盤龍坳隧道病害治理

許江坤 李先恒

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州貴陽 550001）

1 概述

2020 年5 月20 日凌晨5 點(diǎn)至8 點(diǎn)，因突降暴雨，S25 沿榕高速公路思劍段盤龍坳（1 號(hào)）隧道上行局部路面出現(xiàn)嚴(yán)重隆起、開裂病害，導(dǎo)致單洞交通中斷，隧道路面病害部位距離出洞口60m，變形區(qū)段長(zhǎng)度達(dá)40m，同時(shí)上行洞有多處襯砌滲水，局部呈噴射狀。暴雨過后，出水逐漸消退。

2 工程概況

盤龍坳（1 號(hào)）隧道位于S25 沿榕高速公路思劍段，通車時(shí)間為2013 年11 月，為分幅式雙洞單行雙車道隧道，上行洞全長(zhǎng)830 米，最大埋深92m。隧道進(jìn)口段位于直線段，出口位于R=1100m 的圓曲線上。復(fù)合式襯砌，削竹式洞門，路面采用瀝青混凝土；縱坡坡度1.768%，上行為單向上坡隧道。設(shè)計(jì)速度80km/h，單洞凈寬10.5m。排水系統(tǒng)為φ40 混凝土中央排水管+環(huán)向排水系統(tǒng)。

隧道圍巖主要為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（ε2-3ls）白云巖、奧陶系桐梓組（O1t）白云質(zhì)灰?guī)r。巖層呈單斜產(chǎn)出，綜合巖層產(chǎn)狀為120°∠25°，隧道走向與巖層傾向基本一致。圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)、V 級(jí)。路面病害區(qū)段按S-Ⅴb 級(jí)支護(hù)，設(shè)置有50cm 厚鋼筋混凝土仰拱。

場(chǎng)區(qū)地勢(shì)相對(duì)較高，區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，無穩(wěn)定地表徑流。

3 病害調(diào)查及成因分析

病害發(fā)生后，設(shè)計(jì)人員立即趕至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，并對(duì)病害區(qū)段襯砌、路面進(jìn)行了物探檢測(cè)及路面鉆探。

3.1 洞內(nèi)病害調(diào)查

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)值班人員介紹，暴雨發(fā)生在凌晨5 點(diǎn)至8 點(diǎn)鐘，8 點(diǎn)左右發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)病害后立即上報(bào)，隨即對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)交通管制。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及量測(cè)，上行YK211+537～YK211+580 段路面嚴(yán)重開裂、隆起，統(tǒng)計(jì)裂縫共7 處，縱向形成X 形裂縫，裂縫長(zhǎng)6.74～13.28m，寬2～34mm，K211+554 處拱起量最大，約30cm（此時(shí)已明顯回落）。由于路面隆起，連帶該段兩側(cè)葫蘆型邊溝及電纜槽溝幫產(chǎn)生變形，右側(cè)電纜槽外側(cè)溝幫向電纜槽內(nèi)傾斜，在隆起回落時(shí)電纜槽外側(cè)溝幫一同回落導(dǎo)致電纜槽蓋板掉落，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)電纜槽寬度為74cm（含溝幫厚度，按設(shè)計(jì)應(yīng)為80cm）；左側(cè)電纜槽因頂部鋪設(shè)有混凝土覆蓋層，表面因蓋板移位造成混凝土覆蓋層產(chǎn)生縱向拉裂縫。

暴雨期間水流攜帶細(xì)沙從路面及兩側(cè)噴涌而出，造成下游路面邊溝局部淤堵，暴雨過后路面出水很快消減。

經(jīng)咨詢施工圖設(shè)計(jì)及地勘人員，該段在隧道掘進(jìn)過程中右側(cè)邊墻上部曾揭露到小型溶腔，采用回填處理。施工方因無法找到當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員而未能了解到具體詳細(xì)情況，也未查詢到相關(guān)的施工記錄。

上行YK211+440～K211+637 段襯砌發(fā)現(xiàn)滲水共20 處。主要為施工縫滲水，局部出水最大時(shí)呈噴射狀出水，水流噴射至對(duì)側(cè)車道。隧道施工縫滲水此前已有發(fā)生，平時(shí)無水，遇雨水時(shí)不同程度出水，但均無此次嚴(yán)重。

