某高速公路隧道专项病害检测与加固处治分析

于婷婷

（内蒙古综合交通科学研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010）

0 引言

我国已建成公路隧道大多具有穿越地质条件复杂多变，结构形式多样，技术难度大的特点。目前，我国公路隧道通车里程已突破17000km，随着既有公路隧道运营时间的增长，隧道病害逐渐增多，影响正常使用，隧道维修加固问题日益突出，运营管理单位责任重大。在隧道使用期间对其结构进行维修加固，防止隧道病害发展，提高原结构性能指标，可保证隧道结构具有良好的运营条件和使用功能，延长其使用寿命。对隧道结构进行维修加固，比新建隧道少很多的费用，还能延长隧道的使用期限，具有较高的社会效益与经济效益。本文结合某高速公路隧道，对隧道病害进行专项检测与加固处治分析。

1 工程概况

某高速公路隧道为双向四车道小净距隧道，双洞全长5890m，其中左洞长2946m，右洞长2944m，设计时速为80km/h。隧道平面线型为曲线，路面纵坡为人字坡，左线纵坡和右线纵坡坡度均在0.3%～1.8%。

在高速公路隧道中，三门峡端洞门形式均为削竹式，淅川端洞门形式为端墙式。

隧道洞身均为V级围岩，采用新奥法原理设计、施工。隧道防排水设计采用“以排为主，堵排结合”的设计原则，洞身满铺EVA防水板无纺土工布，厚度1.2mm，同时隧道衬砌均采用防水混凝土浇筑，其抗渗等级为S6。隧道环向铺设半圆管将水引入边墙两侧，双壁打纵向波纹管，然后通过横向排水管将水引入隧道右侧检修道下排水边沟排出洞外。路面雨水、冲洗水、消防水通过路缘通缝式排水沟排出洞外，与洞外的排水沟、截水沟形成完整的排水系统。对该隧道进行定期检查，根据隧道定检所发现的病害现状，按现行《公路隧道养护技术规范》判定该隧道为四类隧道，需要对该隧道进行抢险加固[1]。

2 存在的主要病害

（1）该隧道小桩号端右洞洞口边仰坡防护破损；淅川端右洞洞顶未回填，导致洞顶排水沟功能失效。小桩号端右洞洞口边仰坡防护破损，大桩号端右洞洞顶未回填，洞顶地表水无法流入洞顶排水沟，致使排水沟功能失效（见图1所示）。

图1 右洞洞顶排水沟功能失效

（2）隧道衬砌存在较多纵、环、斜向裂缝，渗水情况严重；表面存在施工时固定风带遗留的钢筋及铁丝未拆除，衬砌表面还存在平整度不足、蜂窝麻面、表面污渍、露筋等病害[1]。

①隧道衬砌裂缝（见图2所示）较多，左洞共有裂缝75 条，裂缝总长为340.5m，其中纵、斜向结构性裂缝40条，单条裂缝最长为12m，最宽为1.5mm；右洞共有裂缝69条，裂缝总长为359m，其中纵、斜向结构性裂缝35条，单条裂缝最长为15m，最宽为8.4mm。

图2 隧道衬砌裂缝

②隧道左洞存在32处渗漏水现象（见图3所示），右洞存在8处渗漏水现象，主要以点状、干渍渗水为主，在左洞1470～1500m、2920～2936m段比较集中。

图3 隧道衬砌渗漏水

③衬砌表面存在平整度不足、蜂窝麻面、表面污渍、露筋等病害。

（3）隧道洞内路面总体状况较差，施工时散落到路面上的混凝土凸起斑块较多，左洞17处，右洞2处，影响行车安全；路面还存在多处坑槽、横向裂缝、脏污等病害。

①路面上存在多处施工时散落到路面上的混凝土凸起斑块，左洞17处，右洞2处，影响行车安全。

②左洞路面存在8 处坑槽，右洞路面存在2 处坑槽、3 处横向裂缝等病害。

（4）隧道检修道盖板缺失、破损、移位严重；部分预留洞室处检修道内侧壁未修砌，致使盖板无法铺砌。

（5）隧道排水系统不畅，排水边沟破损、堵塞严重；洞内纵向管检查井内多处有杂物淤积、积水。

①排水边沟破损、堵塞严重。

②排水系统不畅导致积水，洞内纵向管检查井内多处有杂物淤积、积水。

（6）隧道相关交通标志、标线不全。主要为隧道信息标志、消防设备指示标志等缺失，且标线在洞口向外延伸长度不足。

3 专项病害检测

为彻底查明病害原因，了解隧道结构的内部情况，对该隧道病害较严重段落进行了专项检查，分析隧道结构稳定性和掌握隧道健康状况，为维修加固提供技术资料。

3.1 主要检测内容

检测内容主要包括对衬砌厚度及内部缺陷、衬砌混凝土强度、隧道净空断面、典型结构性裂缝开裂深度等进行检测。

3.1.1 衬砌厚度及内部缺陷

利用雷达对衬砌厚度及内部空洞、脱空、不密实等进行缺陷检测。本次崤山隧道衬砌缺陷检测工作，采用地质雷达对衬砌病害集中段落沿隧道纵向布置左边墙、左拱腰、拱顶、右拱腰、右边墙5 条测线，具体检测段落见表1。

