某公路隧道仰拱缺陷特征及處治

周康祥

（1甘肅公路交通建設集團公司，甘肅 蘭州 730030；2甘肅省隧道工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730000）

公路隧道中仰拱是重要的構成部分，該部分結構的受力通常比較復雜，如果出現缺陷病害，會嚴重威脅道路行車安全[1-2]。如何處治隧道仰拱缺陷是公路養護過程中需要重點關注的問題。本文以某公路隧道仰拱缺陷為例，分析了仰拱缺陷特征，并對不同類型缺陷提出了對應的處治措施。

1 公路隧道仰拱缺陷病害特征分析

某公路投入運行時間較長，對該公路中的5個隧道進行調查和研究，發現每個隧道內部均存在不同程度的病害問題，大致分為三類，分別為滲水掛冰、襯砌嚴重裂損和仰拱變形。這些病害在很大程度上威脅著行車安全，尤其是仰拱變形危害最大。現場調查發現，仰拱變形形式多樣，比如路面縱向拉裂錯臺、電纜槽側壁傾斜、墻腳下沉、路面隆起等。仰拱變形會受到周圍地質環境的影響，黃土隧道和石質圍巖隧道均容易出現仰拱變形問題，其中黃土隧道地質區域更容易發生電纜槽側壁傾斜和墻腳下沉[1]，石質圍巖公路隧道容易出現電纜槽側壁傾斜、縱向開裂錯臺、路面隆起等。

該公路在以往運行維護過程中，收集了不少隧道仰拱變形數據信息，本文對其中100條鉆孔芯樣或探槽資料進行了詳細研究分析。結果發現，發生了仰拱變形缺陷的區域，絕大部分芯樣沒有達到相關標準規范要求。仰拱的填充層和結構層都沒有100%達到相關要求，均存在不同程度的質量缺陷，其中比較典型的缺陷形式有：混凝土芯樣破碎、松散，混凝土內部存在孔洞，無仰拱結構層或厚度不夠等。病害問題比較嚴重的區域出現了基底圍巖受水浸泡軟弱、松散等問題。對鉆芯進行分析可以發現，混凝土芯樣長度嚴重不足，或結實度嚴重不足，混凝土底面極其不均勻、高度落差非常大，兩側墻腳與襯砌通常沒有很好的連接[2]。如圖1所示為不同仰拱缺陷形式所占比例。

圖1 不同仰拱缺陷形式所占比例

2 隧道仰拱缺陷處治方案選擇

公路隧道出現病害最根本的原因是施工質量存在缺陷。對于公路隧道仰拱缺陷病害，處治過程中需要重點注意下述幾個問題[3-4]：①充分了解仰拱缺陷病害形式，厘清公路隧道仰拱缺陷類型；②掌握仰拱缺陷已發展到何種程度，分析未來的發展趨勢,同時還要評估缺陷對隧道結構安全和穩定造成的影響；③了解隧道附近地質環境情況以及地下水情況；④了解維修施工環境條件。在充分考慮上述因素的基礎上，針對不同類型的仰拱缺陷可以采用相對應的處治措施。拆換處治是其中非常重要的方法，但不建議所有的仰拱缺陷都采用該方式，因為其會對隧道結構的穩定性造成很大程度的影響。

在處治某公路隧道仰拱缺陷時，采用了分類處治的方法：

1）仰拱缺陷已經比較嚴重，或經過評估后認為未來發展趨勢不容樂觀，或經過檢測后發現其施工質量存在嚴重缺陷，如基底圍巖軟弱、實際無仰拱且芯樣松散等，這些缺陷形式使得仰拱的承載能力顯著降低，對正常行車安全構成了較大威脅。對于這類比較嚴重的缺陷形式，處治方法以拆換為主，只有這樣才能夠徹底消除缺陷，保證行車安全。

2）芯樣局部松散或厚度較薄、基底圍巖較軟弱，這類缺陷不是非常嚴重，雖然已經表現出了一些問題，但不會對整體結構構成嚴重威脅，且經過評估后認為在未來長時間內不會進一步惡化。這類缺陷對整體結構的耐久性和穩定性稍有削弱，可采取一定的措施對其進行加固處理，避免對整體結構的穩定性造成進一步影響。

3）芯樣厚度不足但具有較好的完整性，且基底圍巖相對堅硬完整，這種病害相對較輕，基本不會對整體結構安全性和穩定性構成威脅，沒有表現出負面影響。對于這種病害較輕的缺陷形式如果貿然采取措施，起到的作用不大，反而會損害結構的穩定性，降低仰拱結構的安全。基于此，較輕的病害可以不采取加固措施，但是需要對其長期監視，防止其進一步惡化，監視過程中一旦發現問題立即采取措施進行處理[3]。

