官道岭隧道病害检测与处治对策研究

李永永

（山西省交通科学研究院，山西 太原030006）

1 隧道概述

晋阳高速公路官道岭隧道建成于1997年，隧道原设计长1 170 m，设计变更后全长1 300 m，原设计隧道与加长段隧道采用长19 m的明洞连接。隧道起止里程为K37+944—K39+244，隧道设计速度60 km/h，断面由单心圆（R=510 cm）构成，隧道限界宽为9.60 m，车道宽3.75 m，本隧道设计横断面组成为（1.10+0.5+3.75×2+0.50）m。建筑限界高度为5 m，隧道设计双侧检修道。设计等级为一级汽车专用公路，单洞双向隧道。

隧址区地形以构造剥蚀的低山及剥蚀堆积的丘陵地带为主，隧道穿越芦苇河与获泽河分水岭，区间沟谷切割剧烈属低山，最大埋深104 m。隧道进口端地层岩性为灰岩、页岩臭煤、鸡窝状褐铁矿、粉矿岩、黄褐色泥岩，隧道中部、出口大部分为灰岩、泥灰岩、角砾状泥灰岩、白云质灰岩等。地下水位变化较大，为地表裂隙水、深层岩溶裂隙水，隧道开挖时局部地带有涌水，大部分段落有滴水，隧道穿越一褐铁矿采挖区。隧道采用复合式衬砌，二衬采用全断面施工。围岩类别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类（对应现行设计规范为V、Ⅳ、Ⅲ级）的衬砌厚度分别为40 cm、35 cm、30 cm。2013年隧道进行渗漏水注浆处治，效果不太理想。

2 病害检测

2.1 检测内容

官道岭隧道运营期间专项检测内容以规范为准。

表1 官道岭隧道土建结构专项检查内容表

2.2 结构变形检查（隧道净空测量）

隧道净空测量采用隧道激光断面仪，每50 m一个隧道断面，实测断面与设计断面比较后，隧道拱脚以上最大侵入净空约6.8 cm。由于实测值无法与隧道交工时的断面进行精准比较，故无法确定隧道结构是否发生了变化。经检测大部分隧道检测断面较原设计断面有3～6 cm净空富余量。

2.3 裂缝渗漏水调查

裂缝调查采用裂缝测宽仪进行，官道岭隧道本次检查发现衬砌裂缝27条，主要分布在隧道拱顶及左右拱腰处。其中横向13条，占裂缝总数48.1%；水平向14条，占裂缝总数51.9%。裂缝宽度0.1～0.5 mm，裂缝深度个别达到16 cm。官道岭隧道衬砌表面有24处渗水，有1处滴漏且主要集中在拱顶处，目前对行车影响较小，但雨季会出现喷射状现象，冬天渗水处会结冰。由于受前期渗水影响，局部混凝土表面有轻微劣化。

2.4 材质检查

混凝土强度本次采用回弹法，检测时每200 m作为一个评价段，每个评价段10个测区，即每个测区间隔约20 m，测区由左边墙、右边墙交替布置。每个测区布置16个测点。测区及测点布置如图1所示，所测数据进行统计后取平均值，经验算二衬混凝土强度基本达标。

图1 回弹法检测测区及测点布置示意图（单位：cm）

采用酚酞酒精和碳化深度测试仪检测碳化深度，官道岭隧道衬砌混凝土碳化深度大于等于6 mm，检测未发现衬砌有剥落、钢筋外露等情况。

2.5 衬砌及围岩状况检查

无损检测采用地质雷达法进行，测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道应不少于1处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。地质雷达检测时，沿隧道纵向在拱顶、两侧拱腰及两侧边墙处各布设1条雷达测线，必要时采用网格加密检测。如图2中拱顶、a、a′、b、b′测线。

图2 隧道纵向雷达测线布置示意图

官道岭隧道二次衬砌厚度共设1 241个抽样点，合格的抽样点数为932个，合格率为75.1%，统计结果如表2所示。

表2 官道岭隧道厚度检测结果评价表

经检测，官道岭隧道局部洞段存在因二次衬砌注浆不满或不密实而形成的三角脱空及二次衬砌与初期支护结合不紧密的区域。官道岭隧道检测段测线总长6 500 m，存在上述质量缺陷的测线长度为240 m，约占测线总长的3.6%，脱空区主要分布在隧道拱顶及左右拱腰处，拱顶处孔洞局部高度可达0.31 cm，拱腰处空洞高度约为0.20 cm。

经检查发现官道岭隧道的主要病害为：a）二衬混凝土表面裂缝较多，大多集中在隧道拱顶及拱腰处；b）隧道存在渗漏水现象，特定季节较严重，危及行车安全；c）拱顶二衬厚度低于设计值；d）拱顶、拱腰处存在空腔现象。

