某黃土公路隧道病害分析及治理方案之得失

周金龍

【摘 要】通過對(duì)甘肅某隧道運(yùn)營期間的病害進(jìn)行觀察分析，其病害特點(diǎn)是襯砌裂縫發(fā)展范圍廣、襯砌侵限嚴(yán)重、邊溝電纜溝變異及路面拱起開裂、襯砌滲漏水嚴(yán)重等。結(jié)合祁家大山隧道病害段的設(shè)計(jì)資料及最新檢測(cè)結(jié)果，分析了病害發(fā)生情況下襯砌結(jié)構(gòu)的安全性，探討了該隧道病害發(fā)生的原因，設(shè)計(jì)單位提出了重新完善隧道排水系統(tǒng)+二次刻槽嵌入鋼格柵的套襯加固+置換仰拱的綜合處治技術(shù)方案圖紙，施工中對(duì)此設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究后我本人得出一些淺薄的見解，希望為今后類似條件下公路隧道病害的治理提供幫助。

【關(guān)鍵詞】公路隧道 病害分析 治理方案 之得失

1 隧道概況

（1）某隧道位于G***線K****+335～K****+195處，全長860m。隧道縱坡由東向西縱坡為1.57%，原隧道建筑限界寬：0.75+0.75+2×3.75+0.75+0.75=10.5m，凈高5m。襯砌斷面根據(jù)圍巖級(jí)別及襯砌受力狀況由三心圓組成，按等截面設(shè)計(jì)，其內(nèi)徑拱頂部分為r1=5.33m；與中心線交角45°處改為r2=5.54m，拱頂處凈高6.89m；仰拱部分為r3=20m；經(jīng)加固后隧道滿足現(xiàn)行規(guī)范要求二級(jí)公路設(shè)計(jì)行車速度40km/h凈空要求，加固后隧道建筑限界寬：0.75+0.5+2×3.5+0.5+0.75=9.5m，凈高為5m。

（2）隧道工程地質(zhì)條件：1）隧道穿過的地層為：為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土和新近系甘肅群粉砂質(zhì)泥巖，兩者呈不整合接觸，黃土地貌具有承襲性，黃土堆積與下伏新近系甘肅群古地形起伏一致。地層巖性如下：①新近系甘肅群粉砂質(zhì)泥巖：淺棕色，泥質(zhì)—粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理不明顯，泥巖膠結(jié)，巖性軟弱，抗風(fēng)化能力差，遇水易軟化。地層巖體軟硬不均，泥巖頂部約1米厚的巖層含水量達(dá)17～22%，呈強(qiáng)風(fēng)化狀，之下泥巖含水量12～17%。②第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（Q3eol）該層覆蓋厚度約30～40m，為均質(zhì)粉土。結(jié)構(gòu)松散多孔隙，無層理，垂直節(jié)理發(fā)育。含白色碳酸鹽粉末呈星點(diǎn)或菌絲狀分布，偶含鈣質(zhì)結(jié)核，為Ⅲ～Ⅳ級(jí)自重濕陷性黃土。該層下部有一層厚4.7～7.0m的淺棕色雜質(zhì)土，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，呈軟塑狀態(tài)，含水量較大為 18.4%～29.3%。2）水文地質(zhì)根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，泥巖中局部存在裂隙水，開挖后臨空面有少量滲水與滴水。

（3）隧道圍巖級(jí)別與襯砌結(jié)構(gòu)K1897+335～420、K1898+020～195屬Ⅴ級(jí)圍巖，K1897+420～K1898+020屬Ⅳ級(jí)圍巖。黃土段路面下設(shè)置厚度35cm的仰拱，采用25號(hào)混凝土；泥巖段未設(shè)置仰拱，路面下設(shè)置厚度35cm的封底層，采用15號(hào)混凝土。全隧道二次襯砌厚度均為35cm，采用25號(hào)混凝土。

2 病害原因分析

根據(jù)《某隧道專項(xiàng)檢測(cè)報(bào)告》（YT15001S）和隧道地質(zhì)鉆探取芯試驗(yàn)結(jié)果可知，其主要病害為隧道排水系統(tǒng)的失效、隧道結(jié)構(gòu)的滲漏水和不均勻沉降造成襯砌開裂和路面變形開裂。產(chǎn)生的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）地表水原因：隧道處在降水量稍大的區(qū)域，有地表水下滲補(bǔ)給地下水的條件。洞頂山體植被茂密，雨季時(shí)地表水易下滲，使隧道圍巖含水量進(jìn)一步增加。

