马道岭隧道病害处治

李宇翔

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

随着隧道服役年限的增长，各种病害逐渐出现，严重影响了交通的舒适性及安全性，以绥珠线G306马道岭隧道为研究对象，对隧道病害治理的设计及施工进行探讨，为以后的设计及施工提供参考。

1 隧道及现有病害简介

马道岭隧道位于建昌县境内，为单洞双向通行隧道，2006年竣工，全长为458m。建筑限界净宽10.5m，两侧各设0.25m的检修道，隧道建筑限界净高5.0m，纵坡为2.558%，衬砌材料为钢筋混凝土，断面形式为曲墙式三心圆拱，水泥混凝土路面，设计时速为40km/h。隧道山体构造简单，由风化燧石条带白云岩组成，地层为一单斜层。隧道主要穿过中风化带和微风化带。区内植被、水系均不发育。主要水源为大气降水，水位受大气降雨控制，地下水类型为基岩裂隙潜水。

近年来隧道出现不同程度的病害，需要进行整治。首先查阅隧道档案资料，获取隧道基本信息，对隧道进行全面的检测，识别隧道各种病害，经检测隧道土建结构总体技术状况评定为3类，隧道信息详见表1、表2。

表1 马道岭隧道基本信息表

本文只对该隧道的衬砌剥落、露筋、路面隆起等严重病害治理进行论证分析和处置，病害详见表3。

拱顶混凝土掉块露筋、剥落、路面隆起等病害如图1所示。

表2 围岩类别(级别)及支护参数表

表3 马道岭隧道病害汇总表

图1 拱顶混凝土掉块露筋、剥落、路面隆起

2 隧道检测结果及成因分析

2.1 隧道检测结果

(1)地质雷达检测结果如表4所示。

表4 马道岭隧道K62+069.0～K62+083.0

由雷达检测结果可知，病害区域衬砌拱顶实测厚度满足设计要求，拱腰实测厚度不满足设计要求。

(2)采用回弹法检测衬砌混凝土强度，检测位置为K62+069.3～K62+075.3衬砌板块、K62+075.3～K62+081.6衬砌板块，每个衬砌板块检测位置设置10个测区，测区布置在距离地面约1.5m处隧道右侧墙上，检测结果见表5。

表5 马道岭隧道K62+069.0～K62+081.6

由强度检测结果可知，病害区域衬砌板块强度满足设计要求。

(3)对路面隆起采用钻探方式进行探查，在K62+105(隆起)桩号左4.0m处钻孔，查探隆起段落仰拱底部地质状况，地质布孔图详见图2及表6。

图2 K62+105(隆起)左4.0m处地质钻孔示意图

根据地质钻孔情况可知，隆起段落仰拱底部存在0.57m的杂填土，为软弱地质。

表6 ZK14钻孔描述

2.2 病害成因分析

(1)拱顶混凝土掉块、露筋、剥落主要成因是二次衬砌施工质量较差、边墙厚度不足、仰拱混凝土较为破碎不满足承载需求，在围岩压力持续作用下，二次衬砌受力不均，致使拱顶出现开裂及掉块。

(2)隧道路面隆起主要原因是仰拱的施工质量较差，该段仰拱较为破碎，仰拱底部存在0.6m的杂填土，已失去其原有的承载力需求，无法形成结构的封闭圈，围岩压力作用导致路面隆起[1]。

3 隧道病害处治原则及措施

3.1 处治原则

以人为本，安全第一，重点整治、长期检测、阶段控制。根据病害特点有针对性地选择整治方案，重点段落重点整治。原则上不降低隧道原有技术标准，按照安全、经济、快速，合理的原则，通过技术、经济比选确定病害处治方案[2]。

处治设计应体现信息化设计和动态施工的思想，制订监控量测方案。采取相应措施减小处治施工对既有结构、排水设施、机电设施及附属设施的不良影响；处治措施应易于检测和监督，质量易于控制[3]。

(1)坚持维修改造标准的前瞻性原则

立足当前道路交通现状，考虑未来一定时期交通量日益增长的需求，结合所在道路等级改造规划，科学确定合理的隧道维修改造标准。

(2)坚持安全、经济、适用的原则

灵活确定衬砌结构形式，在确保安全的前提下，合理控制工程造价。灵活运用标准，从客观实际出发，使隧道在维修改造后满足适用性的基本要求。

(3)快速施工、控制影响的原则

为尽量减小隧道维修改造施工对车辆通行影响的时间和空间范围，设计方案应充分考虑施工效率。施工组织中应科学制定施工窗口和保通方案。

3.2 处治措施

(1)拱顶混凝土掉块露筋、剥落经综合分析，结果为：二次衬砌施工质量较差，边墙厚度不足，且仰拱混凝土较为破碎，已失去其原有的承载力需求，在长久的围岩压力作用下，二次衬砌受力不均，致使拱顶出现开裂及掉块[4]。

