盘龙坳隧道病害治理

许江坤 李先恒

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳 550001）

1 概述

2020 年5 月20 日凌晨5 点至8 点，因突降暴雨，S25 沿榕高速公路思剑段盘龙坳（1 号）隧道上行局部路面出现严重隆起、开裂病害，导致单洞交通中断，隧道路面病害部位距离出洞口60m，变形区段长度达40m，同时上行洞有多处衬砌渗水，局部呈喷射状。暴雨过后，出水逐渐消退。

2 工程概况

盘龙坳（1 号）隧道位于S25 沿榕高速公路思剑段，通车时间为2013 年11 月，为分幅式双洞单行双车道隧道，上行洞全长830 米，最大埋深92m。隧道进口段位于直线段，出口位于R=1100m 的圆曲线上。复合式衬砌，削竹式洞门，路面采用沥青混凝土；纵坡坡度1.768%，上行为单向上坡隧道。设计速度80km/h，单洞净宽10.5m。排水系统为φ40 混凝土中央排水管+环向排水系统。

隧道围岩主要为寒武系中上统娄山关群（ε2-3ls）白云岩、奥陶系桐梓组（O1t）白云质灰岩。岩层呈单斜产出，综合岩层产状为120°∠25°，隧道走向与岩层倾向基本一致。围岩级别为Ⅳ级、V 级。路面病害区段按S-Ⅴb 级支护，设置有50cm 厚钢筋混凝土仰拱。

场区地势相对较高，区内地表水系不发育，无稳定地表径流。

3 病害调查及成因分析

病害发生后，设计人员立即赶至现场进行踏勘，并对病害区段衬砌、路面进行了物探检测及路面钻探。

3.1 洞内病害调查

据现场值班人员介绍，暴雨发生在凌晨5 点至8 点钟，8 点左右发现路面出现病害后立即上报，随即对现场进行了现场交通管制。

根据现场调查及量测，上行YK211+537～YK211+580 段路面严重开裂、隆起，统计裂缝共7 处，纵向形成X 形裂缝，裂缝长6.74～13.28m，宽2～34mm，K211+554 处拱起量最大，约30cm（此时已明显回落）。由于路面隆起，连带该段两侧葫芦型边沟及电缆槽沟帮产生变形，右侧电缆槽外侧沟帮向电缆槽内倾斜，在隆起回落时电缆槽外侧沟帮一同回落导致电缆槽盖板掉落，现场实测电缆槽宽度为74cm（含沟帮厚度，按设计应为80cm）；左侧电缆槽因顶部铺设有混凝土覆盖层，表面因盖板移位造成混凝土覆盖层产生纵向拉裂缝。

暴雨期间水流携带细沙从路面及两侧喷涌而出，造成下游路面边沟局部淤堵，暴雨过后路面出水很快消减。

经咨询施工图设计及地勘人员，该段在隧道掘进过程中右侧边墙上部曾揭露到小型溶腔，采用回填处理。施工方因无法找到当时的现场技术人员而未能了解到具体详细情况，也未查询到相关的施工记录。

上行YK211+440～K211+637 段衬砌发现渗水共20 处。主要为施工缝渗水，局部出水最大时呈喷射状出水，水流喷射至对侧车道。隧道施工缝渗水此前已有发生，平时无水，遇雨水时不同程度出水，但均无此次严重。

各处渗水均为季节性渗水，判断场区地下水位位于隧道底板以下。

中央排水管出水端位于进洞口洞门外5m 处，设置有1 处检查井，设φ40cm 混凝土管横向排入路测边沟，该横向管与中央排水管呈90°直角连接。出口管水量大时呈满流喷射状出水；洞口处有10m 长路面板呈现反复隆起回落的变形现象，类似高水压力作用在之前曾多次出现（图1）。

图1 路面病害展布图

3.2 地表水文调查

上行K211+537～K211+580 段埋深24～28m，洼地与隧道病害段路面高差超过30m。洞顶为缓坡地形，整体自然坡度10～15°。地表局部基岩出露，为灰白、肉红色白云岩及灰白色白云质灰岩，薄至中厚层状，岩层倾向于出洞口方向。地表覆盖层主要为红粘土，表层局部有耕植土。洞顶发育冲沟，冲沟走向约100°，与节理10°∠75°走向一致，冲沟被X011 县道横切，上侧形成环形洼地，仅埋设一道直径30cm 混凝土涵管排水。上侧地表汇水集中于该处洼地，汇水面积达10 万平方米。暴雨时洼地内水流无法及时排出，形成积水塘，水流经常漫过县道，沿县道路面漫流。

