公路隧道襯砌裂損病害檢測(cè)與治理對(duì)策

王富國(guó)

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

襯砌裂損病害是現(xiàn)階段公路隧道工程的主要病害，可通過(guò)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，其病害發(fā)生的最本質(zhì)原因是公路隧道建材與區(qū)域風(fēng)化與流水侵蝕作用的不匹配，現(xiàn)階段的病害治理主要側(cè)重本體加固與防止?jié)B水兩方面進(jìn)行。但受限于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡特性，部分公路隧道的無(wú)損檢測(cè)工作與病害養(yǎng)護(hù)工程尚處于起步階段，目前亟須總結(jié)相關(guān)病害檢測(cè)與治理經(jīng)驗(yàn)。本文此次研究的內(nèi)容和提出的策略對(duì)區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善具有理論性意義，對(duì)提升公路隧道穩(wěn)定性具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

某公路隧道建成于上世紀(jì)80 年代，本身的建設(shè)基礎(chǔ)位于軟頁(yè)巖地層之中，具體被劃分為三類地層。為了保證隧道穩(wěn)定性，該公路隧道工程在建設(shè)工藝方面采用了礦山法進(jìn)行先行修建拱部再進(jìn)行后墻支撐的方法，同時(shí)該隧道工程在建材選用方面使用了強(qiáng)度為C20 級(jí)的混凝土并將支撐后墻的寬度設(shè)置為40cm，形狀設(shè)置為單心圓拱形（r=4.46m）與直邊墻體（h=2.35m）搭配的形式，此外隧道工程區(qū)域地表附近存在一所水電站。自該公路隧道建成起，水電站區(qū)域接近隧道入口處所設(shè)置的混凝土水渠曾引起多次塌方，并于隧道本體處留下諸多裂痕病損，這也就導(dǎo)致在公路隧道的實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中內(nèi)部滲水嚴(yán)重，不僅危害隧道本身的穩(wěn)定性，加劇了水侵蝕作用，造成隧道拱頂向上形變并出現(xiàn)裂痕，還造成隧道內(nèi)的惡劣通車條件，尤其在氣溫較低且降水量較大的冬季，隧道內(nèi)時(shí)常出現(xiàn)道路結(jié)冰與洞頂掛冰的災(zāi)害，一方面造成區(qū)域行車擁堵，另一方面掛冰在行車尾氣排放的條件下下墜風(fēng)險(xiǎn)加劇，直接威脅隧道內(nèi)行駛的車輛及車輛內(nèi)人員的安全。

2 襯砌裂損病害檢測(cè)

從該公路隧道工程本身的地質(zhì)環(huán)境來(lái)看，隧道本身埋深不深，加之本身地處軟頁(yè)巖地層，隧道工程的圍巖巖體極易發(fā)育巖體裂隙，一旦遭遇地表強(qiáng)降水，隧道巖體將不能保證雨水與功能區(qū)域的有效分離，同時(shí)該隧道周邊存在大型水電站，水電站內(nèi)部的水庫(kù)及途徑公路隧道洞口的供水水渠源源不斷地向周邊地下水提供滲水水源，而潮濕的巖層與建筑基礎(chǔ)也不利于隧道工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定。從該公路隧道工程施工工藝選擇來(lái)看，礦山法先拱后墻的施工方案本身的隧道襯砌聯(lián)合就不緊密，是犧牲防水性而強(qiáng)化穩(wěn)定性與靈活性的一類施工方案，具體會(huì)形成如環(huán)形施工接縫在內(nèi)的各類施工原始接縫，為后期的滲水埋下工程隱患，這就導(dǎo)致了該公路隧道工程天然出現(xiàn)滲水病害。尤其是在隧道工程的襯砌地帶，拱形隧道的結(jié)構(gòu)在拱腰和拱頂?shù)牟牧蠌浹a(bǔ)上因重力造成不平衡的態(tài)勢(shì)，這就導(dǎo)致的后續(xù)振搗工藝中拱頂無(wú)法填充密實(shí)，進(jìn)而在拱頂區(qū)域留下滲水氣泡，另外這種問(wèn)題也使得在拱頂處進(jìn)行施工時(shí)出現(xiàn)落拱現(xiàn)象，即襯砌后墻也出現(xiàn)大量滲水氣泡[1]?？紤]到公路隧道工程較長(zhǎng)的使用周期與露天的使用環(huán)境，由于各種不可抗力造成局部塌方后，這種隱藏的氣泡縫隙暗病將逐漸顯露且缺乏有效的填補(bǔ)對(duì)策，同時(shí)這種氣泡空隙也將成為大量的地表水殘留或地下水滲透通道，在冬季氣溫變動(dòng)與夏季降水增加的作用下不斷從內(nèi)部蠶食著原本脆弱的隧道襯砌結(jié)構(gòu)，進(jìn)而表現(xiàn)為各類方向與深度各異的襯砌裂縫病害。