由于病害位置位于衬砌拱顶区域，本应仅对拱顶一定范围的衬砌采取换拱措施，但考虑到以下原因：

①本病害所处区域，衬砌均已重做仰拱，如果仅对拱顶一定范围的衬砌采取换拱措施，则会令衬砌全环增加四个铰点，不利于全环衬砌受力。

②边墙自身施工质量一般，如不更换，不利于全环衬砌受力。

③如局部换拱，接头质量难以控制，不利于全环衬砌受力。

采取对全环衬砌换拱措施，即拆除原有拱顶、拱腰及边墙的二次衬砌及初期支护后，重新施做。

(2)K62+059～K62+120段隧道隆起的病害主要原因为仰拱的施工质量较差，该段落仰拱较为破碎，仰拱底部存在0.6m的杂填土，已失去其原有的承载力需求，无法形成结构的封闭圈，围岩压力作用下，导致了路面隆起的现状。采用增设、更换仰拱方案进行处治，与拱、墙二衬形成闭环，有利于结构受力，如表7所示。

表7 马道岭隧道病害处治方案汇总表

4 隧道病害处治设计及施工控制

4.1 处治设计

(1)路面隆起段增设或更换仰拱方案(图3、图4)

①首先对路面隆起段K62+059～K62+120，破碎原混凝土路面。

②挖除K62+059～K62+120混凝土路面底部的杂填土及软弱土体至设计仰拱底标高，截断中央水沟，施工临时排水措施。

③对基础进行检验，如不达标进行注浆加固处理。

④地基加固完成后，按照设计要求的曲率增设仰拱，并重新施工排水系统。

⑤进行仰拱回填、重新铺筑路面。

图3 仰拱挖除现场图

图4 增设或更换仰拱方案图

(2)拱顶混凝土掉块、露筋换拱方案

本方案实施前，拱部及边墙衬砌的拆除及施工应在仰拱施工完毕并达到设计强度后进行，为确保衬砌拆除时，相邻衬砌结构的稳定，确保施工安全，在拱部及边墙衬砌拆除前架设临时钢拱架，如图5、图6所示。

图5 换拱方案设计图

图6 临时钢拱架防护现场图

①首先对拆除区域附近的K62+065.3～K62+K62+069.3、K62+081.6～K62+085.6的段落采用临时钢拱架防护，钢拱架间距0.8m，每段设置5榀临时钢拱架。

②对需要换拱K62+069.3～K62+081.6段的段落采用临时钢拱架防护，钢拱架间距0.4m。

③凿除既有初期支护及二次衬砌，按照宽度1.0m为一个凿除单元，每块板从中间向两边进行凿除。

④每个单元凿除后，立即进行初期支护施工。

⑤恢复防排水系统，二次衬砌施工。

4.2 施工控制

(1)本项目施工期间应封闭交通，应作好前期施工准备，包括人员、机械、建筑材料等应准备充足，并作好施工组织和统筹安排，尽量缩短工期[5]。

(2)施工单位应加强质量意识，精心组织，精心施工，保证施工质量。

(3)监理人员应加强施工监理，每个施工环节必须经监理工程师确认同意后才能进行下一工序的施工。

(4)隧道处治工程应严格按照《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)中的相关要求进行质量管理、监控和检验评定，保证隧道处治工程质量达到设计与规范要求。

(5)针对隧道衬砌凿除阶段可能产生的拱顶下沉、周边收敛的实测位移值及变化率对安全风险进行评估，确定施工状态。速率大于1mm/d时，衬砌处于急剧变形状态，应加强支护，速率变化在0.2～1mm/d时，应加强观测，做好加强支护准备，速率小于0.2mm/d时，衬砌处于基本稳定状态。

(6)当衬砌位移速率不断下降时，衬砌处于稳定状态； 当衬砌位移速率变化保持不变时，衬砌尚不稳定，应加强支护，当衬砌位移速率变化上升时，衬砌处于危险状态，必须立即停止施工。

(7)当围岩处于不稳定状态及危险状态时，应采用钢拱架对隧道拱顶及侧墙加强支护，并加强观测、停止施工，将现场情况汇总并及时上报。经参建各方研究分析后，制定安全可行的处置方案后再复工。

5 结论

(1)在日常运营养护过程中，对病害本着早发现、早治理的原则，重视隧道普检，避免病害扩大，影响隧道正常使用功能，造成治理成本上升。

(2)在制定处置方案前应对病害成因进行综合分析，必要时可采取多种手段进行辅助验证。

(3)施工过程中应充分重视动态监测，特别衬砌破除时应严格控制每次破除范围，避免发生整体垮塌，应做好进度、安全、效益的协调统一。

(4)本项目病害处置时临时钢拱架局部有较大变形，说明临时钢拱架受力较大，在破除既有结构过程中钢拱架对既有邻近结构的保护作用明显，所以尽量采用大尺寸型钢进行预支护。