黃土地區公路隧道明洞下沉病害處治設計

竇斌強

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

隨著我國交通建設的飛速發展，有大量高速公路隧道進入運營維護階段，然而由于隧道建設和運營過程中或存在的施工質量不過關、監管不到位或養護不及時等問題，致使隧道在運營過程中出現不同程度的病害，給人們的出行埋下安全隱患。其中，由于黃土地區地質環境復雜，受到降雨等因素的影響，導致隧道產生明洞及洞門出現下沉變形，進而隧道洞身出現裂縫，洞門出現斷裂等病害。由于運營隧道明洞下沉病害處治難度大，方法單一等因素的限制，國內沒有形成較為有效的處治手段與方法，導致多數隧道明洞下沉病害出現反復處治的現象，在埋下安全隱患的同時浪費國家資源財產[1]。

1 高速公路隧道明洞下沉病害分析

造成黃土地區隧道明洞出現下沉病害的原因多為明洞地基承載力不足和隧道洞口出現偏壓現象[2]。

a）黃土地區地質環境復雜，一是部分黃土自身土質較疏松，存在一定的濕陷性；二是黃土地區存在梁峁區，地形起伏大，深切沖溝發育，易被沖刷，且伴有黃土陷穴與落水洞。當出現降雨時，由于上述原因會導致明洞地基局部承載力下降，明洞出現不均勻沉降，出現明洞下沉，拉裂以及錯臺現象。

b）當隧道洞口存在偏壓偏載情況時，明洞會長期處于不均勻的受力狀態，誘發明洞產生不均勻沉降、拉裂以及錯臺現象。同時明洞下沉病害多伴隨著路基破壞、洞門開裂沉降以及洞身失穩甚至隧道邊仰坡失穩等情況。

2 黃土地區公路隧道明洞下沉病害處治設計要點

a）組織人員調查病害現場，查閱原有設計資料、施工資料、養護資料，確定隧道病害產生的原因。

b）確定病害處治方案 （a）改善優化隧道洞口段落排水情況，降低和排水雨水對地基基礎的影響。（b）病害段落明洞暗洞拱腳加固，保障施工期間洞身的穩定性。（c）對隧道病害段落的地基進行加固，增加隧道地基承載能力。（d）門墻后修筑背梁、翼墻加固洞門，修復加固洞門，并提高洞門強度。（e）隧道洞口修筑擋土墻，提高洞門與明洞的整體穩定性。（f）修復電纜槽、邊溝和路面。

c）監控量測方案設計 地表下沉量測，隧道洞內變形量測，洞內、洞外路面變形量測。

d）交通組織設計 交替分段分車道封閉不中斷交通施工方案，合理放置輔助指示標志，誘導車輛安全通過。

3 實例應用

3.1 工程概況

某高速公路隧道設計速度80 km/h，建筑限界為10.25 m×5.0 m，隧址區位于黃土丘陵區，地表形態表現為黃土梁峁狀，隧道穿越的黃土梁峁呈近東西向，兩側為黃土沖溝，谷坡陡立，植被稀疏，以灌木為主。通車運營期間內，某隧道右線明洞出現不均勻沉降，導致明洞出現拉裂、錯臺、隧道洞門開裂沉降、邊仰坡出現裂縫等病害。

3.2 病害原因調查

經過查閱原有設計資料、地質勘查資料、施工資料與養護資料，并結合現場踏勘情況，明確該隧道明洞下沉病害主要為兩個原因，一是洞口地基土較為濕軟，承載明顯不足，導致明洞與頂門出現不均勻沉降，出現裂縫；二是隧道洞口偏壓偏載導致隧道明洞和暗洞發生向前的位移，進而形成張裂縫。

圖1 洞門沉降引起的明洞錯臺

圖2 偏壓引起的洞口護坡開裂

3.3 病害處治方案設計

3.3.1 完善截排水設施

隧道洞門墻后截水溝、洞頂截水天溝、急流槽進行修復完善，對隧道出口右側天然溝內的截水溝、落水洞、沖溝進行排除處治，落水井進行灰土回填壓實，沖溝進行疏導局部回填避免積水。對靠近路基邊緣處的截水墻、跌水井進行修復完善。

3.3.2 明洞、暗洞拱腳加固

右線出口20 m范圍內的明洞、暗洞兩側拱腳處施做三向錨管，保障施工期間的洞身穩定性。錨管采用直徑為89 mm的無縫鋼管，外徑89 mm，壁厚6 mm，長6 m。施工結束后用M30水泥砂漿緊密充填，增強導管的剛度和強度。

