高速公路建设项目隧道病害处治技术应用

何朝顺，杨 飞，赵华雨

（云南交投集团云岭建设有限公司，云南昆明 650300）

0 引言

高速公路隧道的建设受到设计构思因素、工程施工因素、地质环境因素、人为因素等的影响，易产生质量缺陷。部分病害会严重影响隧道的正常运行，还会危害到广大群众的人身安全。而利用有效的科学检测手段进行隧道病害检测，在检测与分析的基础上，根据病害的严重程度、病害类别等，综合比较多个处治方案后确定安全、合理的专项处置方案。

1 云南省宝华1 号隧道的特点

南涧—景东高速公路是云南省高速公路网中的重要项目，因其建设规模较大，建设条件相对复杂，施工难度等问题影响，导致工程项目工期较为紧张。其中宝华1 号隧道是项目建设攻关中的难点之一。宝华1 号隧道总长2580m，隧道通过段为强风化岩体、泥砂岩等软岩，由于区域断裂构造的作用，隧道工程建设中出现了岩体极破碎、软岩大变形、岩性接触带等问题。隧洞施工也出现了大量的突泥、涌水等地质灾害问题，部分路段的仰拱、二衬出现了凸起、裂缝、地面出现局部裂缝等，这给隧道施工增加了很大的难度。项目建设在施工和设计上，都是按照国际上通行的“新奥法”原理，以矿井施工为辅的方法来进行施工。在隧道施工准备阶段，根据云南的工程地质和地貌条件，采用工程类比、理论分析、围岩施工动态反馈等先进的方法，并不断采用新技术、新材料、新工艺，使地质超前检测方案更加完善、技术水平更加高超。即做到了在国内同类产品中处于佼佼者的地位，还为以后的标准制定工作积累了一定的经验。在此基础上，建设时按照不同的救援级别、不同的车辆，在不同路段上分别配置相应的装备和分段进行救援，提高了机电设备的针对性，便于救援，同时针对云南不同地区的实际情况，制定了相应的控制和管理模式。

2 高速路隧道病状类别和形成原因剖析

2.1 衬砌腐蚀

我国诸多区域的高速路隧道土壤层里都富含大量的腐蚀物质，部分隧道衬砌后面还可能潜藏大量的地下水系，该类地下水会顺着隧道初期支护的洞孔、仰拱下方、衬砌变形缝等位置渐渐渗流到衬砌构造的里侧，对衬砌水泥混凝土砖缝和砌石形成化学性能或是物理特性的沉积作用，造成高速路隧道衬砌质量缺陷。

2.2 衬砌裂损

高速公路隧道工程的衬砌裂损主要包含仰拱变形、拱脚不均匀沉降、衬砌裂缝、衬砌浸蚀破坏、衬砌开裂及其衬砌形变等。依据高速公路隧道工程衬砌裂开的通向，可以分成径向裂纹、环向裂纹和竖向裂纹，隧道工程在施工中出现初期支护侧墙和拱部的径向裂纹和竖向裂纹，极易造成高速公路隧道工程掉块、构造形变乃至产生坍落，造成生产安全事故[1]。

2.3 水患

2.3.1 涌水和渗水

渗漏容易造成混凝土衬砌产生脱落和腐蚀，进而破坏衬砌构造，而且会使围岩变软，围岩承载力变弱，从而造成初期支护承载力加大，形成衬砌变形[2]。也有一些高速公路隧道工程的地面水中富含许多浸蚀成分，会腐蚀构造物，造成隧道混凝土路面产生腐蚀侵害。不仅如此，高速公路隧道工程涌水和渗水不仅会影响机电工程操作系统的正常使用，还会腐蚀照明灯具，严重影响高速公路隧道工程的正常通行，大大降低机械设备的工作效率和使用年限。

2.3.2 衬砌积水

隧道工程中的地面水渐渐向隧道渗流汇聚，伴随着水压的扩大，会出现拱脚不均匀沉降和衬砌破裂，隧道工程围岩构造泥化或变软现象，在云南省部分高寒地域非常容易构成围岩冻胀和冰胀，伴随着时间的变化，隧道工程衬砌附近的地面水离析土壤层，造成衬砌变形。导致隧道工程水患的原因在于隧道工程施工环节破坏了原山体长期形成的平衡状态，扩大了地面水聚集的范围；一些建设单位在施工前，没有依据高速公路隧道工程的设计规定，全方位掌握施工工地的地质构造状况，对衬砌周围地面水的水体、走向和水流量勘测不仔细；另外，在施工过程中管理不到位，部分单位使用的防水材料不符合要求，也会导致隧道衬砌渗水情况。

