某隧道病害分析及處治建議

韋世貴

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西　南寧　530029)

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某隧道病害分析及處治建議

韋世貴

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧530029)

文章結(jié)合某隧道工程實(shí)例，分析了該隧道存在的病害情況與成因，并提出了相應(yīng)的病害處治建議，為類似隧道病害的處治提供參考。

隧道；邊墻；電欖溝；病害；處治

0　引言

1　隧道病害路段地層巖性

隧道圍巖以中風(fēng)化泥巖、砂巖為主，局部為石英砂巖、砂質(zhì)灰?guī)r、頁巖及含炭質(zhì)泥巖，多種巖性呈互層狀分布，或者在泥巖中穿插條帶狀其它類型的巖層，巖體總體上較完整，局部節(jié)理、褶皺發(fā)育，軟質(zhì)巖與硬質(zhì)巖的物理力學(xué)性質(zhì)差異大，泥巖等軟質(zhì)巖浸水易軟化，暴露后易風(fēng)化。隧道病害路段路面以下地層自上而下有：

(1)路面結(jié)構(gòu)層(Qme)：碎石混凝土，碎石成分為灰?guī)r，各組分膠結(jié)良好，厚度為50～65 cm。

(2)超挖回填的素填土(Qme)：碎石，灰黑色，稍密～中密狀，成分為中風(fēng)化泥巖碎石，粒徑2～10 cm不等，級(jí)配不良，來源于隧道開挖廢渣。

(3)稍破碎的中風(fēng)化泥巖(C1)：灰黑色，含少量炭質(zhì)，污手，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟，受隧道開挖時(shí)爆破的影響，巖體較破碎，厚度為0.5～0.9 m。

(4)較完整的中風(fēng)化泥巖(C1)：灰黑色，含少量炭質(zhì)，污手，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟，敲擊聲啞，巖體較完整，局部裂隙稍發(fā)育，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rc=7.9～10.5 MPa，屬軟巖，遇水易軟化。

2　隧道病害路段地質(zhì)構(gòu)造

該隧道所在區(qū)域褶皺很發(fā)育，“M”“V”“U”字形皺曲在人工邊坡上到處可見，軸向多為東西向，與隧道洞向(186°)近乎垂直；巖層總體傾向NNE，代表性產(chǎn)狀為5°∠30°，走向與洞向也近乎垂直；區(qū)內(nèi)發(fā)育兩組優(yōu)勢(shì)節(jié)理，產(chǎn)狀分別為160°∠56°和75°∠73°，前者走向與洞向大角度(64°)相交，傾向與巖層相反，易產(chǎn)生倒“V”形楔形體，不利于洞室拱部穩(wěn)定，后者走向與洞向小角度(21°)相交，傾角大，對(duì)洞室側(cè)壁穩(wěn)定較為不利。隧道右洞在平面上處于隧道所穿越山體的北麓。

3　隧道病害現(xiàn)況

隧道右洞病害的外在表現(xiàn)主要為路面和邊墻開裂，部分路面隆起、面板斷裂。路面病害相對(duì)集中于K1708+100～K1708+160路段，表現(xiàn)為路面開裂、隆起、斷板，裂縫多為不規(guī)則張性裂縫，縱橫方向均有發(fā)育，寬度0.5～5 mm不等，K1708+100～K1708+120段路中線附近略顯隆起，其中，右行車道K1708+103.6～K1708+107.8段和K1708+112～K1708+118段已采用瀝青路面更換原混凝土面板；邊墻病害較嚴(yán)重的路段主要有左邊墻K1708+068～K1708+174和右邊墻K1708+085～K1708+153段，裂縫主要集中在隧道邊墻檢修道以上0.8～1.8 m高度范圍，以水平分布為主，寬度0.1～5 mm不等，瓷磚裂縫背后混凝土墻面多呈碎裂狀；另外，電纜溝外墻也出現(xiàn)開裂病害，主要集中于K1708+057～K1708+182路段左側(cè)電纜溝，表現(xiàn)為豎向開裂和上下錯(cuò)位，豎向裂縫間隔幾米至幾十米，寬度0.1～5 mm不等，K1708+114～K1708+151.5路段左側(cè)電纜溝外墻發(fā)育一條水平長(zhǎng)裂縫，長(zhǎng)度達(dá)37.5 m，裂縫上下有錯(cuò)位現(xiàn)象，上方墻面向路中心方向錯(cuò)動(dòng)，最大位移可達(dá)3 cm。

