黃土地區(qū)公路隧道明洞下沉病害處治設(shè)計(jì)

竇斌強(qiáng)

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

隨著我國(guó)交通建設(shè)的飛速發(fā)展，有大量高速公路隧道進(jìn)入運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，然而由于隧道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中或存在的施工質(zhì)量不過關(guān)、監(jiān)管不到位或養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等問題，致使隧道在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)不同程度的病害，給人們的出行埋下安全隱患。其中，由于黃土地區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，受到降雨等因素的影響，導(dǎo)致隧道產(chǎn)生明洞及洞門出現(xiàn)下沉變形，進(jìn)而隧道洞身出現(xiàn)裂縫，洞門出現(xiàn)斷裂等病害。由于運(yùn)營(yíng)隧道明洞下沉病害處治難度大，方法單一等因素的限制，國(guó)內(nèi)沒有形成較為有效的處治手段與方法，導(dǎo)致多數(shù)隧道明洞下沉病害出現(xiàn)反復(fù)處治的現(xiàn)象，在埋下安全隱患的同時(shí)浪費(fèi)國(guó)家資源財(cái)產(chǎn)[1]。

1 高速公路隧道明洞下沉病害分析

造成黃土地區(qū)隧道明洞出現(xiàn)下沉病害的原因多為明洞地基承載力不足和隧道洞口出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象[2]。

a）黃土地區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，一是部分黃土自身土質(zhì)較疏松，存在一定的濕陷性；二是黃土地區(qū)存在梁峁區(qū)，地形起伏大，深切沖溝發(fā)育，易被沖刷，且伴有黃土陷穴與落水洞。當(dāng)出現(xiàn)降雨時(shí)，由于上述原因會(huì)導(dǎo)致明洞地基局部承載力下降，明洞出現(xiàn)不均勻沉降，出現(xiàn)明洞下沉，拉裂以及錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

b）當(dāng)隧道洞口存在偏壓偏載情況時(shí)，明洞會(huì)長(zhǎng)期處于不均勻的受力狀態(tài)，誘發(fā)明洞產(chǎn)生不均勻沉降、拉裂以及錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。同時(shí)明洞下沉病害多伴隨著路基破壞、洞門開裂沉降以及洞身失穩(wěn)甚至隧道邊仰坡失穩(wěn)等情況。

2 黃土地區(qū)公路隧道明洞下沉病害處治設(shè)計(jì)要點(diǎn)

a）組織人員調(diào)查病害現(xiàn)場(chǎng)，查閱原有設(shè)計(jì)資料、施工資料、養(yǎng)護(hù)資料，確定隧道病害產(chǎn)生的原因。

b）確定病害處治方案 （a）改善優(yōu)化隧道洞口段落排水情況，降低和排水雨水對(duì)地基基礎(chǔ)的影響。（b）病害段落明洞暗洞拱腳加固，保障施工期間洞身的穩(wěn)定性。（c）對(duì)隧道病害段落的地基進(jìn)行加固，增加隧道地基承載能力。（d）門墻后修筑背梁、翼墻加固洞門，修復(fù)加固洞門，并提高洞門強(qiáng)度。（e）隧道洞口修筑擋土墻，提高洞門與明洞的整體穩(wěn)定性。（f）修復(fù)電纜槽、邊溝和路面。

c）監(jiān)控量測(cè)方案設(shè)計(jì) 地表下沉量測(cè)，隧道洞內(nèi)變形量測(cè)，洞內(nèi)、洞外路面變形量測(cè)。

d）交通組織設(shè)計(jì) 交替分段分車道封閉不中斷交通施工方案，合理放置輔助指示標(biāo)志，誘導(dǎo)車輛安全通過。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 工程概況

