某黄土公路隧道病害分析及治理方案之得失

周金龙

【摘 要】通过对甘肃某隧道运营期间的病害进行观察分析，其病害特点是衬砌裂缝发展范围广、衬砌侵限严重、边沟电缆沟变异及路面拱起开裂、衬砌渗漏水严重等。结合祁家大山隧道病害段的设计资料及最新检测结果，分析了病害发生情况下衬砌结构的安全性，探讨了该隧道病害发生的原因，设计单位提出了重新完善隧道排水系统+二次刻槽嵌入钢格栅的套衬加固+置换仰拱的综合处治技术方案图纸，施工中对此设计进行分析研究后我本人得出一些浅薄的见解，希望为今后类似条件下公路隧道病害的治理提供帮助。

【关键词】公路隧道 病害分析 治理方案 之得失

1 隧道概况

（1）某隧道位于G***线K****+335～K****+195处，全长860m。隧道纵坡由东向西纵坡为1.57%，原隧道建筑限界宽：0.75+0.75+2×3.75+0.75+0.75=10.5m，净高5m。衬砌断面根据围岩级别及衬砌受力状况由三心圆组成，按等截面设计，其内径拱顶部分为r1=5.33m；与中心线交角45°处改为r2=5.54m，拱顶处净高6.89m；仰拱部分为r3=20m；经加固后隧道满足现行规范要求二级公路设计行车速度40km/h净空要求，加固后隧道建筑限界宽：0.75+0.5+2×3.5+0.5+0.75=9.5m，净高为5m。

（2）隧道工程地质条件：1）隧道穿过的地层为：为第四系上更新统风积黄土和新近系甘肃群粉砂质泥岩，两者呈不整合接触，黄土地貌具有承袭性，黄土堆积与下伏新近系甘肃群古地形起伏一致。地层岩性如下：①新近系甘肃群粉砂质泥岩：浅棕色，泥质—粉砂质结构，层理不明显，泥岩胶结，岩性软弱，抗风化能力差，遇水易软化。地层岩体软硬不均，泥岩顶部约1米厚的岩层含水量达17～22%，呈强风化状，之下泥岩含水量12～17%。②第四系上更新统风积黄土（Q3eol）该层覆盖厚度约30～40m，为均质粉土。结构松散多孔隙，无层理，垂直节理发育。含白色碳酸盐粉末呈星点或菌丝状分布，偶含钙质结核，为Ⅲ～Ⅳ级自重湿陷性黄土。该层下部有一层厚4.7～7.0m的浅棕色杂质土，含少量钙质结核，呈软塑状态，含水量较大为 18.4%～29.3%。2）水文地质根据区域地质资料，泥岩中局部存在裂隙水，开挖后临空面有少量渗水与滴水。

（3）隧道围岩级别与衬砌结构K1897+335～420、K1898+020～195属Ⅴ级围岩，K1897+420～K1898+020属Ⅳ级围岩。黄土段路面下设置厚度35cm的仰拱，采用25号混凝土；泥岩段未设置仰拱，路面下设置厚度35cm的封底层，采用15号混凝土。全隧道二次衬砌厚度均为35cm，采用25号混凝土。

2 病害原因分析

根据《某隧道专项检测报告》（YT15001S）和隧道地质钻探取芯试验结果可知，其主要病害为隧道排水系统的失效、隧道结构的渗漏水和不均匀沉降造成衬砌开裂和路面变形开裂。产生的原因主要有以下几点：

（1）地表水原因：隧道处在降水量稍大的区域，有地表水下渗补给地下水的条件。洞顶山体植被茂密，雨季时地表水易下渗，使隧道围岩含水量进一步增加。

（2）地下水原因：隧道渗漏水受季节性变化影响较大，隧道围岩与地下水联系紧密，围岩。

（3）围岩原因：隧道通过的地层为第四系上更新统风积黄土和新近系粉砂质泥岩；泥岩的天然含水量20%，地下水含量丰富。泥岩成岩作用差、岩性较软弱、强度机变形模量较低，开挖暴露后易受环境影响，具有遇水膨胀及软化的特点，遇水膨胀后围岩的天然孔隙度发生显著改变，其力作用在结构上，造成应力重分布，围岩侧压力增大，导致衬砌出现较多纵向开裂，衬砌结构收敛变形异常；由于地基遇水软化，造成衬砌不均匀下沉并产生竖向开裂。

（4）渗水原因：衬砌施工缝受冻融循环破坏影响，施工缝周围混凝土受腐蚀劣化而强度有所降低。

（5）设计原因：泥岩段未设置仰拱，路面下设置厚度35cm的封底层，采用C15号混凝土，未与衬砌形成科学的封闭的受力结构有较大影响；衬砌侵限严重、边沟电缆沟变异及路面拱起开裂、衬砌渗漏水严重主要集中在本段内。

