馬道嶺隧道病害處治

李宇翔

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司 沈陽市 110166)

隨著隧道服役年限的增長，各種病害逐漸出現(xiàn)，嚴重影響了交通的舒適性及安全性，以綏珠線G306馬道嶺隧道為研究對象，對隧道病害治理的設(shè)計及施工進行探討，為以后的設(shè)計及施工提供參考。

1 隧道及現(xiàn)有病害簡介

馬道嶺隧道位于建昌縣境內(nèi)，為單洞雙向通行隧道，2006年竣工，全長為458m。建筑限界凈寬10.5m，兩側(cè)各設(shè)0.25m的檢修道，隧道建筑限界凈高5.0m，縱坡為2.558%，襯砌材料為鋼筋混凝土，斷面形式為曲墻式三心圓拱，水泥混凝土路面，設(shè)計時速為40km/h。隧道山體構(gòu)造簡單，由風化燧石條帶白云巖組成，地層為一單斜層。隧道主要穿過中風化帶和微風化帶。區(qū)內(nèi)植被、水系均不發(fā)育。主要水源為大氣降水，水位受大氣降雨控制，地下水類型為基巖裂隙潛水。

近年來隧道出現(xiàn)不同程度的病害，需要進行整治。首先查閱隧道檔案資料，獲取隧道基本信息，對隧道進行全面的檢測，識別隧道各種病害，經(jīng)檢測隧道土建結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況評定為3類，隧道信息詳見表1、表2。

表1 馬道嶺隧道基本信息表

本文只對該隧道的襯砌剝落、露筋、路面隆起等嚴重病害治理進行論證分析和處置，病害詳見表3。

拱頂混凝土掉塊露筋、剝落、路面隆起等病害如圖1所示。

表2 圍巖類別(級別)及支護參數(shù)表

表3 馬道嶺隧道病害匯總表

圖1 拱頂混凝土掉塊露筋、剝落、路面隆起

2 隧道檢測結(jié)果及成因分析

2.1 隧道檢測結(jié)果

(1)地質(zhì)雷達檢測結(jié)果如表4所示。

表4 馬道嶺隧道K62+069.0～K62+083.0

由雷達檢測結(jié)果可知，病害區(qū)域襯砌拱頂實測厚度滿足設(shè)計要求，拱腰實測厚度不滿足設(shè)計要求。

(2)采用回彈法檢測襯砌混凝土強度，檢測位置為K62+069.3～K62+075.3襯砌板塊、K62+075.3～K62+081.6襯砌板塊，每個襯砌板塊檢測位置設(shè)置10個測區(qū)，測區(qū)布置在距離地面約1.5m處隧道右側(cè)墻上，檢測結(jié)果見表5。

表5 馬道嶺隧道K62+069.0～K62+081.6

由強度檢測結(jié)果可知，病害區(qū)域襯砌板塊強度滿足設(shè)計要求。

(3)對路面隆起采用鉆探方式進行探查，在K62+105(隆起)樁號左4.0m處鉆孔，查探隆起段落仰拱底部地質(zhì)狀況，地質(zhì)布孔圖詳見圖2及表6。

圖2 K62+105(隆起)左4.0m處地質(zhì)鉆孔示意圖

根據(jù)地質(zhì)鉆孔情況可知，隆起段落仰拱底部存在0.57m的雜填土，為軟弱地質(zhì)。

表6 ZK14鉆孔描述

2.2 病害成因分析

(1)拱頂混凝土掉塊、露筋、剝落主要成因是二次襯砌施工質(zhì)量較差、邊墻厚度不足、仰拱混凝土較為破碎不滿足承載需求，在圍巖壓力持續(xù)作用下，二次襯砌受力不均，致使拱頂出現(xiàn)開裂及掉塊。

(2)隧道路面隆起主要原因是仰拱的施工質(zhì)量較差，該段仰拱較為破碎，仰拱底部存在0.6m的雜填土，已失去其原有的承載力需求，無法形成結(jié)構(gòu)的封閉圈，圍巖壓力作用導(dǎo)致路面隆起[1]。