某高速公路隧道設(shè)計(jì)速度80 km/h，建筑限界為10.25 m×5.0 m，隧址區(qū)位于黃土丘陵區(qū)，地表形態(tài)表現(xiàn)為黃土梁峁?fàn)睿淼来┰降狞S土梁峁呈近東西向，兩側(cè)為黃土沖溝，谷坡陡立，植被稀疏，以灌木為主。通車運(yùn)營(yíng)期間內(nèi)，某隧道右線明洞出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致明洞出現(xiàn)拉裂、錯(cuò)臺(tái)、隧道洞門開裂沉降、邊仰坡出現(xiàn)裂縫等病害。

3.2 病害原因調(diào)查

經(jīng)過查閱原有設(shè)計(jì)資料、地質(zhì)勘查資料、施工資料與養(yǎng)護(hù)資料，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，明確該隧道明洞下沉病害主要為兩個(gè)原因，一是洞口地基土較為濕軟，承載明顯不足，導(dǎo)致明洞與頂門出現(xiàn)不均勻沉降，出現(xiàn)裂縫；二是隧道洞口偏壓偏載導(dǎo)致隧道明洞和暗洞發(fā)生向前的位移，進(jìn)而形成張裂縫。

圖1 洞門沉降引起的明洞錯(cuò)臺(tái)

圖2 偏壓引起的洞口護(hù)坡開裂

3.3 病害處治方案設(shè)計(jì)

3.3.1 完善截排水設(shè)施

隧道洞門墻后截水溝、洞頂截水天溝、急流槽進(jìn)行修復(fù)完善，對(duì)隧道出口右側(cè)天然溝內(nèi)的截水溝、落水洞、沖溝進(jìn)行排除處治，落水井進(jìn)行灰土回填壓實(shí)，沖溝進(jìn)行疏導(dǎo)局部回填避免積水。對(duì)靠近路基邊緣處的截水墻、跌水井進(jìn)行修復(fù)完善。

3.3.2 明洞、暗洞拱腳加固

右線出口20 m范圍內(nèi)的明洞、暗洞兩側(cè)拱腳處施做三向錨管，保障施工期間的洞身穩(wěn)定性。錨管采用直徑為89 mm的無縫鋼管，外徑89 mm，壁厚6 mm，長(zhǎng)6 m。施工結(jié)束后用M30水泥砂漿緊密充填，增強(qiáng)導(dǎo)管的剛度和強(qiáng)度。

3.3.3 高壓旋噴樁加固隧道地基

右線出口20 m范圍內(nèi)的隧道仰拱下方地基進(jìn)行高壓旋噴樁加固。加固旋噴樁樁徑50 cm，樁距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根長(zhǎng)10 m，共計(jì)120根1 200 m。

圖3 高壓旋噴樁加固隧道地基

3.3.4 高壓旋噴樁加固洞外地基

右線出口10 m范圍內(nèi)的洞外地基進(jìn)行高壓旋噴樁加固。加固旋噴樁樁徑50 cm，樁距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根長(zhǎng)10 m，共計(jì)60根600 m。

3.3.5 混凝土樁處理擋墻地基

擬修筑擋墻位置處設(shè)置混凝土樁處理擋墻地基。混凝土樁190根，每根長(zhǎng)8.0 m，樁徑0.5 m，梅花型布樁，樁距1.35 m，共長(zhǎng)1 520 m。樁基施工完成后，在樁頂鋪設(shè)50 cm砂礫墊層。

3.3.6 洞門墻后修筑背梁、翼墻

在洞門墻后修筑背梁、翼墻，增強(qiáng)洞門抗裂性能。背梁高200 cm，寬60 cm，總長(zhǎng)22.80 m；翼墻1頂寬60 cm，高200 cm，厚60 cm；翼墻2頂寬60 cm，高330 cm，厚60 cm。