4　隧道病害成因分析

(1)該段隧道穿越地層巖性為中風(fēng)化泥巖，呈薄～中厚層狀構(gòu)造，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rc=7.9～10.5 MPa，屬軟巖，遇水易軟化，且隧道埋深較大(100 m左右)，基底巖層承載力低，隧道襯砌承擔(dān)的圍巖壓力較大，從而造成基底沉降不均勻，使混凝土底板內(nèi)產(chǎn)生過大拉應(yīng)力而發(fā)生開裂。

2) 2.4 m上層平臺(tái)焊接組件最大Von Mises應(yīng)力值均位于第一層平臺(tái)與導(dǎo)軌連接的焊接件與平臺(tái)組件的焊接位置，但是焊接材料的強(qiáng)度一般比6061-T6的強(qiáng)度高，且僅有此處Von Mises應(yīng)力值超過240 MPa，其余各處均小于6061-T6的屈服強(qiáng)度，因此可認(rèn)為各平臺(tái)焊接組件滿足施工設(shè)計(jì)要求。

(2)該段隧道圍巖為泥巖，屬軟質(zhì)巖石，具有強(qiáng)度低、遇水易軟化的特點(diǎn)，按有關(guān)規(guī)范的要求，隧道圍巖較差地段應(yīng)設(shè)仰拱，該隧道病害路段邊墻底以下為軟質(zhì)巖石，而未設(shè)仰拱，對(duì)軟巖地層Ⅳ級(jí)偏弱圍巖襯砌未設(shè)置仰拱，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)形式欠妥，由于隧道圍巖無法承載其作用于襯砌上的自重壓力，從而造成隧道產(chǎn)生縱向或橫向裂縫。

(3)隧道基底存在超挖回填，且采用不合格的棄渣回填，沒有按有關(guān)規(guī)范回填或壓注漿工作，即回填壓實(shí)質(zhì)量欠佳，不密實(shí)或存在空洞，使得襯砌拱腳的水平約束達(dá)不到原設(shè)計(jì)水平(原設(shè)計(jì)路床為以中風(fēng)化泥巖為主的Ⅳ級(jí)圍巖)。

(4)隧道邊墻基底存在超挖回填或未清理的廢渣，在圍巖壓力或圍巖自重壓力的作用下，造成隧道邊墻承載力不足，導(dǎo)致側(cè)墻襯砌出現(xiàn)不均勻沉降，從而導(dǎo)致邊墻開裂。

(5)局部存在排水系統(tǒng)堵塞，圍巖裂隙水不能及時(shí)排除、積聚，導(dǎo)致隧道基地軟化膨脹，承載力不足，引起病害。

(6)局部路面結(jié)構(gòu)層厚度不達(dá)標(biāo)，也會(huì)導(dǎo)致路面強(qiáng)度下降，從而加劇路面破壞。

5　病害處治建議

根據(jù)病害調(diào)查，K1708+068～K1708+160段為病害強(qiáng)發(fā)育區(qū)，K1707+900～K1708+068段和K1708+160～K1708+280段為病害弱發(fā)育區(qū)。建議設(shè)計(jì)根據(jù)病害的發(fā)育程度，通過結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，做出合理的處治設(shè)計(jì)。根據(jù)隧道病害情況及對(duì)病害原因進(jìn)行分析，隧道底部、邊墻基礎(chǔ)為病害處治的關(guān)鍵，需要對(duì)隧道底部基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固，采取有效措施抑制襯砌拱腳繼續(xù)向洞內(nèi)位移，并修復(fù)已損壞的隧道路面及邊墻等。