3 隧道病害處治原則及措施

3.1 處治原則

以人為本，安全第一，重點整治、長期檢測、階段控制。根據(jù)病害特點有針對性地選擇整治方案，重點段落重點整治。原則上不降低隧道原有技術(shù)標準，按照安全、經(jīng)濟、快速，合理的原則，通過技術(shù)、經(jīng)濟比選確定病害處治方案[2]。

處治設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)信息化設(shè)計和動態(tài)施工的思想，制訂監(jiān)控量測方案。采取相應(yīng)措施減小處治施工對既有結(jié)構(gòu)、排水設(shè)施、機電設(shè)施及附屬設(shè)施的不良影響；處治措施應(yīng)易于檢測和監(jiān)督，質(zhì)量易于控制[3]。

(1)堅持維修改造標準的前瞻性原則

立足當前道路交通現(xiàn)狀，考慮未來一定時期交通量日益增長的需求，結(jié)合所在道路等級改造規(guī)劃，科學(xué)確定合理的隧道維修改造標準。

(2)堅持安全、經(jīng)濟、適用的原則

靈活確定襯砌結(jié)構(gòu)形式，在確保安全的前提下，合理控制工程造價。靈活運用標準，從客觀實際出發(fā)，使隧道在維修改造后滿足適用性的基本要求。

(3)快速施工、控制影響的原則

為盡量減小隧道維修改造施工對車輛通行影響的時間和空間范圍，設(shè)計方案應(yīng)充分考慮施工效率。施工組織中應(yīng)科學(xué)制定施工窗口和保通方案。

3.2 處治措施

(1)拱頂混凝土掉塊露筋、剝落經(jīng)綜合分析，結(jié)果為：二次襯砌施工質(zhì)量較差，邊墻厚度不足，且仰拱混凝土較為破碎，已失去其原有的承載力需求，在長久的圍巖壓力作用下，二次襯砌受力不均，致使拱頂出現(xiàn)開裂及掉塊[4]。

由于病害位置位于襯砌拱頂區(qū)域，本應(yīng)僅對拱頂一定范圍的襯砌采取換拱措施，但考慮到以下原因：

①本病害所處區(qū)域，襯砌均已重做仰拱，如果僅對拱頂一定范圍的襯砌采取換拱措施，則會令襯砌全環(huán)增加四個鉸點，不利于全環(huán)襯砌受力。

②邊墻自身施工質(zhì)量一般，如不更換，不利于全環(huán)襯砌受力。

③如局部換拱，接頭質(zhì)量難以控制，不利于全環(huán)襯砌受力。

采取對全環(huán)襯砌換拱措施，即拆除原有拱頂、拱腰及邊墻的二次襯砌及初期支護后，重新施做。

(2)K62+059～K62+120段隧道隆起的病害主要原因為仰拱的施工質(zhì)量較差，該段落仰拱較為破碎，仰拱底部存在0.6m的雜填土，已失去其原有的承載力需求，無法形成結(jié)構(gòu)的封閉圈，圍巖壓力作用下，導(dǎo)致了路面隆起的現(xiàn)狀。采用增設(shè)、更換仰拱方案進行處治，與拱、墻二襯形成閉環(huán)，有利于結(jié)構(gòu)受力，如表7所示。

表7 馬道嶺隧道病害處治方案匯總表

4 隧道病害處治設(shè)計及施工控制

4.1 處治設(shè)計

(1)路面隆起段增設(shè)或更換仰拱方案(圖3、圖4)

①首先對路面隆起段K62+059～K62+120，破碎原混凝土路面。

②挖除K62+059～K62+120混凝土路面底部的雜填土及軟弱土體至設(shè)計仰拱底標高，截斷中央水溝，施工臨時排水措施。

③對基礎(chǔ)進行檢驗，如不達標進行注漿加固處理。

④地基加固完成后，按照設(shè)計要求的曲率增設(shè)仰拱，并重新施工排水系統(tǒng)。

⑤進行仰拱回填、重新鋪筑路面。

圖3 仰拱挖除現(xiàn)場圖

圖4 增設(shè)或更換仰拱方案圖

(2)拱頂混凝土掉塊、露筋換拱方案

本方案實施前，拱部及邊墻襯砌的拆除及施工應(yīng)在仰拱施工完畢并達到設(shè)計強度后進行，為確保襯砌拆除時，相鄰襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，確保施工安全，在拱部及邊墻襯砌拆除前架設(shè)臨時鋼拱架，如圖5、圖6所示。

