黄土地区公路隧道明洞下沉病害处治设计

窦斌强

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

随着我国交通建设的飞速发展，有大量高速公路隧道进入运营维护阶段，然而由于隧道建设和运营过程中或存在的施工质量不过关、监管不到位或养护不及时等问题，致使隧道在运营过程中出现不同程度的病害，给人们的出行埋下安全隐患。其中，由于黄土地区地质环境复杂，受到降雨等因素的影响，导致隧道产生明洞及洞门出现下沉变形，进而隧道洞身出现裂缝，洞门出现断裂等病害。由于运营隧道明洞下沉病害处治难度大，方法单一等因素的限制，国内没有形成较为有效的处治手段与方法，导致多数隧道明洞下沉病害出现反复处治的现象，在埋下安全隐患的同时浪费国家资源财产[1]。

1 高速公路隧道明洞下沉病害分析

造成黄土地区隧道明洞出现下沉病害的原因多为明洞地基承载力不足和隧道洞口出现偏压现象[2]。

a）黄土地区地质环境复杂，一是部分黄土自身土质较疏松，存在一定的湿陷性；二是黄土地区存在梁峁区，地形起伏大，深切冲沟发育，易被冲刷，且伴有黄土陷穴与落水洞。当出现降雨时，由于上述原因会导致明洞地基局部承载力下降，明洞出现不均匀沉降，出现明洞下沉，拉裂以及错台现象。

b）当隧道洞口存在偏压偏载情况时，明洞会长期处于不均匀的受力状态，诱发明洞产生不均匀沉降、拉裂以及错台现象。同时明洞下沉病害多伴随着路基破坏、洞门开裂沉降以及洞身失稳甚至隧道边仰坡失稳等情况。

2 黄土地区公路隧道明洞下沉病害处治设计要点

a）组织人员调查病害现场，查阅原有设计资料、施工资料、养护资料，确定隧道病害产生的原因。

b）确定病害处治方案 （a）改善优化隧道洞口段落排水情况，降低和排水雨水对地基基础的影响。（b）病害段落明洞暗洞拱脚加固，保障施工期间洞身的稳定性。（c）对隧道病害段落的地基进行加固，增加隧道地基承载能力。（d）门墙后修筑背梁、翼墙加固洞门，修复加固洞门，并提高洞门强度。（e）隧道洞口修筑挡土墙，提高洞门与明洞的整体稳定性。（f）修复电缆槽、边沟和路面。

c）监控量测方案设计 地表下沉量测，隧道洞内变形量测，洞内、洞外路面变形量测。

d）交通组织设计 交替分段分车道封闭不中断交通施工方案，合理放置辅助指示标志，诱导车辆安全通过。

3 实例应用

3.1 工程概况

某高速公路隧道设计速度80 km/h，建筑限界为10.25 m×5.0 m，隧址区位于黄土丘陵区，地表形态表现为黄土梁峁状，隧道穿越的黄土梁峁呈近东西向，两侧为黄土冲沟，谷坡陡立，植被稀疏，以灌木为主。通车运营期间内，某隧道右线明洞出现不均匀沉降，导致明洞出现拉裂、错台、隧道洞门开裂沉降、边仰坡出现裂缝等病害。

3.2 病害原因调查

经过查阅原有设计资料、地质勘查资料、施工资料与养护资料，并结合现场踏勘情况，明确该隧道明洞下沉病害主要为两个原因，一是洞口地基土较为湿软，承载明显不足，导致明洞与顶门出现不均匀沉降，出现裂缝；二是隧道洞口偏压偏载导致隧道明洞和暗洞发生向前的位移，进而形成张裂缝。

图1 洞门沉降引起的明洞错台

图2 偏压引起的洞口护坡开裂

3.3 病害处治方案设计

3.3.1 完善截排水设施

隧道洞门墙后截水沟、洞顶截水天沟、急流槽进行修复完善，对隧道出口右侧天然沟内的截水沟、落水洞、冲沟进行排除处治，落水井进行灰土回填压实，冲沟进行疏导局部回填避免积水。对靠近路基边缘处的截水墙、跌水井进行修复完善。

3.3.2 明洞、暗洞拱脚加固

右线出口20 m范围内的明洞、暗洞两侧拱脚处施做三向锚管，保障施工期间的洞身稳定性。锚管采用直径为89 mm的无缝钢管，外径89 mm，壁厚6 mm，长6 m。施工结束后用M30水泥砂浆紧密充填，增强导管的刚度和强度。

