綜合監(jiān)測(cè)手段在營(yíng)運(yùn)高速公路隧道質(zhì)量評(píng)估中的應(yīng)用

章游斌，劉 浩,李 清

(廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路在近三十年來(lái)建成數(shù)量呈指數(shù)式增長(zhǎng)，與此同時(shí)公路隧道營(yíng)運(yùn)里程與日俱增。截止到2018年底，全國(guó)公路隧道增至17 738處，營(yíng)運(yùn)里程為1 723.61萬(wàn)m。然而隨著隧道營(yíng)運(yùn)時(shí)間的延長(zhǎng)，二襯出現(xiàn)了越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)性病害，如裂縫、破損、鼓裂和滲漏水等；此外二襯還存在著建設(shè)期遺留下的問(wèn)題，如脫空或空洞、不密實(shí)、二襯厚度不足和防水板切割二襯等。為了保障公路隧道的安全營(yíng)運(yùn)，在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中針對(duì)二襯病害集中發(fā)育區(qū)可優(yōu)選出幾種有效、合理的監(jiān)測(cè)方法，形成一套綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便及時(shí)掌握隧道斷面變形、二襯應(yīng)力應(yīng)變和裂縫寬度等情況，為提升高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)、營(yíng)運(yùn)隧道安全、延長(zhǎng)高速公路的使用壽命、發(fā)揮公路隧道的最大效益和促進(jìn)社會(huì)交通運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展，具有重大意義。

1 工程概況

CLD隧道左線LK124+510～+522區(qū)段，2012年定期檢查首次發(fā)現(xiàn)該模襯砌主車道邊墻和超車道邊墻均出現(xiàn)襯砌鼓裂、破損現(xiàn)象，2014年檢查又發(fā)現(xiàn)二襯原超車道襯砌部位有環(huán)向鋼筋向隧道內(nèi)側(cè)彎曲的現(xiàn)象(圖1)。針對(duì)該模襯砌病害，從2014年～2017年對(duì)該模襯砌進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并于2018年進(jìn)行了加固處治。

圖1 LK124+510～+522區(qū)段2015年襯砌病害

根據(jù)勘察設(shè)計(jì)資料，該區(qū)段圍巖由弱-微風(fēng)化砂巖組成，裂隙發(fā)育，巖石破碎，強(qiáng)度較高，節(jié)理裂隙發(fā)育帶，大部分存在破碎帶或物探異常帶，該區(qū)段無(wú)不良地質(zhì)。施工期TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)判定圍巖等級(jí)為V級(jí)，二襯采用V級(jí)圍巖加強(qiáng)型支護(hù)。

2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及實(shí)施

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)CLD隧道LK124+510～+522區(qū)段病害情況，本次監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括斷面變形監(jiān)測(cè)、二襯應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、襯砌裂縫寬度監(jiān)測(cè)等，具體見(jiàn)表1。

表1 LK124+510～+522區(qū)段2016年～2017年監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.2 監(jiān)測(cè)實(shí)施

2.2.1 斷面變形監(jiān)測(cè)

在只允許封閉半幅隧道的情況下，采用精密水準(zhǔn)儀和收斂?jī)x量測(cè)的方法受行車影響，無(wú)法實(shí)施。擬采用TS30全站儀進(jìn)行量測(cè)，其測(cè)角精度為0.5″，測(cè)距精度為1mm+0.6ppm。LK124+512、LK124+520斷面在隧道拱頂布置1個(gè)拱頂下沉點(diǎn)，在兩邊邊墻和拱部布置2對(duì)水平收斂點(diǎn)(每個(gè)斷面共5個(gè)測(cè)點(diǎn))；+516斷面在兩邊邊墻布置1對(duì)水平收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)。為保證觀測(cè)精度，每個(gè)測(cè)點(diǎn)采用永久放置的固定棱鏡。

由于隧道內(nèi)無(wú)法設(shè)置觀測(cè)墩，且水平收斂基線精度主要受測(cè)距及所張夾角測(cè)量精度的控制，故在安置儀器處地面埋設(shè)一個(gè)十字標(biāo)心，以使儀器每次架設(shè)在大致相同的位置。收斂線長(zhǎng)度采用全站儀對(duì)邊測(cè)量程序進(jìn)行測(cè)量，拱頂下沉采用全站儀三角高程測(cè)量方法，以全站儀對(duì)面邊墻上的收斂測(cè)點(diǎn)作為高程基點(diǎn)。通過(guò)測(cè)量得到各條收斂線長(zhǎng)及拱頂測(cè)點(diǎn)與基點(diǎn)的高差，將每期測(cè)量結(jié)果與第一次和前一次比較，算出斷面變化的累計(jì)位移和位移速率。

按全站儀標(biāo)稱精度及以往實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)邊測(cè)量及短視距三角高程測(cè)量可以通過(guò)重復(fù)多次測(cè)量并進(jìn)行異常數(shù)據(jù)篩選的方法提高觀測(cè)精度。按TS30全站儀標(biāo)稱精度進(jìn)行理論計(jì)算，誤差計(jì)算公式如下：

mh2=sin2α·ms2+s2·cos2α·mα

(1)