据走访，该洼地内存在消水洞，因地表为耕地，消水洞洞口已被粘土填埋。周边也有多处小型消水洞，均被填埋，具体位置已无法考证。场区岩溶以竖向发育为主，该区段隧道围岩竖向连通管道发育。

据气象部门反馈，当日强降雨持续3 个多小时，降雨量超过200ml。

现场调查过程中在周边坡脚低洼地带未发现明显的地下水集中排泄点（图2）。

图2 地表平面图

3.3 洞内检测及勘探

为探明洞内病害成因及特征，采用地质雷达对衬砌及路面进行了探测，探测结果显示，衬砌厚度均达到了设计厚度；路面局部有托空现象。

为查明路面基底情况，沿病害区布设了10 个钻孔，具体布置见图3。

图3 洞内路面病害及治理措施展布示意图

其中K211+550、K211+555 两个断面共3 个钻孔（ZK3、ZK5、ZK6）揭露到路面板与仰拱之间存在托空现象，最大高度0.62m，超过路面最大隆起高度，部分填充物已被冲走；K211+555、K211+565 两个断面共4 个钻孔（ZK5、ZK6、ZK7、ZK8）揭露到隧道仰拱底部存在1.5～1.8m 厚碎石回填层，为原洞渣回填物，推测为施工期间超挖或溶腔回填产生。

揭开路面板后发现仰拱回填层也存在纵向裂缝。

3.4 病害成因及破坏机理分析

根据现场收集到的相关信息综合分析，洞内变形发生在强降雨期间。病害成因主要有三个方面：

3.4.1 场区竖向岩溶发育，地表排水不畅导致地表水沿节理及溶蚀裂隙、管道大量集中下渗：地表水汇集于洞顶洼地，因排水不畅，形成积水塘，大量地表水沿节理裂隙或溶蚀管道下渗，隧道围岩饱水，地下水补给大于排泄，水位急剧升高，形成短期高水头压力，导致衬砌局部施工缝喷射状出水。

3.4.2 同时地下水在隧道底板回填碎石层空隙内汇集，在隧道底板下形成高水压力，由于仰拱及拱顶回填层出现破损开裂，水压力直接作用于路面板，最终导致路面板被顶起，产生变形开裂，造成了上行洞K211+537～K211+580 段的路面开裂及电缆槽变形。水流携带的泥沙加剧了洞内排水系统的淤堵情况。

3.4.3 洞内排水能力不足，大量地下水灌入中央排水沟，由于隧道为上坡隧道，单向排水，管道排水距离达700m，中央排水管因日久淤积，排水能力降低，路面板下水压力无法及时消解，最终导致路面隆起破损；中央排水沟与出口端横管呈直角转弯，形成拥堵，形成短期高压力，导致上行洞进口处路面短暂隆起，水压消逝后自然回落现象。

4 治理思路和目标

消除洞内路面变形，减弱后期地下水影响，确保营运安全。

针对隧道渗漏水情况的特点，主要遵循“以排为主，以堵为辅，排堵结合”的原则；对路面变形病害，以找准病因为基础，一方面削弱致病因素，同时强化路面结构，增强自身抗变形能力。经综合考虑，制定了“洞外截流疏导，洞内疏排加固”的基本思路。

治理目标：消除隧道病害，避免病害重现；修复路面，尽快恢复隧道通行功能。

5 治理措施及效果

根据病害分析，治理工程包括洞外地表疏排和洞内排水系统疏通、衬砌渗水治理及路面病害治理。治理措施包括在洞顶增设截水沟引排地表水，避免地表积水；洞内疏通中央排水管，出口处截弯取直，改造出水口，增加排水能力；衬砌设切槽引排+排水钻孔；路面设注浆加固+更换路面板及排水边沟，恢复原有功能。

5.1 地表疏排措施

地表增设长约240m 的排水沟，曾设直径1m 管涵穿过X011 县道，引排洼地内汇水，避免积水。

5.2 洞内排水系统疏排改造

全面疏通中央排水管及边沟，中央排水管出口处截弯取直，由直角转弯改为135°弯角排水，同时出口管直径由40cm 增大至80cm，确保出口排水畅通。

5.3 衬砌渗漏水处治

主要采用切槽埋管引排的方式将衬砌渗水引入边沟，沿渗水裂缝切12cm 深、宽10～14cm 倒梯形槽，内置半剖PVC 管，将渗水裂缝完全包裹在内，固定后外侧用防水材料封闭。该方法为隧道渗水的常规处治方法，工艺成熟可靠。