3 云南省高速公路隧道病害处治技术

3.1 对侵蚀问题的处理

由于隧道施工的衬砌内部钢筋结构部分会出现被锈蚀的情况，所以要加强对内部钢结构材料的防锈措施。首先，对隧道施工具体位置开展勘测，掌握水文条件和地质环境状态，确保搜集梳理的信息全面且准确，有参考意义。衬砌易受地表水的腐蚀，所以要对地表水的有效成分开展检验，假如地表水的腐蚀刺激性较大，就需要建立有效的安全防范措施[3]。除此之外，隧道施工处如有易锈蚀的成分，也会对衬砌造成腐蚀。为防范以上情况，首先，提升水泥混凝土的压实度使其能够更好地衬砌，可在水泥混凝土中掺加适宜的原材料，提升水泥混凝土的抗压强度和抗腐蚀性能，也可直接选取抗腐蚀性优良的水泥混凝土。其次，提升外排水设备，提前排放地表水，防止对衬砌构成腐蚀。最后，提升衬砌的防水实际效果，保证原材料的防水性能指标优良，保证原材料并不会与地表水发生化学变化。

3.2 衬砌裂纹地基处理施工技术

要依据衬砌的裂纹状态有效应用相对应的地基处理施工技术，如此就可以达到事半功倍的效果。假如衬砌的裂纹较小，并不是特别严重且没有渗漏问题，选用水泥砂浆开展修复；或是凿开相应的槽，再擦抹适度的环氧树脂砂浆。假如衬砌的损坏程度较大，有可能会造成顶端坍塌，就需要再次开展修复工作。要有效处治隧道施工的衬砌，选用悬吊的形式保证安全施工，再运用静态式的爆破施工工艺，拆卸剩下的水泥混凝土；为了更好地防止出现坍塌事故，要采用相应的支撑对策，确保施工安全。当全部的混凝土拆除结束后要再次砌筑，并保证水泥混凝土的黏度更高，可以将新水泥混凝土和旧水泥混凝土结合。假如衬砌的裂纹较为严重，但拱圈却没有遭受过大危害，就可以利用网喷水泥混凝土处置裂纹问题。高速公路在投入运作的环节前，要加强隧道仰拱渗水及裂缝检测工作，存在质量缺陷的仰拱及时切缝注浆、防排水及补强处理，混凝土路面施工时严格按照设计方案施工，从而保证隧道施工仰拱的牢固性，延长隧道施工的使用寿命[4]。

3.3 围岩注浆

真正开展隧道工程施工前，必须利用打孔保障后续灌浆工作任务可以顺利开展。除此之外，也能在开展隧道工程施工后，选用超前的围岩打孔的方法实现灌浆使用。首先，开展围岩灌浆时，要确定灌浆的材质，保障材质的质量达标，科学合理开展材质配比，挑选透水性优良的材质作为浆体。其次，明确灌浆的基本参数和灌浆工艺技术。再次，严谨保障浆体的硬度和黏性。最后，为符合理想化的灌浆成效，减少工程施工费用，要科学合理开展打孔，确立孔的具体位置。因为灌浆技术应用要涉及众多环节，与公路隧道的划分状况息息相关，要结合工程项目的真实情况对灌浆孔的具体位置开展调整[5]。

3.4 构造抽换技术应用

要及时对隧道的边坡开展处置，在原先的工程项目根基之上避开衬砌以免导致毁坏。构造抽换技术应用主要是对隧道采取相应的措施，使其避开隧道产生塌陷，维持其构造的牢固性与安全性能。常见的材质是钢架结构，因为钢架结构本身十分牢固，硬度大，所以，钢架结构是一种常见的应用方法。且除去钢架结构以外，还要对被毁坏的位置开展拆卸，重新建设，合理有效避开原先问题，并对技术应用开展改善。但是，这类方法费用比较高，工程施工时间较长，需要结合实际状况慎重使用。

4 工程项目实例

4.1 工程概况

南涧—景东高速公路约长106.7km；宝华1 号隧道起止桩号：K29+975—K32+555，总长2580m；隧道以80km/h 为标准，主干路的建设以高速公路的标准为建设目标。

4.2 工程施工概况

进口端：工程于2017 年2 月正式开工，进口处的右侧现在已经全线贯通（仍然存在有280m 的路段需要进行治理），左侧处向前掘进约1025m。

出口端：工程于2017 年6 月正式开工，出口处的右侧现在已经全线贯通（仍然存在有280m 的路段需要进行治理），左侧处向前掘进约1470m。

剩余：右侧总体计算后剩余约0m（仍然存在有280m 的路段需要进行治理），左侧总体计算后剩余约20m（没有存在需要治理的路段）。

4.3 地质状况

长虫街弧形压性破裂（F62）：处在新街断裂带东北侧，并与之平行展布（F62、F63 断裂带相距约3km）。长56km，为压性逆断裂带，断面向南或南西倾斜。

新街弧形压性破裂（F63）：测区总长94km，沿断裂带岩层压挤粉碎较甚，褶曲揉皱剧烈，地层被截断或倒转，老地层逆推于不同的地层之上，并有飞来峰构造，属压性破裂，为向弧外倾斜的逆断裂带。