式中：mh為高程中誤差(對(duì)邊測(cè)量時(shí)為水平點(diǎn)位中誤差)；ms為測(cè)邊中誤差；mα為測(cè)角中誤差。

按全站儀標(biāo)稱水平角0.5″/豎直角1″/測(cè)邊1mm+0.6ppm，測(cè)量距離按10m，觀測(cè)角度平均按45°計(jì)算可得mh=0.7mm。理論上一次測(cè)量可滿足要求，但在實(shí)際測(cè)量中由于外界因素如氣象條件、行車等影響往往達(dá)不到理論精度，因此需加以重復(fù)測(cè)量并篩選取值來(lái)達(dá)到精度，采取測(cè)量4個(gè)測(cè)回。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 LK124+510～+512區(qū)段隧道拱頂下沉和收斂量測(cè)布點(diǎn)

2.2.2 二襯應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)是通過(guò)在襯砌表面安裝砼應(yīng)變計(jì)，定期測(cè)試、分析其應(yīng)變?cè)隽看笮。扑愠鰬?yīng)力大小的增量，以此判斷結(jié)構(gòu)物受力性狀。

CLD隧道左線LK124+510～+522區(qū)段洞身襯砌鼓裂位于邊墻處，因此本次在+512.0、+516.4、+520.0 主車道邊墻和+512.0、+515.8、+520.0超車道邊墻各安裝1個(gè)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)，共計(jì)6個(gè)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)。

2.2.3 襯砌裂縫寬度監(jiān)測(cè)

CLD隧道左線LK124+510～+522區(qū)段洞身襯砌鼓裂位于邊墻處，因此本次在+514.6、+517.2主車道邊墻和+520.6、+521.5超車道邊墻襯砌鼓裂的位置各安裝1個(gè)測(cè)縫計(jì)，共計(jì)4個(gè)測(cè)縫計(jì)。

本次“斷面變形監(jiān)控量測(cè)”、“二襯應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)”、“襯砌裂縫監(jiān)測(cè)”3個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率為1次/2月。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及病害現(xiàn)狀

3.1 斷面變形監(jiān)控量測(cè)結(jié)果

根據(jù)2014年5月～2018年11月的27次監(jiān)測(cè)結(jié)果，如圖3、圖4和圖5所示，計(jì)算53個(gè)月的變形速度(累計(jì)變形量/時(shí)間)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷，LK124+510～+522區(qū)段二襯斷面基本穩(wěn)定,存在輕微的波動(dòng)變形，但斷面變形沒(méi)有呈單一收斂趨勢(shì)或單一擴(kuò)張趨勢(shì)。

圖3 LK124+512斷面“拱頂下沉、周邊收斂變形”趨勢(shì)(2014年5月～2018年11月)

圖4 LK124+520斷面“拱頂下沉、周邊收斂變形”趨勢(shì)(2014年5月～2018年11月)

圖5 LK124+516斷面“周邊收斂變形”趨勢(shì)(2016年7月～2018年11月)

3.2 二襯應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)2016年10月～2017年11月的7次監(jiān)測(cè)結(jié)果，2016年10月～2017年5月期間LK124+510～+522區(qū)段二襯存在應(yīng)力應(yīng)變變化，2017年7月～2017年11月期間應(yīng)力應(yīng)變值基本穩(wěn)定，如圖6所示。

圖6 LK124+510～+512區(qū)段“應(yīng)力變化”趨勢(shì)(2016年11月～2017年11月)

3.3 襯砌裂縫(鼓裂)監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)2016年10月～2017年11月的7次監(jiān)測(cè)結(jié)果，LK124+510～+522區(qū)段二襯超車道邊墻鼓裂處有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，主車道邊墻鼓裂處有輕微發(fā)展趨勢(shì)，如圖7所示。

圖7 LK124+510～+512區(qū)段“裂縫寬度監(jiān)測(cè)”趨勢(shì)(2016年11月～2017年11月)

4 病害原因分析

根據(jù)該區(qū)段2014年專項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果可知，二襯厚度、回彈強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，且未發(fā)現(xiàn)襯砌不密實(shí)、脫空、空洞等病害。據(jù)施工期揭露資料，該區(qū)段地質(zhì)情況較差，施工期初期支護(hù)曾出現(xiàn)嚴(yán)重變形，推測(cè)該區(qū)段襯砌鼓裂、破損是由圍巖應(yīng)力作用所造成。

根據(jù)2016年10月～2018年11月的“斷面變形監(jiān)控量測(cè)”結(jié)果(第15期～第21期)，CLD隧道LK124+510～+522區(qū)段斷面基本穩(wěn)定、存在輕微的波動(dòng)變形(斷面變形沒(méi)有呈單一收斂趨勢(shì)或單一擴(kuò)張趨勢(shì))；2016年10月～2017年5月期間二襯存在應(yīng)力應(yīng)變變化(2017年7月～2017年11月期間應(yīng)力應(yīng)變值基本穩(wěn)定)；“襯砌裂縫(鼓裂)監(jiān)測(cè)”反映出超車道邊墻鼓裂處有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，主車道邊墻鼓裂處有輕微發(fā)展的趨勢(shì)。

5 結(jié)論

綜合本次3項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容結(jié)果，推斷該模襯砌在圍巖應(yīng)力作用下，襯砌結(jié)構(gòu)病害存在進(jìn)一步發(fā)展的可能性和一定程度的安全隱患。

建議：(1)對(duì)該模襯砌進(jìn)行相應(yīng)的加固處治；(2)加大對(duì)該區(qū)段的日常檢查頻率，重點(diǎn)關(guān)注襯砌鼓裂處修補(bǔ)處理后是否繼續(xù)開(kāi)裂，并檢查該區(qū)段路面、兩側(cè)檢修道、兩側(cè)排水溝、內(nèi)裝層是否有異?，F(xiàn)象，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)的處治措施。