圖4 洞門墻后修筑背梁

錨固鋼筋梅花型布置，采用錨固劑錨固于洞門端墻、明洞上，施工需將錨固鋼筋與洞門墻后背梁主筋焊接在一起。

3.3.7 隧道洞口修筑擋土墻

在隧道洞口修筑擋土墻，解決洞口偏壓偏載問題，提高洞門與明洞的整體穩(wěn)定性。擋墻頂部寬2.2 m，高11.5 m，擋墻基礎(chǔ)埋深大于等于1.5 m，長(zhǎng)度共計(jì)55.5 m。擋墻要求地基承載力不小于300 kPa。

3.3.8 電纜槽、邊溝和路面進(jìn)行修復(fù)

隧道內(nèi)外加固旋噴樁施工完成后，半幅路面銑刨并重新鋪筑AC-13改性瀝青混凝土表面層、AC-20改性瀝青混凝土中面層。對(duì)因施工而破壞的隧道內(nèi)電纜槽、邊溝進(jìn)行修復(fù)。

3.4 監(jiān)控量測(cè)方案設(shè)計(jì)

3.4.1 地表下沉量測(cè)

隧道洞口施工淺埋段，應(yīng)加強(qiáng)地表沉降觀測(cè)，嚴(yán)格控制地表下沉。

3.4.2 隧道洞內(nèi)變形量測(cè)

通過洞內(nèi)變形收斂量測(cè)來監(jiān)控洞室穩(wěn)定狀態(tài)和評(píng)價(jià)隧道變形特征。該項(xiàng)屬主要量測(cè)項(xiàng)目，包括凈空收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)和邊墻裂縫量測(cè)。每5 m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，拱頂一處，拱腰兩處。通過對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的整理與回歸分析，找出其內(nèi)在的規(guī)律，確保施工及后續(xù)運(yùn)營(yíng)安全。

3.4.3 洞內(nèi)、洞外路面下沉量測(cè)

隧道洞內(nèi)、外路面應(yīng)加強(qiáng)路面下沉觀測(cè)，嚴(yán)格控制路面下沉。每5 m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)截面。一個(gè)監(jiān)測(cè)截面布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，左右側(cè)路面邊緣各一處，路面中心線一處。

3.5 交通組織措施方案設(shè)計(jì)

a）高速公路明洞病害處治設(shè)計(jì)中隧道處置時(shí)，采取交替分段分車道封閉不中斷交通施工方案，須經(jīng)過施工路段車輛合并至另一車道行駛，繞行相應(yīng)施工路段后回到正常路段行駛；部分拆除、吊裝過程需要短時(shí)間中斷主線交通的宜進(jìn)行集中安排、分區(qū)段實(shí)施。

b）各項(xiàng)工程的施工方案都要考慮到對(duì)主線交通的影響程度，在高速公路沿線采用門架式電子屏作施工提示；標(biāo)志牌、指示燈、隔離墩、防撞筒等安全警示及誘導(dǎo)設(shè)施依照設(shè)計(jì)進(jìn)行布置，有效分流，將影響程度減少到最小。

c）封閉路段需有交警、路政人員配合進(jìn)行協(xié)調(diào)、組織和管理，建立交通事故快速處理應(yīng)急方案，確保交通暢通。

4 結(jié)論與建議

本文根據(jù)黃土地區(qū)某高速公路隧道明洞下沉病害的具體情況，對(duì)病害成因進(jìn)行了分析，在充分考慮技術(shù)可行性，運(yùn)營(yíng)安全性的前提下，總結(jié)提出了隧道明洞下沉病害處治方案設(shè)計(jì)的若干要點(diǎn)。

a）重視病害成因分析和隧道結(jié)構(gòu)破壞情況，針對(duì)性地進(jìn)行加固方案設(shè)計(jì)。

b）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，通過對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的整理與回歸分析，找出其內(nèi)在的規(guī)律，確保施工及后續(xù)運(yùn)營(yíng)安全。

c）合理設(shè)計(jì)交通組織措施，降低行車與施工的互相干擾，確保交通暢通，行車安全。