3.3.3 高壓旋噴樁加固隧道地基

右線出口20 m范圍內的隧道仰拱下方地基進行高壓旋噴樁加固。加固旋噴樁樁徑50 cm，樁距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根長10 m，共計120根1 200 m。

圖3 高壓旋噴樁加固隧道地基

3.3.4 高壓旋噴樁加固洞外地基

右線出口10 m范圍內的洞外地基進行高壓旋噴樁加固。加固旋噴樁樁徑50 cm，樁距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根長10 m，共計60根600 m。

3.3.5 混凝土樁處理擋墻地基

擬修筑擋墻位置處設置混凝土樁處理擋墻地基。混凝土樁190根，每根長8.0 m，樁徑0.5 m，梅花型布樁，樁距1.35 m，共長1 520 m。樁基施工完成后，在樁頂鋪設50 cm砂礫墊層。

3.3.6 洞門墻后修筑背梁、翼墻

在洞門墻后修筑背梁、翼墻，增強洞門抗裂性能。背梁高200 cm，寬60 cm，總長22.80 m；翼墻1頂寬60 cm，高200 cm，厚60 cm；翼墻2頂寬60 cm，高330 cm，厚60 cm。

圖4 洞門墻后修筑背梁

錨固鋼筋梅花型布置，采用錨固劑錨固于洞門端墻、明洞上，施工需將錨固鋼筋與洞門墻后背梁主筋焊接在一起。

3.3.7 隧道洞口修筑擋土墻

在隧道洞口修筑擋土墻，解決洞口偏壓偏載問題，提高洞門與明洞的整體穩定性。擋墻頂部寬2.2 m，高11.5 m，擋墻基礎埋深大于等于1.5 m，長度共計55.5 m。擋墻要求地基承載力不小于300 kPa。

3.3.8 電纜槽、邊溝和路面進行修復

隧道內外加固旋噴樁施工完成后，半幅路面銑刨并重新鋪筑AC-13改性瀝青混凝土表面層、AC-20改性瀝青混凝土中面層。對因施工而破壞的隧道內電纜槽、邊溝進行修復。

3.4 監控量測方案設計

3.4.1 地表下沉量測

隧道洞口施工淺埋段，應加強地表沉降觀測，嚴格控制地表下沉。

3.4.2 隧道洞內變形量測

通過洞內變形收斂量測來監控洞室穩定狀態和評價隧道變形特征。該項屬主要量測項目，包括凈空收斂量測、拱頂下沉量測和邊墻裂縫量測。每5 m設置一個監測斷面，一個監測斷面布設3個監測點，拱頂一處，拱腰兩處。通過對量測數據的整理與回歸分析，找出其內在的規律，確保施工及后續運營安全。

3.4.3 洞內、洞外路面下沉量測

隧道洞內、外路面應加強路面下沉觀測，嚴格控制路面下沉。每5 m設置一個監測截面。一個監測截面布設3個監測點，左右側路面邊緣各一處，路面中心線一處。

3.5 交通組織措施方案設計

a）高速公路明洞病害處治設計中隧道處置時，采取交替分段分車道封閉不中斷交通施工方案，須經過施工路段車輛合并至另一車道行駛，繞行相應施工路段后回到正常路段行駛；部分拆除、吊裝過程需要短時間中斷主線交通的宜進行集中安排、分區段實施。

b）各項工程的施工方案都要考慮到對主線交通的影響程度，在高速公路沿線采用門架式電子屏作施工提示；標志牌、指示燈、隔離墩、防撞筒等安全警示及誘導設施依照設計進行布置，有效分流，將影響程度減少到最小。

c）封閉路段需有交警、路政人員配合進行協調、組織和管理，建立交通事故快速處理應急方案，確保交通暢通。

4 結論與建議

本文根據黃土地區某高速公路隧道明洞下沉病害的具體情況，對病害成因進行了分析，在充分考慮技術可行性，運營安全性的前提下，總結提出了隧道明洞下沉病害處治方案設計的若干要點。

a）重視病害成因分析和隧道結構破壞情況，針對性地進行加固方案設計。

b）加強監控量測，通過對量測數據的整理與回歸分析，找出其內在的規律，確保施工及后續運營安全。

c）合理設計交通組織措施，降低行車與施工的互相干擾，確保交通暢通，行車安全。