表1 隧道地质雷达检测段落

3.1.2 隧道衬砌强度

采用超声-回弹法掌握衬砌混凝土强度情况，排除隧道衬砌混凝土碳化对测定强度的影响，并结合衬砌厚度、衬砌背后空洞、病害情况等资料，综合分析各段衬砌结构的受力状态[2]。本次隧道衬砌强度检测工作共抽检12处，其中左洞6处，右洞6处。

3.1.3 隧道净空断面检测

采用激光断面仪检测衬砌轮廓，并与原设计内轮廓进行对比，掌握隧道内轮廓变形量，并且为后续的隧道加固处治设计提供技术资料。本次对该隧道定期检测中病害集中及代表性部位进行净空断面检测，共抽检5处，其中左洞抽检2处、右洞抽检3处。

3.1.4 典型结构性裂缝开裂深度检测

通过对该隧道定期检测中衬砌结构上开裂宽度较宽、长度较长的纵向或斜向典型结构性裂缝进行裂缝深度检测，判断裂缝的开裂状况及对衬砌结构的影响。

3.2 检测结果

3.2.1 衬砌混凝土厚度及内部缺陷

检测显示该隧道局部段落衬砌厚度不足，衬砌背后均存在空洞、脱空、回填不密实等缺陷。

该隧道右洞发现衬砌背后空洞、脱空、不密实区共计20处，总计42.5m；右洞距小桩号端洞口640～670m、690～730m、790～810m、960～1040m等段落衬砌厚度不足情况较明显，最小衬砌厚度为25cm，具体情况见表2所示。

表2 隧道右洞衬砌缺陷

3.2.2 衬砌混凝土强度检测

对该隧道衬砌混凝土强度抽检12处，其中左洞6处，合格4处，不合格2处；右洞6处，合格6处；最小值位于左洞距淅川端洞口1480m处，强度为17.3MPa。

3.2.3 净空断面检测

通过对该隧道净空断面检测，结果表明隧道最大线性超挖0.133m，隧道内轮廓基本正常，无侵入建筑限界现象。

3.2.4 典型结构性裂缝开裂深度的检测

该隧道现场已对开裂较大及长度较长的裂缝使用水泥浆进行了抹面处理，故无法对裂缝深度进行检测。

4 病害处治原则和处治范围

4.1 处治总体原则

（1）针对边仰坡的不同病害情况，选择针对性的处治措施，保证边仰坡稳定；

（2）衬砌渗漏水处治按“宜疏不宜堵”原则进行，通过治理基本达到“不渗不漏”的效果[3]；

（3）衬砌加固尽可能在保持原结构完整性的基础上进行结构补强；

（4）施工材料、工艺与施工条件紧密结合，可操作性强；

（5）处治工程中的安全措施、劳动保护必须符合有关安全施工技术规定。

4.2 处治范围

（1）洞口病害处治：对隧道明洞洞顶、洞顶边坡病害进行处治；（2）渗漏水处治：对隧道衬砌及洞门墙渗水病害进行处治；（3）衬砌裂缝补强：对隧道衬砌裂缝病害进行处治；（4）衬砌加固：对隧道衬砌厚度不足、结构性裂缝发育段落进行处治；（5）防排水病害处治：对隧道电缆槽、排水边沟缺失、破损进行处治；（6）路面病害处治：对隧道路面坑槽、裂缝病害进行处治；（7）交通标志标线缺损处治：对隧道交通标志标线缺损病害进行处治。