同时渗水严重区段沿边墙脚上方0.5m 处增设一排φ75mm 仰斜式排水钻孔，间距2m，深1.5m，埋设透水软管，出口以软管引入边沟。钻孔位置避开隧道预埋管线（图4）。

图4 切槽埋管示意图

5.4 路面病害处治

对路面病害的处治，最初拟了两个方案，方案一为挖除损毁段路面及仰拱，清除洞底虚渣，用C15 混凝土换填后重做仰拱；该方案因工程量大、对隧道扰动大、风险高，施工周期长等因素而被否决。最终采用方案二，采用路面打孔注浆方式进行加固处治。具体流程如下，挖除路面板及破损边沟→清除表面虚渣后找平→钻孔注浆→重做边沟→重铺钢筋混凝土路面板→恢复路面层及标线。

治理要点如下：

（1）清除路面板后检查仰拱回填层破损情况，回填层破损松散的部分需清除，清理后用C15 混凝土填补找平；此阶段可将边沟修复完成。

（2）路面钻孔注浆，用浆液填补底部虚渣空隙，以及修复仰拱及回填层裂缝，最大限度隔绝地下水压力。注浆管间距1.2m×2.0m，采用φ42×3.5mm，长4.5m 钢花管注浆，顶端与路面板联接成整体。浆液采用1:1 纯水泥浆，注浆压力按0.2～0.8MPa 控制，注浆时从路面两边往中间逐排注浆，避免浆液向外侧过度扩散。注浆过程应灵活控制压力，避免相邻孔口喷浆，若注浆量严重超量，则采用掺细沙、速凝剂或间歇注浆等方式确保注浆饱满；注浆过程需避免损伤排水管道及浆液堵塞排水管，注浆后及时用水冲洗排水管道。

（3）注浆管高出找平地面10～15cm,端头焊接水平锚固钢筋（如图5），之后再铺设路面板钢筋网，使锚固钢筋位于路面板上下两层钢筋之间。以此将路面板与注浆管连成一体，在路面板再次承受底部水压力时，注浆管起到锚固抗拉作用，确保路面不因此而再次隆起变形。

图5 注浆管顶端连接示意图

（4）路面采用双层钢筋路面板，按原厚度恢复；路面层及标线依照原样恢复。

5.5 治理效果追踪与思考

该隧道治理施工完成后，各项治理措施基本达到设计预期，经历了2021 年雨季，期间经历多次暴雨，治理成果经受了检验。经养护部分反馈，目前隧道营运正常，之前的病害部位处治后未见有异常反应，治理效果良好。

本项目设计过程中，因无法进一步了解到当时隧道施工过程中的一些具体信息，比如施工过程中揭露的岩溶发育情况、处理措施，隧道底板下存在虚渣的原因是什么，是超挖导致还是溶腔回填的，其对致病机理分析都是非常重要的信息，这不得不说是本设计的一大遗憾。

在本设计中，因未发现有地下水的集中排泄口，因此未能从洞外地下水疏排的角度进行针对性设计，地下水疏排均是从洞内进行。因隧道高于稳定地下水位，在现有措施下，应能确保洞内治理区段路面不再产生变形。但排水系统会因钙质沉淀、泥沙淤积等作用而逐渐淤堵，需定期维护。在可溶岩地区，钙质沉淀现象非常突出，隧道原设计的暗埋排水管道随着时间推移，其排水能力衰减非常严重，这是公路隧道养护的死角和难题。另外，隧道病害的产生或多或少都会与一部分质量缺陷问题，施工期间的质量控制直接影响到后期的隧道营运。

6 结论

营运公路的病害治理不同于新建项目，特别是一些影响通行功能的病害，需要第一时间作出响应，快速设计、快速施工，尽量减少通行管制时间，降低社会不良影响。因此，公路病害的治理设计需要按照“快速、可靠、成熟、简单”的原则进行设计，以满足公路营运安全需求为核心，提供优质服务。

隧道工程属隐蔽工程，隧道的病害调查和治理需要收集、了解围岩地质情况、水文情况以及设计、施工掘进过程、施工工艺、材料、后期营运情况、养护维修历史等各方面资讯进行汇总分析，必要时还需要进行物探、钻探等手段进行检测、勘探。因此，隧道的病害治理工作往往需要多个专业共同配合完成，设计人员对工程地质、隧道设计、施工及养护等各方面都需要有丰富的知识储备和工程经验。