各處滲水均為季節(jié)性滲水，判斷場(chǎng)區(qū)地下水位位于隧道底板以下。

中央排水管出水端位于進(jìn)洞口洞門外5m 處，設(shè)置有1 處檢查井，設(shè)φ40cm 混凝土管橫向排入路測(cè)邊溝，該橫向管與中央排水管呈90°直角連接。出口管水量大時(shí)呈滿流噴射狀出水；洞口處有10m 長(zhǎng)路面板呈現(xiàn)反復(fù)隆起回落的變形現(xiàn)象，類似高水壓力作用在之前曾多次出現(xiàn)（圖1）。

圖1 路面病害展布圖

3.2 地表水文調(diào)查

上行K211+537～K211+580 段埋深24～28m，洼地與隧道病害段路面高差超過30m。洞頂為緩坡地形，整體自然坡度10～15°。地表局部基巖出露，為灰白、肉紅色白云巖及灰白色白云質(zhì)灰?guī)r，薄至中厚層狀，巖層傾向于出洞口方向。地表覆蓋層主要為紅粘土，表層局部有耕植土。洞頂發(fā)育沖溝，沖溝走向約100°，與節(jié)理10°∠75°走向一致，沖溝被X011 縣道橫切，上側(cè)形成環(huán)形洼地，僅埋設(shè)一道直徑30cm 混凝土涵管排水。上側(cè)地表匯水集中于該處洼地，匯水面積達(dá)10 萬平方米。暴雨時(shí)洼地內(nèi)水流無法及時(shí)排出，形成積水塘，水流經(jīng)常漫過縣道，沿縣道路面漫流。

據(jù)走訪，該洼地內(nèi)存在消水洞，因地表為耕地，消水洞洞口已被粘土填埋。周邊也有多處小型消水洞，均被填埋，具體位置已無法考證。場(chǎng)區(qū)巖溶以豎向發(fā)育為主，該區(qū)段隧道圍巖豎向連通管道發(fā)育。

據(jù)氣象部門反饋，當(dāng)日強(qiáng)降雨持續(xù)3 個(gè)多小時(shí)，降雨量超過200ml。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查過程中在周邊坡腳低洼地帶未發(fā)現(xiàn)明顯的地下水集中排泄點(diǎn)（圖2）。

圖2 地表平面圖

3.3 洞內(nèi)檢測(cè)及勘探

為探明洞內(nèi)病害成因及特征，采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)襯砌及路面進(jìn)行了探測(cè)，探測(cè)結(jié)果顯示，襯砌厚度均達(dá)到了設(shè)計(jì)厚度；路面局部有托空現(xiàn)象。

為查明路面基底情況，沿病害區(qū)布設(shè)了10 個(gè)鉆孔，具體布置見圖3。

圖3 洞內(nèi)路面病害及治理措施展布示意圖

其中K211+550、K211+555 兩個(gè)斷面共3 個(gè)鉆孔（ZK3、ZK5、ZK6）揭露到路面板與仰拱之間存在托空現(xiàn)象，最大高度0.62m，超過路面最大隆起高度，部分填充物已被沖走；K211+555、K211+565 兩個(gè)斷面共4 個(gè)鉆孔（ZK5、ZK6、ZK7、ZK8）揭露到隧道仰拱底部存在1.5～1.8m 厚碎石回填層，為原洞渣回填物，推測(cè)為施工期間超挖或溶腔回填產(chǎn)生。

揭開路面板后發(fā)現(xiàn)仰拱回填層也存在縱向裂縫。

3.4 病害成因及破壞機(jī)理分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集到的相關(guān)信息綜合分析，洞內(nèi)變形發(fā)生在強(qiáng)降雨期間。病害成因主要有三個(gè)方面：

3.4.1 場(chǎng)區(qū)豎向巖溶發(fā)育，地表排水不暢導(dǎo)致地表水沿節(jié)理及溶蝕裂隙、管道大量集中下滲：地表水匯集于洞頂洼地，因排水不暢，形成積水塘，大量地表水沿節(jié)理裂隙或溶蝕管道下滲，隧道圍巖飽水，地下水補(bǔ)給大于排泄，水位急劇升高，形成短期高水頭壓力，導(dǎo)致襯砌局部施工縫噴射狀出水。

3.4.2 同時(shí)地下水在隧道底板回填碎石層空隙內(nèi)匯集，在隧道底板下形成高水壓力，由于仰拱及拱頂回填層出現(xiàn)破損開裂，水壓力直接作用于路面板，最終導(dǎo)致路面板被頂起，產(chǎn)生變形開裂，造成了上行洞K211+537～K211+580 段的路面開裂及電纜槽變形。水流攜帶的泥沙加劇了洞內(nèi)排水系統(tǒng)的淤堵情況。