3 成因分析

3.1 衬砌开裂原因分析

a）地质原因 隧道洞身段围岩主要为灰岩、页岩臭煤、黄褐色泥岩和白云质灰岩等，岩溶、裂隙发育，部分段围岩较破碎，泥岩遇水软化及开挖施工扰动和地下水润滑作用，在长期的运营过程中可能产生松弛荷载，增大围岩压力，导致衬砌开裂。

b）施工原因 隧道混凝土施工时，衬砌及拱圈混凝土浇捣后，由于混凝土厚度不均匀，引起收缩应力集中，在薄弱处发生裂缝变形；部分段落存在二次衬砌混凝土厚度不足、衬砌背后脱空、超挖回填不密实等也是导致二次衬砌混凝土开裂的原因。

c）塌方、采空区影响 官道岭隧道局部段落发生过大的塌方，塌方后处理不彻底，运营期间围岩应力调整塌方区段出现裂缝。

d）地下水位标高变化较大，为地表裂隙水、深层岩溶裂隙水，衬砌背后排水系统失效，导致水头增高，从而对衬砌产生较大的水压力，进一步促进裂缝发育。

3.2 衬砌渗水原因分析

a）该项目修建于20年前，设计理念及施工水平局限，排水系统不完善。

b）衬砌裂缝及施工缝形成渗漏水源出水口。

c）隧道排水系统可能存在堵塞，以及以前注浆处理，导致拱顶及附近渗水出现。

d）原设计隧道与加长段隧道采用长19 m的明洞连接，明洞回填不密实及黏土隔水层失效导致地表水下渗。

4 处治建议

4.1 病害分级[1]

根据《公路隧道养护技术规范》（JTG H12—2015）第4.5.4条的相关规定，官道岭隧道土建结构技术状况评分JGCI=61，划分为3类。隧道衬砌破损技术状况评定值为2；隧道衬砌渗漏水技术状况评定值为2；根据《公路隧道养护技术规范》第4.5.6条的相关规定3类隧道或存在评定状况值为2的分项时，应对局部实施病害处治。

4.2 病害处治原则[2]

隧道病害整治设计要坚持“一次根治、不留后患”。根据调查正确分析掌握病害产生的原因和健全度，综合考虑隧道运营的安全性及施工中的安全性、耐久性及经济性等，并尽可能减少对交通的干扰。

4.3 处治对策

4.3.1 衬砌裂缝处治方案

对于宽度小于等于0.2 mm的裂缝，对表面涂抹裂缝修补胶进行封闭。对于宽度大于0.2 mm的裂缝，进行裂缝凿槽注浆结构补强。裂缝严重地段进行衬砌加固处理。

4.3.2 衬砌补强处治方案

综合考虑经济、安全（局部采用内嵌外贴钢拱架）、施工便捷性（2015年刚施作消防给水管道、交通量大），具体方案为裂缝宽度较大，深度大于6 cm但未贯通的区段：采用全断面粘贴幅宽250 mm W钢带进行加固，钢材厚度10 mm，两环钢带纵向中心间距100 cm。在衬砌及钢带表面涂刷胶黏剂，使衬砌与钢带黏结为一体，再采用锚栓进行固定钢带。锚栓采用M16化学锚固螺栓，植入深度不小于16 cm。

裂缝龟裂且几乎贯通衬砌厚度合格率偏低的区段：采用I14工字钢在距检修道3 m以上拱部位置将钢拱架外露贴在既有衬砌上，拱部以下开槽20 cm宽、15 cm深，将工字钢拱架嵌入衬砌结构中，纵向间距80 cm，拱部钢架设置φ22纵向连接钢筋，环向间距 75 cm，挂 φ8钢筋网，网格间距15 cm×15 cm，喷射C25混凝土。

4.3.3 渗漏水处治方案

目前常见的处治方法有地表截水、堵水法、导水法及降低地下水位的引排法。本隧道渗漏水结合隧道现状，确立综合处治方案。隧道衬砌渗水处治时，对主要渗漏水部位采用导水法结合保温措施进行处治，其部位附近的漏水程度轻微的采用压力注浆法进行封堵止水。导水法结合保温措施：在衬砌上切U形槽，尺寸15 cm×15 cm，埋设φ100 Ω形排水半管，其四周用堵漏材料填充；然后，铺设保温材料；最后，在处治段喷涂防火涂层。排水半管中的水最终引至排水边沟排出洞外。对于明洞段渗漏水，考虑到明洞段及附近地表水下渗引起衬砌渗水的原因，在明洞段及附近的地表修复截水沟、排水沟，压实明洞填土并重新施作黏土隔水层。对于隧道拱顶渗漏水：由于前期压力注浆导致排水系统堵塞水位上升引起的拱顶渗漏水，采用拱顶压力注浆法，将水系拦截到注浆圈外，沿圈下渗在拱脚打孔引排。

4.3.4 衬砌空腔处治方案

对于隧道拱顶及拱腰处的衬砌空腔段落，采用拱背注浆加固方案，注浆方案应根据具体的空洞、脱空的检测情况，确定空隙部位后合理布置注浆孔，注浆压力应小于0.5 MPa，注浆施工中应重视监测工作，当发生衬砌变形或排水系统堵塞时，可降低注浆压力或采用间歇注浆。注浆有效扩散半径为0.9 m，将注浆孔布置为1.5 m×1.5 m梅花型，注浆孔沿隧道轴向倾斜一定角度，注浆次序为先拱腰后拱顶进行，注浆材料采用325硅酸盐水泥基35～40 Be的中性水玻璃，水灰比为1∶0.75～1。

5 结语

由于设计、施工、地质等方面的因素，运营隧道病害越来越多，给安全运输带来较大压力。隧道病害处治是一项系统工程，病害处治应在调查掌握病害的基础上，提出综合性处治措施，并在施工时加强质量及安全管理，确保处治效果。