3.3.3 高压旋喷桩加固隧道地基

右线出口20 m范围内的隧道仰拱下方地基进行高压旋喷桩加固。加固旋喷桩桩径50 cm，桩距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根长10 m，共计120根1 200 m。

图3 高压旋喷桩加固隧道地基

3.3.4 高压旋喷桩加固洞外地基

右线出口10 m范围内的洞外地基进行高压旋喷桩加固。加固旋喷桩桩径50 cm，桩距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根长10 m，共计60根600 m。

3.3.5 混凝土桩处理挡墙地基

拟修筑挡墙位置处设置混凝土桩处理挡墙地基。混凝土桩190根，每根长8.0 m，桩径0.5 m，梅花型布桩，桩距1.35 m，共长1 520 m。桩基施工完成后，在桩顶铺设50 cm砂砾垫层。

3.3.6 洞门墙后修筑背梁、翼墙

在洞门墙后修筑背梁、翼墙，增强洞门抗裂性能。背梁高200 cm，宽60 cm，总长22.80 m；翼墙1顶宽60 cm，高200 cm，厚60 cm；翼墙2顶宽60 cm，高330 cm，厚60 cm。

图4 洞门墙后修筑背梁

锚固钢筋梅花型布置，采用锚固剂锚固于洞门端墙、明洞上，施工需将锚固钢筋与洞门墙后背梁主筋焊接在一起。

3.3.7 隧道洞口修筑挡土墙

在隧道洞口修筑挡土墙，解决洞口偏压偏载问题，提高洞门与明洞的整体稳定性。挡墙顶部宽2.2 m，高11.5 m，挡墙基础埋深大于等于1.5 m，长度共计55.5 m。挡墙要求地基承载力不小于300 kPa。

3.3.8 电缆槽、边沟和路面进行修复

隧道内外加固旋喷桩施工完成后，半幅路面铣刨并重新铺筑AC-13改性沥青混凝土表面层、AC-20改性沥青混凝土中面层。对因施工而破坏的隧道内电缆槽、边沟进行修复。

3.4 监控量测方案设计

3.4.1 地表下沉量测

隧道洞口施工浅埋段，应加强地表沉降观测，严格控制地表下沉。

3.4.2 隧道洞内变形量测

通过洞内变形收敛量测来监控洞室稳定状态和评价隧道变形特征。该项属主要量测项目，包括净空收敛量测、拱顶下沉量测和边墙裂缝量测。每5 m设置一个监测断面，一个监测断面布设3个监测点，拱顶一处，拱腰两处。通过对量测数据的整理与回归分析，找出其内在的规律，确保施工及后续运营安全。

3.4.3 洞内、洞外路面下沉量测

隧道洞内、外路面应加强路面下沉观测，严格控制路面下沉。每5 m设置一个监测截面。一个监测截面布设3个监测点，左右侧路面边缘各一处，路面中心线一处。

3.5 交通组织措施方案设计

a）高速公路明洞病害处治设计中隧道处置时，采取交替分段分车道封闭不中断交通施工方案，须经过施工路段车辆合并至另一车道行驶，绕行相应施工路段后回到正常路段行驶；部分拆除、吊装过程需要短时间中断主线交通的宜进行集中安排、分区段实施。

b）各项工程的施工方案都要考虑到对主线交通的影响程度，在高速公路沿线采用门架式电子屏作施工提示；标志牌、指示灯、隔离墩、防撞筒等安全警示及诱导设施依照设计进行布置，有效分流，将影响程度减少到最小。

c）封闭路段需有交警、路政人员配合进行协调、组织和管理，建立交通事故快速处理应急方案，确保交通畅通。

4 结论与建议

本文根据黄土地区某高速公路隧道明洞下沉病害的具体情况，对病害成因进行了分析，在充分考虑技术可行性，运营安全性的前提下，总结提出了隧道明洞下沉病害处治方案设计的若干要点。

a）重视病害成因分析和隧道结构破坏情况，针对性地进行加固方案设计。

b）加强监控量测，通过对量测数据的整理与回归分析，找出其内在的规律，确保施工及后续运营安全。

c）合理设计交通组织措施，降低行车与施工的互相干扰，确保交通畅通，行车安全。