3 襯砌裂損病害治理對(duì)策

3.1 襯砌背后空洞注漿

本次病害治理的注漿材料采用水泥漿混合注漿單液的形式，其中水泥成分占80%，粉煤灰成分占比以1：10000的比例加入鋁粉金屬膨脹劑，經(jīng)過(guò)灌注前的初步試漿，該配方的灌注漿成分預(yù)計(jì)在正式灌注后在目標(biāo)空洞處會(huì)出現(xiàn)85%的有效成分結(jié)石，結(jié)石后的有效建材將為目標(biāo)工程提供25MPa 的壓力承載輔助，根據(jù)探地雷達(dá)傳輸?shù)目斩大w積數(shù)據(jù)，為保證灌注的最終效果，結(jié)合雷達(dá)圖示推斷，在充分考慮滲透系數(shù)與損失系數(shù)的誤差后向目標(biāo)空洞共灌注190.51m3有效灌注漿單位體積[2]。在病害治理中注漿作業(yè)的施工順序需要嚴(yán)格堅(jiān)持從上至下與先少后多的原則，避免注漿物質(zhì)的流出浪費(fèi)與凝固阻塞。在病害治理中根據(jù)目標(biāo)工程初始工程承載數(shù)據(jù)，注漿作業(yè)施加的壓力應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格限制在0.3MPa 與0.5MPa 之間，對(duì)于開(kāi)裂區(qū)域密集且裂縫程度較重的區(qū)域采用小壓力灌注，以避免對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)造成二次傷害，對(duì)于開(kāi)裂區(qū)域零散且裂縫程度較小的區(qū)域采用大壓力灌注，以保證施工工期的有序推進(jìn)。

3.2 隧道襯砌補(bǔ)強(qiáng)層加固

根據(jù)探地雷達(dá)實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果，得知目標(biāo)公路隧道工程襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分液體與外界地表地下水的長(zhǎng)期滲透已經(jīng)嚴(yán)重侵蝕損害了拱形結(jié)構(gòu)外層，其所造成的裂縫正在陷入公路隧道襯砌整體結(jié)構(gòu)中并正逐步形成局部惡化的惡性循環(huán)。故為了恢復(fù)原有襯砌的使用能力，必須在原有襯砌厚度的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固加厚。在病害治理施工方式選擇中，本次加固需要充分考慮區(qū)域行車界限的實(shí)際要求與混凝土建材的材料特質(zhì)，重點(diǎn)避免在加厚施工過(guò)程中再度出現(xiàn)混凝土成品氣泡空洞的問(wèn)題，選擇了振搗加強(qiáng)輔助噴射混合模型構(gòu)筑混凝土的方式分別對(duì)拱形區(qū)域與豎直區(qū)域進(jìn)行30cm 的混凝土厚度加固，使得最終成品兼具美觀性與實(shí)用性[3]。在病害治理施工的細(xì)節(jié)施工過(guò)程中，本次加固具體使用了大型螺紋錨桿與拱形結(jié)構(gòu)的底部與頂部進(jìn)行二度加固，并利用梅花形式的鋼筋網(wǎng)對(duì)拱形結(jié)構(gòu)頂部表面進(jìn)行焊接固定，以優(yōu)化工程結(jié)構(gòu)處原有的異常受力結(jié)構(gòu)并抵抗在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)重力作用對(duì)拱形頂部的壓力。

3.3 補(bǔ)強(qiáng)層內(nèi)增設(shè)排水系統(tǒng)

在查閱目標(biāo)工程原始施工圖紙后，通過(guò)分析得出該公路隧道工程在設(shè)計(jì)之初就存在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)排水的欠考慮問(wèn)題，如果不對(duì)該項(xiàng)設(shè)計(jì)缺陷做出改善，公路隧道病害的誘因?qū)㈤L(zhǎng)期存在并時(shí)刻向已填補(bǔ)或加固的組織進(jìn)行再度侵蝕。故為了提升目標(biāo)工程襯砌結(jié)構(gòu)對(duì)病害的抵御能力，就必須在填充空洞加固結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上在工程內(nèi)部增設(shè)排水系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)工程在長(zhǎng)期使用過(guò)程中所形成的內(nèi)部滲透水路。在病害治理施工辦法的選擇中，本次選用了于公路隧道內(nèi)部加鋪排水半管的方式，以環(huán)形與傾斜角度為方向向裂縫高發(fā)區(qū)域加設(shè)的排水管，而后使用局部水泥覆蓋的方式對(duì)排水半管實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)的封閉與保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，研究公路隧道襯砌裂損病害檢測(cè)與治理對(duì)策有助于完善我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施交通網(wǎng)，為城市化建設(shè)發(fā)展助力，其中所使用的雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)體現(xiàn)了公路隧道建設(shè)行業(yè)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型，是我國(guó)建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要表現(xiàn)。通過(guò)本文研究得知，某公路隧道工程案例在公路隧道襯砌裂損病害檢測(cè)與治理措施研究中具有一定的代表性與借鑒性，基于該案例中襯砌裂損病害檢測(cè)中的襯砌滲水情況與病害檢測(cè)結(jié)果，本文相應(yīng)提出具有通用性的三項(xiàng)公路隧道襯砌裂損病害治理對(duì)策：一襯砌背后空洞注漿、二隧道襯砌補(bǔ)強(qiáng)層加固、三補(bǔ)強(qiáng)層內(nèi)增設(shè)排水系統(tǒng)。