(1)導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)路基

在隧道病害治理中，注漿作為加固圍巖的一種手段，可提高圍巖的承載力及修補(bǔ)襯砌混凝土結(jié)構(gòu)裂縫達(dá)到加固和阻水的雙重目的，從而阻止襯砌結(jié)構(gòu)繼續(xù)變形或破壞。導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)路基的方法是在隧道兩側(cè)墻腳向下設(shè)置6 m長(zhǎng)φ108×6mm注漿鎖腳鋼管樁，待施工完畢后，對(duì)隧道路面板進(jìn)行破除，然后向下梅花形設(shè)置6m長(zhǎng)φ89×6mm注漿鋼管樁，縱向、橫向設(shè)置間距1m，地基加固完成后再做檢修道、路面，待隧底加固完成后，對(duì)隧道側(cè)墻襯砌裂縫用環(huán)氧膠液進(jìn)行灌注，對(duì)隧道邊墻部位粘貼一定高度鋼板進(jìn)行襯砌加固。

(2)襯砌增加仰拱

襯砌增加仰拱是在隧道兩側(cè)墻腳向下設(shè)置6m長(zhǎng)φ108×6mm注漿鎖腳鋼管樁，開挖30cm路面后，間隔2m左右開槽用Ⅰ20a工字鋼架與隧道邊墻和鋼管樁連接，防止大面積開挖后可能造成變形破壞的增加，然后開挖隧底至隧道仰拱設(shè)計(jì)標(biāo)高，采用Ⅰ20a工字鋼架與隧道邊墻和鋼管樁連接后，及時(shí)澆筑仰拱混凝土，仰拱與排水系統(tǒng)施工完成后，施做仰拱回填、檢修道、路面，鋼拱架和鋼管樁縱向設(shè)置間距1m，待增設(shè)仰拱施工完成后，對(duì)隧道側(cè)墻襯砌裂縫用環(huán)氧膠液進(jìn)行灌注，對(duì)隧道邊墻部位粘貼一定高度鋼板進(jìn)行襯砌加固。

(3)滲漏水處治

隧道基底存在超挖回填或未清理的廢渣、受隧道開挖時(shí)爆破影響的基巖層及隧道裂縫，是產(chǎn)生滲漏水的根源，由于超挖回填或未清理的廢渣，沒有按規(guī)范認(rèn)真做好回填或壓注漿工作，圍巖之間留有較大范圍的空隙，形成積水空間，使隧道出現(xiàn)滲漏水。隧道處治已不可能采用內(nèi)層防水，最切實(shí)可行的治理原則是排堵結(jié)合，對(duì)隧道基底及隧道縱向裂縫滲水、漏水以堵為主，采取注漿封堵；對(duì)邊墻滲水、排水溝則以排水為主。

(4)面板更換修復(fù)

路面開裂、隆起、斷板、嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)的面板，大大降低了行車舒適及行車安全，可以采用面板更換處理，面板修補(bǔ)常用的方法有：壓注灌漿法、擴(kuò)縫灌漿法、直接灌漿法和條帶罩面法、全深度補(bǔ)塊法等，宜根據(jù)面板具體損壞情況擇優(yōu)選用。

6　結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高速公路也處于高速發(fā)展階段，修建的隧道及地下工程也越來越多，由于隧道工程的特殊性，受自然、工程地質(zhì)條件、科學(xué)技術(shù)水平等方面的影響較大，對(duì)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及養(yǎng)護(hù)帶來了許多難題和挑戰(zhàn)，已建及在建隧道的病害也越來越多，有些已影響到車輛的正常行使，甚至危及行車安全，隧道病害整治問題越來越引起人們的重視。本文通過對(duì)某隧道病害工程的處治實(shí)例，對(duì)山嶺公路隧道病害整治方法與措施獲得了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，并以此為相似工程提供參考、借鑒。

[1]JTGD70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTGD40-2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]楊新安，黃宏偉.隧道病害與防治[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.

[5]金海.關(guān)于隧道襯砌產(chǎn)生裂縫的原因及防治[J].西部探礦工程，2005(10)：104-106.

Disease Analysis and Treatment Recommendations of A Tunnel

WEI Shi-gui

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

In combination with engineering example of a tunnel，this article analyzed the disease situation of this tunnel as well as their causes，and proposed the corresponding disease treatment suggestions，thereby providing the reference for the disease treatment of similar tunnel.

Tunnel；Sidewall；Cable trench；Disease；Treatment

U457+.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.020

1673-4874(2016)05-0075-03

2016-04-19

韋世貴(1979—)，工程師，研究方向：工程地質(zhì)勘察。