運(yùn)營(yíng)隧道路面起拱及二襯開裂病害綜合檢測(cè)及處治技術(shù)研究

邵小軍 李中漢 蔣子杰 謝茜茜

摘要：針對(duì)運(yùn)營(yíng)高速公路隧道路面起拱、襯砌開裂病害，文章依托工程實(shí)踐，通過調(diào)查、物探與鉆探相結(jié)合的手段，從洞內(nèi)和洞外兩方面對(duì)病害段進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測(cè)，準(zhǔn)確把握病害成因，并結(jié)合檢測(cè)結(jié)果制定了針對(duì)性的處治方案。結(jié)果表明，所采用的綜合檢測(cè)方法適用于運(yùn)營(yíng)隧道路面病害成因檢測(cè)，處治方案效果良好，可為類似工程案例提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：運(yùn)營(yíng)隧道；路面起拱；二襯開裂；綜合檢測(cè)；處治

中圖分類號(hào)：U457+.2A391334

0引言

隧道作為高速公路重要的組成部分，其路面起拱、襯砌開裂等病害的存在會(huì)影響行車安全。準(zhǔn)確檢測(cè)病害成因，并采用科學(xué)有效的病害處治措施，及時(shí)修復(fù)隧道路面和襯砌，對(duì)保障公路交通安全、延長(zhǎng)道路壽命具有重要意義。

鄧彬［1］針對(duì)某高速公路隧道路面局部隆起開裂情況，采用鉆孔取芯等方法對(duì)病害進(jìn)行了分析判斷，并給出了相應(yīng)的處理對(duì)策；盧嘯［2］依托季家坡隧道病害處治，對(duì)隧道路面起拱和襯砌開裂病害處治方案進(jìn)行了研究；張標(biāo)東［3］通過地質(zhì)雷達(dá)、鉆芯、模型分析等方法對(duì)隧道路面病害進(jìn)行了檢測(cè)，并提供處治方案；肖博等［4］通過外觀檢查、地質(zhì)雷達(dá)、現(xiàn)場(chǎng)探坑等手段對(duì)路面病害進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并提供處治方案；黃忠財(cái)?shù)龋?］采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段研究了隧道路面起拱病害的演變過程。

綜合以往的研究，很少結(jié)合洞內(nèi)、洞外兩方面對(duì)病害進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，易忽視路面上部圍巖的影響，從而導(dǎo)致病害成因判別不夠準(zhǔn)確。本文依托廣西某運(yùn)營(yíng)高速公路隧道的工程實(shí)踐，采用調(diào)查、物探、鉆探相結(jié)合的手段，對(duì)病害部位進(jìn)行了洞內(nèi)、外系統(tǒng)勘探，準(zhǔn)確分析了病害成因，并制定針對(duì)性處治方案，處治效果良好，研究成果可為類似工程案例提供參考和借鑒。

1工程概況

某高速公路隧道下穿喀斯特地貌巖溶發(fā)育地區(qū)，設(shè)計(jì)為雙洞分離式隧道，隧道建筑限界凈寬為10.25 m，凈高為5.0 m。右洞起訖樁號(hào)為K84+195～K85+210，長(zhǎng)度為1 015 m；左洞起訖樁號(hào)為ZK84+195～ZK85+204，長(zhǎng)度為1 009 m。隧址區(qū)海拔高程412～621 m，相對(duì)高差達(dá)206 m，地形起伏較大。隧道于2018-11-28建成通車，2020年雨季期間管養(yǎng)單位檢查發(fā)現(xiàn)：隧道右洞K85+067.5～K85+115段兩側(cè)二襯發(fā)育大量裂縫，其中YK85+070～YK85+080段右側(cè)車道路面抬升，電纜槽變形，蓋板傾斜，路面高差明顯，有輕微跳車現(xiàn)象，嚴(yán)重影響行車安全。

2隧道病害檢測(cè)

