官道嶺隧道病害檢測與處治對策研究

李永永

（山西省交通科學研究院，山西 太原030006）

1 隧道概述

晉陽高速公路官道嶺隧道建成于1997年，隧道原設計長1 170 m，設計變更后全長1 300 m，原設計隧道與加長段隧道采用長19 m的明洞連接。隧道起止里程為K37+944—K39+244，隧道設計速度60 km/h，斷面由單心圓（R=510 cm）構成，隧道限界寬為9.60 m，車道寬3.75 m，本隧道設計橫斷面組成為（1.10+0.5+3.75×2+0.50）m。建筑限界高度為5 m，隧道設計雙側檢修道。設計等級為一級汽車專用公路，單洞雙向隧道。

隧址區地形以構造剝蝕的低山及剝蝕堆積的丘陵地帶為主，隧道穿越蘆葦河與獲澤河分水嶺，區間溝谷切割劇烈屬低山，最大埋深104 m。隧道進口端地層巖性為灰巖、頁巖臭煤、雞窩狀褐鐵礦、粉礦巖、黃褐色泥巖，隧道中部、出口大部分為灰巖、泥灰巖、角礫狀泥灰巖、白云質灰巖等。地下水位變化較大，為地表裂隙水、深層巖溶裂隙水，隧道開挖時局部地帶有涌水，大部分段落有滴水，隧道穿越一褐鐵礦采挖區。隧道采用復合式襯砌，二襯采用全斷面施工。圍巖類別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類（對應現行設計規范為V、Ⅳ、Ⅲ級）的襯砌厚度分別為40 cm、35 cm、30 cm。2013年隧道進行滲漏水注漿處治，效果不太理想。

2 病害檢測

2.1 檢測內容

官道嶺隧道運營期間專項檢測內容以規范為準。

表1 官道嶺隧道土建結構專項檢查內容表

2.2 結構變形檢查（隧道凈空測量）

隧道凈空測量采用隧道激光斷面儀，每50 m一個隧道斷面，實測斷面與設計斷面比較后，隧道拱腳以上最大侵入凈空約6.8 cm。由于實測值無法與隧道交工時的斷面進行精準比較，故無法確定隧道結構是否發生了變化。經檢測大部分隧道檢測斷面較原設計斷面有3～6 cm凈空富余量。

2.3 裂縫滲漏水調查

裂縫調查采用裂縫測寬儀進行，官道嶺隧道本次檢查發現襯砌裂縫27條，主要分布在隧道拱頂及左右拱腰處。其中橫向13條，占裂縫總數48.1%；水平向14條，占裂縫總數51.9%。裂縫寬度0.1～0.5 mm，裂縫深度個別達到16 cm。官道嶺隧道襯砌表面有24處滲水，有1處滴漏且主要集中在拱頂處，目前對行車影響較小，但雨季會出現噴射狀現象，冬天滲水處會結冰。由于受前期滲水影響，局部混凝土表面有輕微劣化。

2.4 材質檢查

混凝土強度本次采用回彈法，檢測時每200 m作為一個評價段，每個評價段10個測區，即每個測區間隔約20 m，測區由左邊墻、右邊墻交替布置。每個測區布置16個測點。測區及測點布置如圖1所示，所測數據進行統計后取平均值，經驗算二襯混凝土強度基本達標。

圖1 回彈法檢測測區及測點布置示意圖（單位：cm）

采用酚酞酒精和碳化深度測試儀檢測碳化深度，官道嶺隧道襯砌混凝土碳化深度大于等于6 mm，檢測未發現襯砌有剝落、鋼筋外露等情況。

2.5 襯砌及圍巖狀況檢查

無損檢測采用地質雷達法進行，測前應對襯砌混凝土的介電常數或電磁波速做現場標定，且每座隧道應不少于1處，每處實測不少于3次，取平均值為該隧道的介電常數或電磁波速。地質雷達檢測時，沿隧道縱向在拱頂、兩側拱腰及兩側邊墻處各布設1條雷達測線，必要時采用網格加密檢測。如圖2中拱頂、a、a′、b、b′測線。

圖2 隧道縱向雷達測線布置示意圖

官道嶺隧道二次襯砌厚度共設1 241個抽樣點，合格的抽樣點數為932個，合格率為75.1%，統計結果如表2所示。

表2 官道嶺隧道厚度檢測結果評價表

經檢測，官道嶺隧道局部洞段存在因二次襯砌注漿不滿或不密實而形成的三角脫空及二次襯砌與初期支護結合不緊密的區域。官道嶺隧道檢測段測線總長6 500 m，存在上述質量缺陷的測線長度為240 m，約占測線總長的3.6%，脫空區主要分布在隧道拱頂及左右拱腰處，拱頂處孔洞局部高度可達0.31 cm，拱腰處空洞高度約為0.20 cm。

經檢查發現官道嶺隧道的主要病害為：a）二襯混凝土表面裂縫較多，大多集中在隧道拱頂及拱腰處；b）隧道存在滲漏水現象，特定季節較嚴重，危及行車安全；c）拱頂二襯厚度低于設計值；d）拱頂、拱腰處存在空腔現象。