圖5 換拱方案設(shè)計圖

圖6 臨時鋼拱架防護現(xiàn)場圖

①首先對拆除區(qū)域附近的K62+065.3～K62+K62+069.3、K62+081.6～K62+085.6的段落采用臨時鋼拱架防護，鋼拱架間距0.8m，每段設(shè)置5榀臨時鋼拱架。

②對需要換拱K62+069.3～K62+081.6段的段落采用臨時鋼拱架防護，鋼拱架間距0.4m。

③鑿除既有初期支護及二次襯砌，按照寬度1.0m為一個鑿除單元，每塊板從中間向兩邊進行鑿除。

④每個單元鑿除后，立即進行初期支護施工。

⑤恢復(fù)防排水系統(tǒng)，二次襯砌施工。

4.2 施工控制

(1)本項目施工期間應(yīng)封閉交通，應(yīng)作好前期施工準備，包括人員、機械、建筑材料等應(yīng)準備充足，并作好施工組織和統(tǒng)籌安排，盡量縮短工期[5]。

(2)施工單位應(yīng)加強質(zhì)量意識，精心組織，精心施工，保證施工質(zhì)量。

(3)監(jiān)理人員應(yīng)加強施工監(jiān)理，每個施工環(huán)節(jié)必須經(jīng)監(jiān)理工程師確認同意后才能進行下一工序的施工。

(4)隧道處治工程應(yīng)嚴格按照《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》(JTG F80/1—2017)中的相關(guān)要求進行質(zhì)量管理、監(jiān)控和檢驗評定，保證隧道處治工程質(zhì)量達到設(shè)計與規(guī)范要求。

(5)針對隧道襯砌鑿除階段可能產(chǎn)生的拱頂下沉、周邊收斂的實測位移值及變化率對安全風險進行評估，確定施工狀態(tài)。速率大于1mm/d時，襯砌處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強支護，速率變化在0.2～1mm/d時，應(yīng)加強觀測，做好加強支護準備，速率小于0.2mm/d時，襯砌處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(6)當襯砌位移速率不斷下降時，襯砌處于穩(wěn)定狀態(tài)； 當襯砌位移速率變化保持不變時，襯砌尚不穩(wěn)定，應(yīng)加強支護，當襯砌位移速率變化上升時，襯砌處于危險狀態(tài)，必須立即停止施工。

(7)當圍巖處于不穩(wěn)定狀態(tài)及危險狀態(tài)時，應(yīng)采用鋼拱架對隧道拱頂及側(cè)墻加強支護，并加強觀測、停止施工，將現(xiàn)場情況匯總并及時上報。經(jīng)參建各方研究分析后，制定安全可行的處置方案后再復(fù)工。

5 結(jié)論

(1)在日常運營養(yǎng)護過程中，對病害本著早發(fā)現(xiàn)、早治理的原則，重視隧道普檢，避免病害擴大，影響隧道正常使用功能，造成治理成本上升。

(2)在制定處置方案前應(yīng)對病害成因進行綜合分析，必要時可采取多種手段進行輔助驗證。

(3)施工過程中應(yīng)充分重視動態(tài)監(jiān)測，特別襯砌破除時應(yīng)嚴格控制每次破除范圍，避免發(fā)生整體垮塌，應(yīng)做好進度、安全、效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(4)本項目病害處置時臨時鋼拱架局部有較大變形，說明臨時鋼拱架受力較大，在破除既有結(jié)構(gòu)過程中鋼拱架對既有鄰近結(jié)構(gòu)的保護作用明顯，所以盡量采用大尺寸型鋼進行預(yù)支護。