在處治隧道仰拱缺陷時，拆換是較常用的方法，技術相對成熟，本文不再詳述。某公路隧道仰拱缺陷處治中使用最多的是加固處治。對于仰拱與填充層鉆探芯樣局部位置較松散或厚度不足、基底圍巖較軟弱等問題，尚未表現出嚴重的危害性，可采用加固處治方法。對于一些不是非常嚴重的仰拱缺陷都可以采用這種方法，避免開挖過深對整體結構造成負面影響。部分公路隧道附近不具備分流道路，這時如果采用仰拱開挖處治方案，會導致道路阻斷，造成負面社會影響，此時也可以采用加固處治方案，無需完全阻斷道路，可對其中一半道路進行封閉施工，另一半道路保證行車，盡可能降低處治施工對社會造成的影響。如果隧道附近具備車輛分流條件，應該盡可能將車輛分流至其他道路，再對隧道仰拱缺陷進行處治施工，以確保行車安全。

加固處治主要是對仰拱、基底圍巖、填充層等進行加固處理，加固的措施主要有鋼管樁和注漿錨管樁。為保證注漿鋼管樁整體受力的平衡性，需在鋼管樁上側部位通過橫向型鋼進行連接，同時利用縱向槽鋼進行焊接，在橫向方向相鄰支撐通過鋼筋進行焊接連接，使其形成一個整體，保證整體的穩定性。為了盡可能提升混凝土底板上緣的抗拉強度，需要在內部設置鋼筋網片，其中鋼筋網片通過橫向上的型鋼和豎向上的鋼筋焊接而成。圖2為仰拱加固方案示意圖。

3 處治施工現場需重點注意的問題

1）開挖深度需合適，一般確保型鋼橫向支撐兩側位于電纜槽底部為宜。在混凝土底板位置需要修建排水設施，尤其是在地下水較豐富的區域，須將地下水及時排走，避免地下水堆積造成不良影響，可以在兩側拉槽部位縱向方向埋設排水溝，且每間隔一段距離在橫向方向設置排水溝，確保地下水能順利排走。

圖2 仰拱加固方案示意圖

2）注漿施工時，避免漿液堵塞排水管道。在鎖腳錨管端頭可以通過鋼墊板強化其與墻腳襯砌之間的連接。條件允許的情況下可以把襯砌表面混凝土鑿開讓鋼筋外露，然后將新鋼筋與混凝土內的鋼筋進行焊接，可以大幅提升連接效果。保證底板施工縫與原施工縫重合，也就是所謂的整版施工，能夠提升襯砌結構整體的協調性，優化其受力條件。

3）對仰拱進行加固處治時涉及很多操作，必須確保所有施工環節的可靠性。用I28工字鋼作為型鋼橫向支撐，縱向方向上兩個型鋼之間的距離控制在1m，型鋼兩側與32a槽鋼進行焊接處理，槽鋼與注漿鋼管也進行焊接處理，需要在槽鋼和鋼管對應位置開設孔洞，然后用鋼筋穿過槽鋼和鋼管進行焊接。條件允許時最好進行整幅施工，如果條件不允許只能分幅施工，則須注重中間連接工作。型鋼中部錯縫斷開，鋼墊板與型鋼之間利用高強度螺栓進行連接，同樣的，上部鋼筋網也需要錯縫斷開，再進行焊接處理。新舊混凝土接觸界面應該鑿毛處理，且在正式澆筑混凝土前需要將界面清理干凈，確保整潔后再澆筑，以保障混凝土連接的可靠性[4]。

4）采用加固處治方案時開挖深度雖然較淺，但不宜一次性開挖完成，通常控制在一板襯砌長度范圍內，同時在開挖過程中要強化質量監督和控制。

5）如果是邊施工邊通車，隧道內情況比較復雜，施工車輛、施工人員以及行車較多，為了保證行車安全必須對車輛速度進行限制，也可以適當采取交通管制措施，對于超寬超高車輛限制行駛或者進行分流。

圖3 仰拱加固施工現場

4 結語

某公路由于投入運行的時間較長，其5個隧道出現了不少病害，其中仰拱缺陷是最常見的形式，如滲水掛冰、襯砌嚴重裂損、仰拱變形等，嚴重影響著道路行車安全。對于仰拱缺陷，主要通過加固處治方案，有效排除了仰拱缺陷對整體結構穩定性的影響。