3.4.3 洞內(nèi)排水能力不足，大量地下水灌入中央排水溝，由于隧道為上坡隧道，單向排水，管道排水距離達(dá)700m，中央排水管因日久淤積，排水能力降低，路面板下水壓力無法及時(shí)消解，最終導(dǎo)致路面隆起破損；中央排水溝與出口端橫管呈直角轉(zhuǎn)彎，形成擁堵，形成短期高壓力，導(dǎo)致上行洞進(jìn)口處路面短暫隆起，水壓消逝后自然回落現(xiàn)象。

4 治理思路和目標(biāo)

消除洞內(nèi)路面變形，減弱后期地下水影響，確保營運(yùn)安全。

針對(duì)隧道滲漏水情況的特點(diǎn)，主要遵循“以排為主，以堵為輔，排堵結(jié)合”的原則；對(duì)路面變形病害，以找準(zhǔn)病因?yàn)榛A(chǔ)，一方面削弱致病因素，同時(shí)強(qiáng)化路面結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)自身抗變形能力。經(jīng)綜合考慮，制定了“洞外截流疏導(dǎo)，洞內(nèi)疏排加固”的基本思路。

治理目標(biāo)：消除隧道病害，避免病害重現(xiàn)；修復(fù)路面，盡快恢復(fù)隧道通行功能。

5 治理措施及效果

根據(jù)病害分析，治理工程包括洞外地表疏排和洞內(nèi)排水系統(tǒng)疏通、襯砌滲水治理及路面病害治理。治理措施包括在洞頂增設(shè)截水溝引排地表水，避免地表積水；洞內(nèi)疏通中央排水管，出口處截彎取直，改造出水口，增加排水能力；襯砌設(shè)切槽引排+排水鉆孔；路面設(shè)注漿加固+更換路面板及排水邊溝，恢復(fù)原有功能。

5.1 地表疏排措施

地表增設(shè)長(zhǎng)約240m 的排水溝，曾設(shè)直徑1m 管涵穿過X011 縣道，引排洼地內(nèi)匯水，避免積水。

5.2 洞內(nèi)排水系統(tǒng)疏排改造

全面疏通中央排水管及邊溝，中央排水管出口處截彎取直，由直角轉(zhuǎn)彎改為135°彎角排水，同時(shí)出口管直徑由40cm 增大至80cm，確保出口排水暢通。

5.3 襯砌滲漏水處治

主要采用切槽埋管引排的方式將襯砌滲水引入邊溝，沿滲水裂縫切12cm 深、寬10～14cm 倒梯形槽，內(nèi)置半剖PVC 管，將滲水裂縫完全包裹在內(nèi)，固定后外側(cè)用防水材料封閉。該方法為隧道滲水的常規(guī)處治方法，工藝成熟可靠。

同時(shí)滲水嚴(yán)重區(qū)段沿邊墻腳上方0.5m 處增設(shè)一排φ75mm 仰斜式排水鉆孔，間距2m，深1.5m，埋設(shè)透水軟管，出口以軟管引入邊溝。鉆孔位置避開隧道預(yù)埋管線（圖4）。

圖4 切槽埋管示意圖

5.4 路面病害處治

對(duì)路面病害的處治，最初擬了兩個(gè)方案，方案一為挖除損毀段路面及仰拱，清除洞底虛渣，用C15 混凝土換填后重做仰拱；該方案因工程量大、對(duì)隧道擾動(dòng)大、風(fēng)險(xiǎn)高，施工周期長(zhǎng)等因素而被否決。最終采用方案二，采用路面打孔注漿方式進(jìn)行加固處治。具體流程如下，挖除路面板及破損邊溝→清除表面虛渣后找平→鉆孔注漿→重做邊溝→重鋪鋼筋混凝土路面板→恢復(fù)路面層及標(biāo)線。