5 处治方案

5.1 洞口病害处治

5.1.1 处治方案

（1）对隧道两端洞顶回填不密实进行处治。

通过开挖100cm深回填层，用小型机械进行洞顶表层夯实后，再进行回填50cm厚碎石土和50cm厚黏土隔水层，最后进行地表植草。具体工序如下：

①挖除洞顶30cm厚杂土及洞顶截排水沟并弃运，不再进行利用；

②继续开挖70cm 厚洞顶回填土，后期回填时再次利用；

③用小型机械对开挖底部基础进行夯实，表层土压实度不低于92%；

④进行50cm厚碎石土回填，回填时应分层回填并夯实，每层回填厚度不大于25cm，且回填时压实度不低于92%；

⑤用黏土隔水层进行回填，回填厚度50cm，且应分层回填并夯实，每层回填厚度不大于25cm，回填压实度不低于92%；

⑥开挖回填应分段进行，开挖土方在衬砌上方堆放高度不应超过1m；

⑦洞顶回填层进行植草防护[3]。

（2）隧道洞顶两侧边坡在雨季受到冲刷，导致坡脚截水沟淤积，采取坡面植草防护。

（3）对隧道洞顶截水沟淤积堵塞、破损，采取人工清淤疏通并对破损段落拆除重建；对隧道洞顶小路通过洞顶截水沟的情况采用在其上铺设盖板的方法进行处治。

5.1.2 质量控制

洞口防排水系统修复质量应符合以下要求：

（1）洞顶排水沟、截水沟排水顺畅，无淤积堵塞；

（2）洞口附近和浅埋地段洞顶地表平整，不积水；

（3）坑洼、钻孔、探坑等应回填黏性土，并分层夯实。

5.2 渗漏水处治

5.2.1 处治思路

（1）应根据水文地质条件、渗漏水程度，遵循防排截堵、因地制宜、综合治理的原则确定渗漏水处治方案。

（2）当渗漏水严重且排水对环境影响较大时，宜先进行围岩注浆堵水，再进行结构渗漏处治。

（3）大面积渗漏水一般采用综合处治的办法。渗漏水状态为滴漏时，宜采用导水法处治。渗漏水状态为涌流、喷射时，宜在降低水位后，采用导水法处治。衬砌表面宜采取喷射法、涂层法等进行处理。

（4）经过本次隧道渗水处治，应保证隧道衬砌表面不渗水，治理方案的实施不得恶化现有围岩条件和加速病害发展，治理方案的实施尽可能减少对交通的干扰。

5.2.2 处治方案

（1）洞内排水、防渗处理：对于局部突涌水段，拆除原二次衬砌，预留排水暗槽，修复防排水体系，新建钢筋混凝土二次衬砌，在新建衬砌和原衬砌间设置两道带注浆管遇水膨胀止水条。暗槽宽50cm、深30cm，在暗槽中间位置垂直岩面钻孔，两侧与岩面呈45°钻孔，孔深5m，环向间距1m。

（2）渗漏水较严重段：在二次衬砌混凝土中开槽，槽深25cm，宽15cm，在槽内向围岩钻引水孔，孔径为100mm，钻透二次衬砌及初期支护泄压排水，将直径110PV管预埋于槽中，用快速水泥基胶泥基填充槽身，并在其干燥后用高黏结力高弹性专用伸缩缝防水材料特种聚氨酯和丙烯酸涂刷表面3～4遍，防止震动开裂和加强防水效果，最后恢复防水涂料及颜色。

在检修道上约70cm高度处钻泄水孔（见图4所示），泄水孔孔深5m，孔径110mm，泄水孔间距为2.5m 或5m（渗漏水较严重段落孔间距为2.5m），通过边墙衬砌开槽埋管将地下水引至边沟排出。

图4 泄水孔的布置

（3）拱脚增设泄水管：由于该隧道渗水情况较严重且排水系统功能不完善，在凿槽埋管排水方法的基础上，对该隧道左洞1475～1490m、2920～2940m 和右洞925～945m段及左、右洞行车道侧边墙，采用在边墙底部钻Φ 100泄水孔排水，通过不锈钢花管将水导入排水暗沟中，通过排水暗沟将水排出洞外[4]，见图5所示。

图5 拱脚钻孔减压降低水位（单位：cm）

（4）衬砌表面涂刷防水材料：隧道在施工缝凿槽埋管排水、行车道侧衬砌沿隧道全长设泄水孔的基础上，对衬砌全断面先进行基面处理，再涂刷两层厚1～2mm水泥基高效防水涂料进行封闭。

（5）洞门墙渗水处治：对于洞门墙渗水，在洞门墙上沿主要渗漏水位置凿14m×10cm的竖向倒梯形槽，凿槽埋管长度应向未渗水缝隙上方延伸不小于10cm，向下与新增Φ200PVC连接；渗水段槽中心设置Φ45引水孔，其内插入Φ40PVC排水管，排水管末端50cm用土工布包裹；在槽中心用2mm厚铝合金管卡固定Φ100半圆排水管，并将半圆管与增设的外部纵向PVC管用Φ100圆管连通。洞门墙面上竖向凿槽埋管间距不宜小于3m，洞门墙面上严禁横向凿槽埋管，其余横向渗水缝隙周边涂抹水泥基高效防水剂。

6 结束语

本文以某公路隧道典型病害为例，通过对隧道专项检测内容、检测结果以及相关病害原因进行深度分析，制定针对相关病害的加固措施。同时对病害处治的总体原则、病害处置范围、处治设计的工艺及注意事项进行了分析研究。为隧道的专项检测和加固提供了较好的思路和参考。总之，针对隧道病害，应建立预防为主、早期发现、及时维修、对症下药的养护管理机制，建立一套成熟、有效和先进的整治模式是非常有必要的。