证隧道稳定性，该公路隧道工程在建设工艺方面采用了矿山法进行先行修建拱部再进行后墙支撑的方法，同时该隧道工程在建材选用方面使用了强度为C20 级的混凝土并将支撑后墙的宽度设置为40cm，形状设置为单心圆拱形（r=4.46m）与直边墙体（h=2.35m）搭配的形式，此外隧道工程区域地表附近存在一所水电站。自该公路隧道建成起，水电站区域接近隧道入口处所设置的混凝土水渠曾引起多次塌方，并于隧道本体处留下诸多裂痕病损，这也就导致在公路隧道的实际运营过程中内部渗水严重，不仅危害隧道本身的稳定性，加剧了水侵蚀作用，造成隧道拱顶向上形变并出现裂痕，还造成隧道内的恶劣通车条件，尤其在气温较低且降水量较大的冬季，隧道内时常出现道路结冰与洞顶挂冰的灾害，一方面造成区域行车拥堵，另一方面挂冰在行车尾气排放的条件下下坠风险加剧，直接威胁隧道内行驶的车辆及车辆内人员的安全。

2 衬砌裂损病害检测

从该公路隧道工程本身的地质环境来看，隧道本身埋深不深，加之本身地处软页岩地层，隧道工程的围岩岩体极易发育岩体裂隙，一旦遭遇地表强降水，隧道岩体将不能保证雨水与功能区域的有效分离，同时该隧道周边存在大型水电站，水电站内部的水库及途径公路隧道洞口的供水水渠源源不断地向周边地下水提供渗水水源，而潮湿的岩层与建筑基础也不利于隧道工程的长期稳定。从该公路隧道工程施工工艺选择来看，矿山法先拱后墙的施工方案本身的隧道衬砌联合就不紧密，是牺牲防水性而强化稳定性与灵活性的一类施工方案，具体会形成如环形施工接缝在内的各类施工原始接缝，为后期的渗水埋下工程隐患，这就导致了该公路隧道工程天然出现渗水病害。尤其是在隧道工程的衬砌地带，拱形隧道的结构在拱腰和拱顶的材料弥补上因重力造成不平衡的态势，这就导致的后续振捣工艺中拱顶无法填充密实，进而在拱顶区域留下渗水气泡，另外这种问题也使得在拱顶处进行施工时出现落拱现象，即衬砌后墙也出现大量渗水气泡[1]。考虑到公路隧道工程较长的使用周期与露天的使用环境，由于各种不可抗力造成局部塌方后，这种隐藏的气泡缝隙暗病将逐渐显露且缺乏有效的填补对策，同时这种气泡空隙也将成为大量的地表水残留或地下水渗透通道，在冬季气温变动与夏季降水增加的作用下不断从内部蚕食着原本脆弱的隧道衬砌结构，进而表现为各类方向与深度各异的衬砌裂缝病害。

3 衬砌裂损病害治理对策

3.1 衬砌背后空洞注浆

本次病害治理的注浆材料采用水泥浆混合注浆单液的形式，其中水泥成分占80%，粉煤灰成分占比以1：10000的比例加入铝粉金属膨胀剂，经过灌注前的初步试浆，该配方的灌注浆成分预计在正式灌注后在目标空洞处会出现85%的有效成分结石，结石后的有效建材将为目标工程提供25MPa 的压力承载辅助，根据探地雷达传输的空洞体积数据，为保证灌注的最终效果，结合雷达图示推断，在充分考虑渗透系数与损失系数的误差后向目标空洞共灌注190.51m3有效灌注浆单位体积[2]。在病害治理中注浆作业的施工顺序需要严格坚持从上至下与先少后多的原则，避免注浆物质的流出浪费与凝固阻塞。在病害治理中根据目标工程初始工程承载数据，注浆作业施加的压力应当严格限制在0.3MPa 与0.5MPa 之间，对于开裂区域密集且裂缝程度较重的区域采用小压力灌注，以避免对现有结构造成二次伤害，对于开裂区域零散且裂缝程度较小的区域采用大压力灌注，以保证施工工期的有序推进。

3.2 隧道衬砌补强层加固

根据探地雷达实际检验结果，得知目标公路隧道工程衬砌结构内部的水分液体与外界地表地下水的长期渗透已经严重侵蚀损害了拱形结构外层，其所造成的裂缝正在陷入公路隧道衬砌整体结构中并正逐步形成局部恶化的恶性循环。故为了恢复原有衬砌的使用能力，必须在原有衬砌厚度的基础上进行加固加厚。在病害治理施工方式选择中，本次加固需要充分考虑区域行车界限的实际要求与混凝土建材的材料特质，重点避免在加厚施工过程中再度出现混凝土成品气泡空洞的问题，选择了振捣加强辅助喷射混合模型构筑混凝土的方式分别对拱形区域与竖直区域进行30cm 的混凝土厚度加固，使得最终成品兼具美观性与实用性[3]。在病害治理施工的细节施工过程中，本次加固具体使用了大型螺纹锚杆与拱形结构的底部与顶部进行二度加固，并利用梅花形式的钢筋网对拱形结构顶部表面进行焊接固定，以优化工程结构处原有的异常受力结构并抵抗在长时间内重力作用对拱形顶部的压力。

3.3 补强层内增设排水系统

在查阅目标工程原始施工图纸后，通过分析得出该公路隧道工程在设计之初就存在对建筑结构排水的欠考虑问题，如果不对该项设计缺陷做出改善，公路隧道病害的诱因将长期存在并时刻向已填补或加固的组织进行再度侵蚀。故为了提升目标工程衬砌结构对病害的抵御能力，就必须在填充空洞加固结构的基础上在工程内部增设排水系统，以应对工程在长期使用过程中所形成的内部渗透水路。在病害治理施工办法的选择中，本次选用了于公路隧道内部加铺排水半管的方式，以环形与倾斜角度为方向向裂缝高发区域加设的排水管，而后使用局部水泥覆盖的方式对排水半管实现了基础的封闭与保护。

4 结语

综上所述，研究公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策有助于完善我国基础设施交通网，为城市化建设发展助力，其中所使用的雷达无损检测技术体现了公路隧道建设行业的现代化转型，是我国建筑行业产业结构调整的重要表现。通过本文研究得知，某公路隧道工程案例在公路隧道衬砌裂损病害检测与治理措施研究中具有一定的代表性与借鉴性，基于该案例中衬砌裂损病害检测中的衬砌渗水情况与病害检测结果，本文相应提出具有通用性的三项公路隧道衬砌裂损病害治理对策：一衬砌背后空洞注浆、二隧道衬砌补强层加固、三补强层内增设排水系统。