4.4 监测结果

运用边坡有关的监测信息可看出，在边坡裂开处的水平区域改变特别大，并且地基沉降产生特别大的状况是在长时间的连续降水过程中，对隧道工程开展的监测结果得知，没有因为长时间连续的降水而导致特别大的改变。于9 月29 日在国道的里侧添加了6 个监测点，从监测的结果上也并没有比较突出的改变。从剖析的结果可看出，边坡表层的缝隙比较突出，水平位移和地基沉降特别非常明显，从而可以知道公路边坡有下溜的趋向，且接近隧道越近，边坡水平位移和下沉便会越大，如此隧道偏压就显得特别严峻，并大幅度加剧了隧道前期初期支护的负担。因为构成边坡地质构造绝大多数是含角砾、黏土质角砾及碎渣石土低液限黏土，此次边坡裂开根本原因是连续不断降水，从而损害了高速公路隧道自身的构造，导致隧道坡体变得越来越松弛，从而导致坡体抗压强度随着时间不断地减少，使边坡形变裂开的问题变得尤为突出。

5 处理措施

5.1 临时性应急措施

为取得更进一步的拓展，首先要选用喷射混凝土封闭式掌子面并留出泄水孔，对坍塌后方直接施做槽钢内撑开展锁口，锁口段开展洞内切向注浆加固。洞外塌穴周围直接做截水沟，尽早对塌穴进行封闭，另外建议采用防水板或者防水土工布来开展临时性遮掩，避免降水渗入土壤层，而导致再一次的损坏。

5.2 裂开处理

5.2.1 地表结构加固

因为裂开处地表地基沉降非常明显，围岩松动，为保障工地施工安全，隧道开挖前开展注浆加固，浆体选用1:1 水泥浆体。

5.2.2 坡面结构加固

宝华1 号隧道出入口暗挖段改明挖后，沟槽开挖表明坡体地质构造以素填土、粉质黏土、卵石土壤层为主导，沙土水分含量比较大、坡体自稳固的能力较差。受强降雨气候及坡体外公路边坡渗漏干扰时，坡体非常容易产生裂开和坍方状况，为保障工地施工安全，对坡体选用防水板或者防水土工布遮盖临时性的防水渗入，坡顶保障截水沟通畅，并对坡面采用水泥砂浆开展封闭式。为了保证施工的安全性和稳定性，采用了插入式无缝钢管和浇注水泥护脚。

5.2.3 换拱挖开

原有的方案是采用了超前的设计方案。现调节为双层注浆小导管，添加切向灌浆构成结构加固圈，切向灌浆里承接临时性结构加固段。采用双层墙体导向式开挖，逐级进行置换。

5.2.4 地表水封堵

因为宝华1 号隧道出入口段左侧地表水充实，水位线也较高，隧道接近铁路线路基工程，为避免地表水长时间超量从隧道排出引发铁路线路基工程地基沉降，另外缓解接临的宝华1 号隧道运营过程中泵房的抽水量，采用限排标准对偏压较低侧开展止水带注浆加固，灌浆止水带能基本隔断隧道结构和周围水力通道，保证隧道结构和终末运行的安全、可靠。

5.2.5 钢管桩加固

因宝华1 号隧道出口处已施工段暗洞前期已整个受损，将坍塌部位由暗挖隧道更改成明挖隧道工程施工，为保障明挖作业环节中坡体平稳，对坡体选用设定钢管桩并注浆加固。在作业环节中应特别注意：无缝钢管放置结束后必须立刻灌浆，在孔内灌水砂浆，浆体按方案设计砂浆配合比开展调节。另外钢管桩宜5m 按段作业，钢管桩作业结束后，应即作业桩顶连接桩承台，桩顶连接桩承台选用C30 钢筋混凝土当场混凝土浇筑，且整个置入平台面下面，桩头混凝土构造底端不可悬在空中，确保其具有相应的承载能力。

6 结语

在今后的隧道建设中，对病害成因的研究会越来越多，及时分析病害，在公路设计、施工和养护中，特别是在设计中采取有效措施。明确施工技术规范，严格控制施工过程，认真处理小问题，是预防和控制高速公路隧道病害最经济的途径。此外，要加大养护资金的投入，使养护资金充足，以便及时治疗隧道病害。要严防车辆超载问题，加强管理。只有这样，才能减少高速公路病害的发生，确保高速公路的安全、耐久和快速使用。