為準(zhǔn)確把握病害成因，本文采用多種勘探手段，從洞內(nèi)、洞外進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測(cè)。其中，洞內(nèi)采用調(diào)查、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、裂縫深寬檢測(cè)、地震面波勘探和鉆探等手段進(jìn)行檢測(cè)，洞外采用地表鉆探進(jìn)行檢測(cè)。

2.1二襯裂縫發(fā)育情況

采用ZBL-F800裂縫綜合測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試右洞21條裂縫，檢測(cè)結(jié)果表明，右洞裂縫距離電纜槽高度約0～6 m、長(zhǎng)度約1.2～7.3 m，裂縫深度約58～309 mm、寬度為0.10～1.62 mm。

2.2地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)

為查明隧道襯砌缺陷發(fā)育情況，采用瑞典MALA地質(zhì)雷達(dá)配800 MHz和250 MHz屏蔽天線對(duì)里程YK85+000～YK85+200段進(jìn)行了襯砌和路面檢測(cè)。測(cè)線布置如下頁(yè)圖1所示。共發(fā)現(xiàn)各類大小襯砌缺陷11處，其中欠實(shí)5處，其余6處為欠實(shí)和脫空共存缺陷。YK85+000～YK85+200段病害主要集中在拱頂，以YK85+019～YK85+095.5段相對(duì)較為嚴(yán)重，其中YK85+070～YK85+077.5段右側(cè)路面推測(cè)存在范圍較大的欠實(shí)、脫空現(xiàn)象。

2.3路面面波勘探

由于場(chǎng)地混凝土層、較破碎灰?guī)r與中風(fēng)化灰?guī)r存在波阻抗和波速差異，具備地震勘探應(yīng)用基礎(chǔ)，可用以查明軟弱破碎帶的分布位置。多道瞬態(tài)面波勘探使用德國(guó)DMT公司生產(chǎn)的24道SUMMIT XSTREAM PRO綜合地震儀，在右側(cè)車道平行設(shè)計(jì)測(cè)線2條，CX1、CX2測(cè)線長(zhǎng)200 m，探測(cè)里程范圍為YK85+000～YK85+200，如圖2所示。

CX1測(cè)線剖面圖如圖3所示，主要可劃分為混凝土、較破碎灰?guī)r和中風(fēng)化灰?guī)r3層，破碎程度不同的上下兩層灰?guī)r層厚橫向不均勻，在剖面63～80 m處深度為4～7 m區(qū)域的橫波速度為420～480 m/s，推斷該區(qū)域?yàn)閹r溶破碎區(qū)。

CX2測(cè)線剖面圖如圖4所示，主要可劃分為混凝土、較破碎灰?guī)r和中風(fēng)化灰?guī)r3層，破碎程度不同的上下兩層灰?guī)r層厚橫向不均勻，在剖面55～100 m處深度4～7.5 m區(qū)域橫波速度為420～480 m/s，推斷該區(qū)域?yàn)閹r溶破碎區(qū)。

在右洞右側(cè)車道病害區(qū)均勻布置5個(gè)孔深約15 m的鉆孔，如圖5所示。

鉆探結(jié)果表明：ZK1號(hào)鉆孔路面12.8 m以下一定范圍存在炭質(zhì)灰?guī)r破碎帶；ZK2號(hào)鉆孔4.2～7.0 m深度揭示一充填型溶洞，充填物主要為粉細(xì)砂夾黏土。ZK2～ZK5號(hào)鉆孔揭示局部淺層較破碎炭質(zhì)灰?guī)r，圍巖破碎，裂隙發(fā)育，完整性差。

根據(jù)洞內(nèi)地質(zhì)鉆探結(jié)果，圍巖巖性與隧道出口部位出露的灰?guī)r不同，病害區(qū)總體上以灰黑色炭質(zhì)灰?guī)r為主，破碎程度在水平和豎直方向上差異較大，存在小型充填型溶洞和圍巖破碎帶。鉆孔水位埋深在路面以下0.97～1.65 m，以巖溶裂隙水為主。鉆探揭示結(jié)果與地質(zhì)雷達(dá)和面波探測(cè)所反映的異常區(qū)基本一致。