（2）地下水原因：隧道滲漏水受季節(jié)性變化影響較大，隧道圍巖與地下水聯(lián)系緊密，圍巖。

（3）圍巖原因：隧道通過的地層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土和新近系粉砂質(zhì)泥巖；泥巖的天然含水量20%，地下水含量豐富。泥巖成巖作用差、巖性較軟弱、強(qiáng)度機(jī)變形模量較低，開挖暴露后易受環(huán)境影響，具有遇水膨脹及軟化的特點(diǎn)，遇水膨脹后圍巖的天然孔隙度發(fā)生顯著改變，其力作用在結(jié)構(gòu)上，造成應(yīng)力重分布，圍巖側(cè)壓力增大，導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)較多縱向開裂，襯砌結(jié)構(gòu)收斂變形異常；由于地基遇水軟化，造成襯砌不均勻下沉并產(chǎn)生豎向開裂。

（4）滲水原因：襯砌施工縫受凍融循環(huán)破壞影響，施工縫周圍混凝土受腐蝕劣化而強(qiáng)度有所降低。

（5）設(shè)計(jì)原因：泥巖段未設(shè)置仰拱，路面下設(shè)置厚度35cm的封底層，采用C15號(hào)混凝土，未與襯砌形成科學(xué)的封閉的受力結(jié)構(gòu)有較大影響；襯砌侵限嚴(yán)重、邊溝電纜溝變異及路面拱起開裂、襯砌滲漏水嚴(yán)重主要集中在本段內(nèi)。

3 各種病害的設(shè)計(jì)處治方案與個(gè)人拙見

3.1 襯砌加固

（1）套襯加固：本次加固設(shè)計(jì)在原有襯砌混凝土內(nèi)側(cè)設(shè)置C30鋼筋混凝土套襯，對(duì)原路面、人行道及電纜溝進(jìn)行整體拆除，拆除路面下C15號(hào)混凝土封底層和仰拱混凝土，澆筑60cm厚鋼筋混凝土仰拱，新澆筑的仰拱結(jié)構(gòu)與平均40cm厚C30鋼筋混凝土套襯連接成環(huán)，與原有襯砌組合形成兩 次模筑結(jié)構(gòu)共同承載。凈空未侵限和侵限小于10cm的斷面，套襯內(nèi)設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)；凈空侵限 界于10～20cm的斷面，套襯內(nèi)設(shè)單層鋼筋網(wǎng)和H175型鋼拱架，拱架間距1m；凈空侵限大于20cm的斷面，套襯內(nèi)設(shè)單層鋼筋網(wǎng)和H175型鋼拱架，拱架間距75cm。為保證隧道底拆除時(shí)上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，先采用φ50（或φ89）導(dǎo)管在兩側(cè)拱腳部位進(jìn)行注漿鎖腳，然后全斷面拆除部分原有邊墻和電纜槽混凝土。拆除原有混凝土及澆筑小邊墻混凝土采用跳槽式，每個(gè)施工段落控制在2m，確保安全。兩點(diǎn)不同見解：①凈空侵限大于20cm的斷面，φ89導(dǎo)管施工工藝，設(shè)計(jì)要求是φ89錨管內(nèi)設(shè)置φ18 鋼筋骨架，灌注C30小石子混凝土。我認(rèn)為其一：φ89導(dǎo)管施工在鉆孔時(shí)孔徑為φ100，導(dǎo)管和圍巖之間存在縫隙；其二：既有襯砌沉降后和圍巖存在滑動(dòng)面或者也是間隙，為了滿足緊固圍巖和防止開挖過程中既有襯砌進(jìn)一步沉降過大的目的，因此我認(rèn)為必須使用注漿為主，灌注C30小石子混凝土為輔的思路施工。此條建議被采用。②設(shè)計(jì)要求拆除原有混凝土及澆筑小邊墻混凝土采用跳槽式，每個(gè)施工段落控制在2m，確保安全。我認(rèn)為必須保證安全，但是施工中如何確保安全要具體、要有數(shù)據(jù)作為支撐，因此我建議根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)決定開挖進(jìn)尺，施工中發(fā)現(xiàn)開挖進(jìn)尺在3-5米內(nèi)沉降量可控，可以保證安全。原設(shè)計(jì)過于保守且沒有數(shù)據(jù)參考，不利于加快施工進(jìn)度和降低成本。此條已被監(jiān)理和業(yè)主同意采用。

