隧道仰拱的常見病害原因及處理對策

屠 津

（四川金通工程試驗檢測有限公司，四川 成都 610000）

據(jù)統(tǒng)計，截止到2017年底中國鐵路運營總里程達到127000km，其中隧道14547座，運營隧道總里程15326km。為改善隧道結(jié)構(gòu)受力條件，在隧道底部設置反向拱形結(jié)構(gòu)，即仰拱，其作用主要是對上部支護結(jié)構(gòu)的受力條件進行改善

1 隧道仰拱常見病害原因

仰拱是隧道主要部分之一，對隧道穩(wěn)定性及長期運行有直接影響。而新建與已經(jīng)長時間運營的隧道，其底部結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生裂縫和錯臺，對行車安全造成嚴重影響。仰拱部分的病害包括：底板開裂和變形、側(cè)溝開裂和變形、底板沉陷、面層翻漿、隆起。

1.1 基底軟化

主要由兩方面因素造成：其一，圍巖，仰拱產(chǎn)生病害的部位主要為圍巖情況較差的部位，其巖性偏軟，這種巖性在遇水后將發(fā)生軟化，導致圍巖進一步劣化，出現(xiàn)塑性變形，圍巖技術參數(shù)大幅降低，導致承載力減小，受到側(cè)向壓力后，邊墻產(chǎn)生內(nèi)側(cè)擠壓，荷載因此進一步增大。局部隧道在高地應力等因素的影響下，還會產(chǎn)生更加嚴重的病害。

1.2 地下水作用

隧道底部巖體在開挖初期完整性較高，隨著時間推移，隧道底部巖體在地下水等因素作用下逐漸發(fā)生劣化，導致其完整性變差。在動荷載反復作用下超孔隙水壓力使施工縫逐漸貫通，地下水攜帶的泥沙進入裂縫后難以排走，致使道床板與仰拱填充層頂面間水平施工縫逐漸貫通。同時，地下水也會作用在中心水溝側(cè)壁上，造成局部溝壁向溝心傾斜，溝壁與仰拱填充分離，形成縱向裂縫。

1.3 仰拱結(jié)構(gòu)

由于施工單位沒有對仰拱引起足夠重視，導致仰拱結(jié)構(gòu)自身存在問題導致病害，如仰拱底鼓的本質(zhì)原因是由于支護與圍巖關系中支護（仰拱結(jié)構(gòu)）強度不足以承受圍巖荷載帶來的壓力，在圍巖靜載已經(jīng)確定的情況下，結(jié)構(gòu)強度是影響仰拱是否底鼓的核心問題，主要包括仰拱厚度、強度以及曲率等。

2 隧道仰拱缺陷與變形病害

通過對某省高速公路400余座（單洞）公路隧道的調(diào)查與檢測，發(fā)現(xiàn)45座隧道存在嚴重病害，主要病害類型有3種，分別為仰拱變形、襯砌嚴重裂損、滲水掛冰，其中仰拱變形21座，襯砌嚴重裂損16座，滲水掛冰8座。調(diào)查表明，雖然在400余座隧道病害形式中以襯砌裂損最多，但是從嚴重影響行車安全、結(jié)構(gòu)安全的隧道病害來看，仰拱變形與襯砌嚴重裂損為主要類型。

3 隧道仰拱缺陷與變形病害治理措施

質(zhì)量缺陷是導致隧道病害產(chǎn)生的重要原因之一，部分情況下的隧道外觀病害是內(nèi)在缺陷的外在表現(xiàn)形式，對于隧道仰拱病害與缺陷處治，需要考慮以下4點：

1）病害與缺陷組合情況；2）病害發(fā)展程度、趨勢以及對隧道結(jié)構(gòu)長期安全穩(wěn)定性的影響；3）地質(zhì)、地下水情況；4）維修措施的施工便利性、快捷性。

基于以上考慮，應對仰拱缺陷及病害發(fā)展程度分類處治，而不是一概采取拆換處治，那樣只會對隧道結(jié)構(gòu)造成較大的擾動破壞。

通常按以下幾類處治：

1）病害已經(jīng)顯現(xiàn)且有發(fā)展趨勢（出現(xiàn)較為嚴重的路面底鼓、墻腳沉降）或質(zhì)量缺陷嚴重（實際無仰拱且芯樣松散、基底圍巖軟弱），已經(jīng)危及到行車安全，結(jié)構(gòu)承載能力嚴重降低的，采取重處治手段，一般以拆換為主。

2）有一定程度的缺陷（芯樣厚度欠缺或局部松散、基底圍巖較軟弱），雖已產(chǎn)生病害，但是病害無明顯發(fā)展趨勢，考慮到病害及缺陷對結(jié)構(gòu)的削弱作用，影響結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性與耐久性，可采取中等處治手段，以加固為主。

3）缺陷程度較輕（芯樣厚度欠缺但完整性尚可，基底圍巖較完整堅硬），經(jīng)過數(shù)年乃至十年以上的運營尚無病害顯現(xiàn)，如貿(mào)然擾動，將損害結(jié)構(gòu)，反而降低安全性，可采取加強觀察監(jiān)測為主，配合輕處治。

仰拱拆換是隧道仰拱缺陷與病害處治的最常用手段之一，目前已經(jīng)較為成熟，本文不再贅述。

加固方案通常采取注漿錨管、鋼管樁等對仰拱、填充層、基底圍巖進行加固。為了注漿鋼管樁能夠整體受力，在鋼管樁上部采用橫向型鋼支撐連接，橫向支撐兩側(cè)通過縱向槽鋼焊接形成整體，相鄰橫向支撐之間采用縱向鋼筋焊接。為了提高混凝土底板上緣受拉能力，設鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片采用架立鋼筋與型鋼橫向支撐連接.

現(xiàn)場實施時需要注意以下幾點。

1）開挖深度不宜太深，通常以型鋼橫向支撐兩側(cè)位于電纜槽底部進行控制，需注意恢復混凝土底板下部排水設施，尤其是地下水較發(fā)育的隧道，可采用兩側(cè)拉槽埋設縱向排水盲溝（管），并間隔設置橫向排水盲溝（管），與下游既有排水設施通過檢查井銜接。

2）注漿作業(yè)需要注意防止堵塞排水管路。鎖腳錨管端頭采用鋼墊板加強與墻腳襯砌的連接，如果能將襯砌表面混凝土鑿除露出鋼筋，鋼墊板與鋼筋焊接，效果會更好。

4 結(jié)語

綜上所述，引起隧道仰拱病害的原因是多方面的，而且有些是無法預測的，這就需要在保證仰拱施工質(zhì)量的基礎上，通過檢查及時發(fā)現(xiàn)仰拱結(jié)構(gòu)病害，并分析病害產(chǎn)生原因，采取相應治理措施。