3 各种病害的设计处治方案与个人拙见

3.1 衬砌加固

（1）套衬加固：本次加固设计在原有衬砌混凝土内侧设置C30钢筋混凝土套衬，对原路面、人行道及电缆沟进行整体拆除，拆除路面下C15号混凝土封底层和仰拱混凝土，浇筑60cm厚钢筋混凝土仰拱，新浇筑的仰拱结构与平均40cm厚C30钢筋混凝土套衬连接成环，与原有衬砌组合形成两 次模筑结构共同承载。净空未侵限和侵限小于10cm的断面，套衬内设双层钢筋网；净空侵限 界于10～20cm的断面，套衬内设单层钢筋网和H175型钢拱架，拱架间距1m；净空侵限大于20cm的断面，套衬内设单层钢筋网和H175型钢拱架，拱架间距75cm。为保证隧道底拆除时上部结构稳定，先采用φ50（或φ89）导管在两侧拱脚部位进行注浆锁脚，然后全断面拆除部分原有边墙和电缆槽混凝土。拆除原有混凝土及浇筑小边墙混凝土采用跳槽式，每个施工段落控制在2m，确保安全。两点不同见解：①净空侵限大于20cm的断面，φ89导管施工工艺，设计要求是φ89锚管内设置φ18 钢筋骨架，灌注C30小石子混凝土。我认为其一：φ89导管施工在钻孔时孔径为φ100，导管和围岩之间存在缝隙；其二：既有衬砌沉降后和围岩存在滑动面或者也是间隙，为了满足紧固围岩和防止开挖过程中既有衬砌进一步沉降过大的目的，因此我认为必须使用注浆为主，灌注C30小石子混凝土为辅的思路施工。此条建议被采用。②设计要求拆除原有混凝土及浇筑小边墙混凝土采用跳槽式，每个施工段落控制在2m，确保安全。我认为必须保证安全，但是施工中如何确保安全要具体、要有数据作为支撑，因此我建议根据监控量测数据决定开挖进尺，施工中发现开挖进尺在3-5米内沉降量可控，可以保证安全。原设计过于保守且没有数据参考，不利于加快施工进度和降低成本。此条已被监理和业主同意采用。

（2）裂缝修补：采用低压注环氧树脂浆法对大于0.2mm的裂缝进行修补。不同见解：设计中衬砌已经采用了做套衬和完整排水系统的措施，那么没有渗水和渗水量不大的微裂缝，修补和不修补之间的差别并不大，只要渗水量不大，不足以形成明水的都可以忽略不计；渗水量较大，拱顶衬砌较破碎的K1897+630～K1897+790段在采用注水泥浆后渗水几乎无法看见，因此我认为在采取了做套衬和完整排水措施的前提下不应做过多的裂缝修补，作用和投入不匹配；裂缝修补措施应针对隧道不做套衬和完整排水措施的小维修保养工程。个人见解未被采用。

（3）衬砌后空洞注浆回填：空洞注浆回填设计用于对隧道衬砌后空洞进行打孔引水后采用水泥浆注浆回填。个人见解和设计思路相同。

（4）复合防水层：施工缝处理完后，在新作套衬与原衬砌之间设置一层复合防水层，要求在铺挂防水层前处 理好原衬砌渗漏水，不得有明水。个人见解和设计思路相同。

（5）止水条、止水带：原衬砌施工缝及沉降缝有少量渗水的，可采用填塞遇水膨胀止水条处理。内侧套衬变形缝在衬砌结构形式变化处及暗洞段按纵向60m间距设置，另在隧道进、出口段连续设置三道。内侧套衬变形缝全环布设，缝宽2cm。由于隧道地下水发育，施工缝及沉降缝处均设置带排水孔的背贴式橡胶止水带，施工缝处亦全环布设，以达到防水可靠的效果。不同见解：设计文件要求施工缝及沉降缝处均设置带排水孔的背贴式橡胶止水带，施工缝处亦全环布设。止水带是按照10米一道设置给定工程数量，设计单位不同意按照3道/10米施工缝给止水带数量，不能起到可靠防水的目的。此条建议为被采用。

（6）中心排水沟：由于原纵向排水沟堵塞失效，本次加固设计将原混凝土路面、15号片石混凝土回填及混凝土仰拱或15号封底混凝土拆除，增设仰拱底部中心排水沟，通过设置横向排水管将汇集到纵向排水管的地下水和通过切槽引排汇集的施工缝及裂缝位置处的渗漏水引入中心排水沟排出隧道。个人见解和设计思路相同。

3.2 防排水系统

洞内。切槽引排：为防止隧道外路面水进入隧道内，在隧道出口路面截水沟，拦截出口路面积水引流至隧道洞外两侧的边沟中，汇入到附近涵洞排至自然沟谷。不同见解：其一，适应条件不正确。切槽引排更适于小维修工程，不应在新做防水板和套衬的隧道中采用，可以通过后注浆解决既有衬砌渗水问题，而且工序更简便、成本更低。此条建议采用后，将原设计的 切槽引排5237米减少为442米。

3.3 路面

全隧道拆除45cm厚水泥混凝土路面（原有20cm+1998年加铺25cm）后，拆除路面下C15号混凝土封底层和仰拱混凝土，增设仰拱底部中心排水沟，浇筑仰拱后回填C15混凝土，再浇筑26cm厚水泥混凝土路面板，然后再施做9cm厚沥青混凝土路面层。个人见解和设计思路相同。

4 结语

总之，黄土隧道施工中水是最关键的一个因素。做好防排水措施，才能确保施工质量和安全；做好防排水系统，才是保证隧道运营的关键。我希望在今后的施工中，能够带给他人少许的帮助，这就是我奉献本文最大的快乐。

参考文献：

[1]公路隧道施工技术规范（JTJ F60-2009）.