治理要點(diǎn)如下：

（1）清除路面板后檢查仰拱回填層破損情況，回填層破損松散的部分需清除，清理后用C15 混凝土填補(bǔ)找平；此階段可將邊溝修復(fù)完成。

（2）路面鉆孔注漿，用漿液填補(bǔ)底部虛渣空隙，以及修復(fù)仰拱及回填層裂縫，最大限度隔絕地下水壓力。注漿管間距1.2m×2.0m，采用φ42×3.5mm，長(zhǎng)4.5m 鋼花管注漿，頂端與路面板聯(lián)接成整體。漿液采用1:1 純水泥漿，注漿壓力按0.2～0.8MPa 控制，注漿時(shí)從路面兩邊往中間逐排注漿，避免漿液向外側(cè)過度擴(kuò)散。注漿過程應(yīng)靈活控制壓力，避免相鄰孔口噴漿，若注漿量嚴(yán)重超量，則采用摻細(xì)沙、速凝劑或間歇注漿等方式確保注漿飽滿；注漿過程需避免損傷排水管道及漿液堵塞排水管，注漿后及時(shí)用水沖洗排水管道。

（3）注漿管高出找平地面10～15cm,端頭焊接水平錨固鋼筋（如圖5），之后再鋪設(shè)路面板鋼筋網(wǎng)，使錨固鋼筋位于路面板上下兩層鋼筋之間。以此將路面板與注漿管連成一體，在路面板再次承受底部水壓力時(shí)，注漿管起到錨固抗拉作用，確保路面不因此而再次隆起變形。

圖5 注漿管頂端連接示意圖

（4）路面采用雙層鋼筋路面板，按原厚度恢復(fù)；路面層及標(biāo)線依照原樣恢復(fù)。

5.5 治理效果追蹤與思考

該隧道治理施工完成后，各項(xiàng)治理措施基本達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，經(jīng)歷了2021 年雨季，期間經(jīng)歷多次暴雨，治理成果經(jīng)受了檢驗(yàn)。經(jīng)養(yǎng)護(hù)部分反饋，目前隧道營運(yùn)正常，之前的病害部位處治后未見有異常反應(yīng)，治理效果良好。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，因無法進(jìn)一步了解到當(dāng)時(shí)隧道施工過程中的一些具體信息，比如施工過程中揭露的巖溶發(fā)育情況、處理措施，隧道底板下存在虛渣的原因是什么，是超挖導(dǎo)致還是溶腔回填的，其對(duì)致病機(jī)理分析都是非常重要的信息，這不得不說是本設(shè)計(jì)的一大遺憾。

在本設(shè)計(jì)中，因未發(fā)現(xiàn)有地下水的集中排泄口，因此未能從洞外地下水疏排的角度進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，地下水疏排均是從洞內(nèi)進(jìn)行。因隧道高于穩(wěn)定地下水位，在現(xiàn)有措施下，應(yīng)能確保洞內(nèi)治理區(qū)段路面不再產(chǎn)生變形。但排水系統(tǒng)會(huì)因鈣質(zhì)沉淀、泥沙淤積等作用而逐漸淤堵，需定期維護(hù)。在可溶巖地區(qū)，鈣質(zhì)沉淀現(xiàn)象非常突出，隧道原設(shè)計(jì)的暗埋排水管道隨著時(shí)間推移，其排水能力衰減非常嚴(yán)重，這是公路隧道養(yǎng)護(hù)的死角和難題。另外，隧道病害的產(chǎn)生或多或少都會(huì)與一部分質(zhì)量缺陷問題，施工期間的質(zhì)量控制直接影響到后期的隧道營運(yùn)。

6 結(jié)論

營運(yùn)公路的病害治理不同于新建項(xiàng)目，特別是一些影響通行功能的病害，需要第一時(shí)間作出響應(yīng)，快速設(shè)計(jì)、快速施工，盡量減少通行管制時(shí)間，降低社會(huì)不良影響。因此，公路病害的治理設(shè)計(jì)需要按照“快速、可靠、成熟、簡(jiǎn)單”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足公路營運(yùn)安全需求為核心，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

隧道工程屬隱蔽工程，隧道的病害調(diào)查和治理需要收集、了解圍巖地質(zhì)情況、水文情況以及設(shè)計(jì)、施工掘進(jìn)過程、施工工藝、材料、后期營運(yùn)情況、養(yǎng)護(hù)維修歷史等各方面資訊進(jìn)行匯總分析，必要時(shí)還需要進(jìn)行物探、鉆探等手段進(jìn)行檢測(cè)、勘探。因此，隧道的病害治理工作往往需要多個(gè)專業(yè)共同配合完成，設(shè)計(jì)人員對(duì)工程地質(zhì)、隧道設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等各方面都需要有豐富的知識(shí)儲(chǔ)備和工程經(jīng)驗(yàn)。