2.4.2地表鉆探

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形與路面標(biāo)高，在隧道右洞里程YK85+070處右側(cè)洞壁外8 m的地表位置布置1個(gè)100 m的鉆孔（鉆孔編號(hào)為DZK1），在里程YK85+095處左側(cè)洞壁外10 m地表布置1個(gè)80 m的鉆孔（鉆孔編號(hào)為DZK2）進(jìn)行鉆探?？碧缴疃葷M足鉆至路面以下≥10 m。

地表鉆探結(jié)果表明，病害區(qū)洞身圍巖主要為中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r，較完整，局部夾有較破碎炭質(zhì)灰?guī)r，溶蝕裂隙發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)溶洞和溶腔。其中DZK1號(hào)孔埋深55.2～58.9 m、89.2～89.8 m和93.0～94.7 m處為溶蝕裂隙破碎帶，DZK2號(hào)孔埋深24.7～28.9 m、30.0～32.0 m和60.0～80.0 m處為溶蝕裂隙破碎帶。

洞身范圍較破碎炭質(zhì)灰?guī)r主要分布于隧道右洞左側(cè)邊墻外至路面以下10 m及右側(cè)路面以下2～4 m范圍。地表鉆孔揭露兩側(cè)圍巖完整性相對(duì)較好，洞身兩側(cè)圍巖的工程性質(zhì)較路面以下的圍巖要好。

3病害成因分析

（1）施工因素：病害段二襯無(wú)鋼筋，二襯裂縫深度約為58～309 mm。隧道拱頂存在較大范圍的層間欠實(shí)和脫空現(xiàn)象，右側(cè)路面隆起段存在欠實(shí)區(qū)域，一定范圍存在破碎帶和軟弱巖層。

（2）地質(zhì)因素：隧道兩側(cè)洞身圍巖整體較完整，洞內(nèi)鉆孔揭露路面以下存在較破碎-破碎灰?guī)r，局部呈粉末狀、土狀，完整性差，在里程K85+074處右側(cè)路面以下4.2～7.0 m發(fā)育一處小型溶洞或溶腔，高度為2.8 m，充填飽和粉細(xì)砂。

（3）環(huán)境因素：雨季在水壓的作用下造成路面隆起，同時(shí)對(duì)拱腳造成向外側(cè)的擠壓，襯砌在受到仰拱隆起后的擠壓作用下而向圍巖側(cè)變形開裂。

綜合施工、地質(zhì)和環(huán)境等多方面因素，推測(cè)病害成因主要是由于病害區(qū)無(wú)仰拱、二襯無(wú)鋼筋，導(dǎo)致襯砌受到外推力后容易變形。同時(shí)，仰拱的隆起造成拱腳變形，隆起部位襯砌在外推力擠壓作用和上抬作用下而出現(xiàn)斜向裂縫，裂縫自隆起部分附近拱腳位置開始開裂呈現(xiàn)45°方向至拱頂開裂。路面以下圍巖的工程性質(zhì)較差，存在的溶洞是導(dǎo)致病害發(fā)育的主要因素，如圖6所示。

4處治方案（1）襯砌預(yù)加固：采用環(huán)向I25b型鋼鋼架作環(huán)向內(nèi)支撐，緊貼二襯表面安裝，縱向間距為1.0 m，鋼架采用25 mm螺紋鋼筋連接，鋼架基礎(chǔ)固定在縱向I25b型鋼抬梁上，如圖7所示。