3 成因分析

3.1 襯砌開裂原因分析

a）地質原因 隧道洞身段圍巖主要為灰巖、頁巖臭煤、黃褐色泥巖和白云質灰巖等，巖溶、裂隙發育，部分段圍巖較破碎，泥巖遇水軟化及開挖施工擾動和地下水潤滑作用，在長期的運營過程中可能產生松弛荷載，增大圍巖壓力，導致襯砌開裂。

b）施工原因 隧道混凝土施工時，襯砌及拱圈混凝土澆搗后，由于混凝土厚度不均勻，引起收縮應力集中，在薄弱處發生裂縫變形；部分段落存在二次襯砌混凝土厚度不足、襯砌背后脫空、超挖回填不密實等也是導致二次襯砌混凝土開裂的原因。

c）塌方、采空區影響 官道嶺隧道局部段落發生過大的塌方，塌方后處理不徹底，運營期間圍巖應力調整塌方區段出現裂縫。

d）地下水位標高變化較大，為地表裂隙水、深層巖溶裂隙水，襯砌背后排水系統失效，導致水頭增高，從而對襯砌產生較大的水壓力，進一步促進裂縫發育。

3.2 襯砌滲水原因分析

a）該項目修建于20年前，設計理念及施工水平局限，排水系統不完善。

b）襯砌裂縫及施工縫形成滲漏水源出水口。

c）隧道排水系統可能存在堵塞，以及以前注漿處理，導致拱頂及附近滲水出現。

d）原設計隧道與加長段隧道采用長19 m的明洞連接，明洞回填不密實及黏土隔水層失效導致地表水下滲。

4 處治建議

4.1 病害分級[1]

根據《公路隧道養護技術規范》（JTG H12—2015）第4.5.4條的相關規定，官道嶺隧道土建結構技術狀況評分JGCI=61，劃分為3類。隧道襯砌破損技術狀況評定值為2；隧道襯砌滲漏水技術狀況評定值為2；根據《公路隧道養護技術規范》第4.5.6條的相關規定3類隧道或存在評定狀況值為2的分項時，應對局部實施病害處治。

4.2 病害處治原則[2]

隧道病害整治設計要堅持“一次根治、不留后患”。根據調查正確分析掌握病害產生的原因和健全度，綜合考慮隧道運營的安全性及施工中的安全性、耐久性及經濟性等，并盡可能減少對交通的干擾。

4.3 處治對策

4.3.1 襯砌裂縫處治方案

對于寬度小于等于0.2 mm的裂縫，對表面涂抹裂縫修補膠進行封閉。對于寬度大于0.2 mm的裂縫，進行裂縫鑿槽注漿結構補強。裂縫嚴重地段進行襯砌加固處理。

4.3.2 襯砌補強處治方案

綜合考慮經濟、安全（局部采用內嵌外貼鋼拱架）、施工便捷性（2015年剛施作消防給水管道、交通量大），具體方案為裂縫寬度較大，深度大于6 cm但未貫通的區段：采用全斷面粘貼幅寬250 mm W鋼帶進行加固，鋼材厚度10 mm，兩環鋼帶縱向中心間距100 cm。在襯砌及鋼帶表面涂刷膠黏劑，使襯砌與鋼帶黏結為一體，再采用錨栓進行固定鋼帶。錨栓采用M16化學錨固螺栓，植入深度不小于16 cm。

裂縫龜裂且幾乎貫通襯砌厚度合格率偏低的區段：采用I14工字鋼在距檢修道3 m以上拱部位置將鋼拱架外露貼在既有襯砌上，拱部以下開槽20 cm寬、15 cm深，將工字鋼拱架嵌入襯砌結構中，縱向間距80 cm，拱部鋼架設置φ22縱向連接鋼筋，環向間距 75 cm，掛 φ8鋼筋網，網格間距15 cm×15 cm，噴射C25混凝土。

4.3.3 滲漏水處治方案

目前常見的處治方法有地表截水、堵水法、導水法及降低地下水位的引排法。本隧道滲漏水結合隧道現狀，確立綜合處治方案。隧道襯砌滲水處治時，對主要滲漏水部位采用導水法結合保溫措施進行處治，其部位附近的漏水程度輕微的采用壓力注漿法進行封堵止水。導水法結合保溫措施：在襯砌上切U形槽，尺寸15 cm×15 cm，埋設φ100 Ω形排水半管，其四周用堵漏材料填充；然后，鋪設保溫材料；最后，在處治段噴涂防火涂層。排水半管中的水最終引至排水邊溝排出洞外。對于明洞段滲漏水，考慮到明洞段及附近地表水下滲引起襯砌滲水的原因，在明洞段及附近的地表修復截水溝、排水溝，壓實明洞填土并重新施作黏土隔水層。對于隧道拱頂滲漏水：由于前期壓力注漿導致排水系統堵塞水位上升引起的拱頂滲漏水，采用拱頂壓力注漿法，將水系攔截到注漿圈外，沿圈下滲在拱腳打孔引排。

4.3.4 襯砌空腔處治方案

對于隧道拱頂及拱腰處的襯砌空腔段落，采用拱背注漿加固方案，注漿方案應根據具體的空洞、脫空的檢測情況，確定空隙部位后合理布置注漿孔，注漿壓力應小于0.5 MPa，注漿施工中應重視監測工作，當發生襯砌變形或排水系統堵塞時，可降低注漿壓力或采用間歇注漿。注漿有效擴散半徑為0.9 m，將注漿孔布置為1.5 m×1.5 m梅花型，注漿孔沿隧道軸向傾斜一定角度，注漿次序為先拱腰后拱頂進行，注漿材料采用325硅酸鹽水泥基35～40 Be的中性水玻璃，水灰比為1∶0.75～1。

5 結語

由于設計、施工、地質等方面的因素，運營隧道病害越來越多，給安全運輸帶來較大壓力。隧道病害處治是一項系統工程，病害處治應在調查掌握病害的基礎上，提出綜合性處治措施，并在施工時加強質量及安全管理，確保處治效果。