（2）裂縫修補(bǔ)：采用低壓注環(huán)氧樹脂漿法對(duì)大于0.2mm的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。不同見解：設(shè)計(jì)中襯砌已經(jīng)采用了做套襯和完整排水系統(tǒng)的措施，那么沒有滲水和滲水量不大的微裂縫，修補(bǔ)和不修補(bǔ)之間的差別并不大，只要滲水量不大，不足以形成明水的都可以忽略不計(jì)；滲水量較大，拱頂襯砌較破碎的K1897+630～K1897+790段在采用注水泥漿后滲水幾乎無法看見，因此我認(rèn)為在采取了做套襯和完整排水措施的前提下不應(yīng)做過多的裂縫修補(bǔ)，作用和投入不匹配；裂縫修補(bǔ)措施應(yīng)針對(duì)隧道不做套襯和完整排水措施的小維修保養(yǎng)工程。個(gè)人見解未被采用。

（3）襯砌后空洞注漿回填：空洞注漿回填設(shè)計(jì)用于對(duì)隧道襯砌后空洞進(jìn)行打孔引水后采用水泥漿注漿回填。個(gè)人見解和設(shè)計(jì)思路相同。

（4）復(fù)合防水層：施工縫處理完后，在新作套襯與原襯砌之間設(shè)置一層復(fù)合防水層，要求在鋪掛防水層前處 理好原襯砌滲漏水，不得有明水。個(gè)人見解和設(shè)計(jì)思路相同。

（5）止水條、止水帶：原襯砌施工縫及沉降縫有少量滲水的，可采用填塞遇水膨脹止水條處理。內(nèi)側(cè)套襯變形縫在襯砌結(jié)構(gòu)形式變化處及暗洞段按縱向60m間距設(shè)置，另在隧道進(jìn)、出口段連續(xù)設(shè)置三道。內(nèi)側(cè)套襯變形縫全環(huán)布設(shè)，縫寬2cm。由于隧道地下水發(fā)育，施工縫及沉降縫處均設(shè)置帶排水孔的背貼式橡膠止水帶，施工縫處亦全環(huán)布設(shè)，以達(dá)到防水可靠的效果。不同見解：設(shè)計(jì)文件要求施工縫及沉降縫處均設(shè)置帶排水孔的背貼式橡膠止水帶，施工縫處亦全環(huán)布設(shè)。止水帶是按照10米一道設(shè)置給定工程數(shù)量，設(shè)計(jì)單位不同意按照3道/10米施工縫給止水帶數(shù)量，不能起到可靠防水的目的。此條建議為被采用。

（6）中心排水溝：由于原縱向排水溝堵塞失效，本次加固設(shè)計(jì)將原混凝土路面、15號(hào)片石混凝土回填及混凝土仰拱或15號(hào)封底混凝土拆除，增設(shè)仰拱底部中心排水溝，通過設(shè)置橫向排水管將匯集到縱向排水管的地下水和通過切槽引排匯集的施工縫及裂縫位置處的滲漏水引入中心排水溝排出隧道。個(gè)人見解和設(shè)計(jì)思路相同。

3.2 防排水系統(tǒng)

洞內(nèi)。切槽引排：為防止隧道外路面水進(jìn)入隧道內(nèi)，在隧道出口路面截水溝，攔截出口路面積水引流至隧道洞外兩側(cè)的邊溝中，匯入到附近涵洞排至自然溝谷。不同見解：其一，適應(yīng)條件不正確。切槽引排更適于小維修工程，不應(yīng)在新做防水板和套襯的隧道中采用，可以通過后注漿解決既有襯砌滲水問題，而且工序更簡便、成本更低。此條建議采用后，將原設(shè)計(jì)的 切槽引排5237米減少為442米。

3.3 路面

全隧道拆除45cm厚水泥混凝土路面（原有20cm+1998年加鋪25cm）后，拆除路面下C15號(hào)混凝土封底層和仰拱混凝土，增設(shè)仰拱底部中心排水溝，澆筑仰拱后回填C15混凝土，再澆筑26cm厚水泥混凝土路面板，然后再施做9cm厚瀝青混凝土路面層。個(gè)人見解和設(shè)計(jì)思路相同。

4 結(jié)語

總之，黃土隧道施工中水是最關(guān)鍵的一個(gè)因素。做好防排水措施，才能確保施工質(zhì)量和安全；做好防排水系統(tǒng)，才是保證隧道運(yùn)營的關(guān)鍵。我希望在今后的施工中，能夠帶給他人少許的幫助，這就是我奉獻(xiàn)本文最大的快樂。

參考文獻(xiàn)：

[1]公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTJ F60-2009）.