（2）路面以下破碎帶加固注漿：可與內(nèi)支撐鋼架安裝平行作業(yè)。加固里程為K85+067.5～K85+115段，注漿管采用50 mm×5 mm鋼花管，單根長(zhǎng)度為5 m，布置間距為1 m×1 m。先水泥單液漿，再注“水泥漿+水玻璃”雙液漿，水泥漿水灰比為0.8∶1～1∶1，水泥采用P.O42.5水泥，水玻璃模數(shù)為2.8，水玻璃濃度為35°Be′。注漿壓力控制在0.6～1.0MPa，注漿參數(shù)可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。如圖8所示。

（3）增設(shè)仰拱：病害段原設(shè)計(jì)無(wú)仰拱，破除路面后，按S5-A級(jí)襯砌類型增設(shè)仰拱、仰拱回填。施工里程為K85+067.5～K85+115，長(zhǎng)度為47.5 m。內(nèi)支撐鋼架安裝后，方可開挖仰拱，每循環(huán)仰拱開挖長(zhǎng)度≤3 m。路面以下溶洞采用開挖回填C15片石混凝土進(jìn)行處治。為加快施工進(jìn)度，可視情況利用仰拱棧橋進(jìn)行跳槽開挖，增加工作面。如圖9所示。

（4）襯砌加固：增設(shè)仰拱、仰拱回填施工完畢后，開始襯砌加固作業(yè)，加固里程為K85+057.5～K85+125。加固方式采用“W鋼帶+42 mm錨管注漿+噴射鋼纖維混凝土”，之后采用聚合物砂漿抹面處理，如圖10所示。

①W鋼帶采用WD280/3.0型，28 cm寬、3 mm厚，縱向每1 m設(shè)置1環(huán)，鋼帶固定采用M16×60擴(kuò)底錨栓固定于二襯混凝土表面。

②42 mm錨管注漿：L=5.0 m，環(huán)向間距為2.0 m，梅花形布置。錨管配合W鋼帶進(jìn)行安裝，并提前在W鋼帶上預(yù)留孔。注漿管采用42 mm×4mm無(wú)縫鋼管加工，成孔采用YT-28風(fēng)鉆或履帶式鉆機(jī)。注漿先注水泥單液漿，再注“水泥漿+水玻璃”雙液漿，水泥漿水灰比為0.8∶1～1∶1，水泥采用P.O42.5水泥，水玻璃模數(shù)為2.8，水玻璃濃度為35°Be′。注漿壓力控制在0.8～1.0MPa，注漿參數(shù)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。

③C25網(wǎng)噴鋼纖維混凝土：16 mm環(huán)向鋼筋、12 mm縱向鋼筋，網(wǎng)格間距為20 cm×20 cm；鋼纖維采用等效直徑為0.3～0.5 mm的方形或圓形斷面，長(zhǎng)度宜為20～25 mm，長(zhǎng)徑比宜為40～60，鋼纖維摻量的體積率宜為1.0%。

④聚合物砂漿抹面：噴射混凝土后，對(duì)兩側(cè)蓋板以上3.5 m高范圍的表面進(jìn)行整平，之后采用聚合物砂漿抹面，提高處治工程外觀。

5結(jié)語(yǔ)

本文采用調(diào)查、物探和鉆探相結(jié)合的手段，對(duì)隧道路面起拱、襯砌開裂病害進(jìn)行了洞內(nèi)、洞外全方位的系統(tǒng)勘探，并根據(jù)勘探結(jié)果制定了針對(duì)性的處治方案，得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道病害采用調(diào)查、物探和鉆探相結(jié)合的綜合檢測(cè)手段，從洞內(nèi)、洞外進(jìn)行全方位系統(tǒng)檢測(cè)的方法是可行的，通過該方法能準(zhǔn)確把握運(yùn)營(yíng)隧道病害成因。

（2）本文采用的處治方案經(jīng)過2022年暴雨考驗(yàn)，效果良好。由此可見，本文采用的路面隆起病害和二襯開裂處治方案，措施有效可行，可為今后類似工程案例提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：邵小軍（1985—），高級(jí)工程師，主要從事高速公路建設(shè)項(xiàng)目管理工作。