甘肅某高速公路隧道病害分析及處治

茍建元

（甘肅省天水公路事業發展中心，甘肅 天水 741200）

1 隧道概況

1.1 地質情況

該隧道隧址區為秦嶺西段，山高谷深，溝壑縱橫，依甘肅省區域地質志，項目區所處構造單元為北秦嶺華力西褶皺帶，該段屬黃河水系與長江水系的分水嶺地段，最大高程為1 872 m，最低高程為1 552 m，相對高差超過200 m，最大埋深為163 m，地貌上屬基巖中低山區[1]。整體地形來看，隧道進口突兀高聳，基巖谷坡陡立；中部受第三系地層覆蓋，寬緩起伏，間夾深切溝谷；隧道出口受碾盤山北緣斷裂切割下焰，呈較為平緩的丘陵地貌。根據水文地質調查及鉆探資料，該隧道地下水類型按其賦存條件和含水層性質可分為基巖裂隙水、松散巖類孔隙水兩大類型，對混凝土無腐蝕性[1]。

1.2 隧道概況

該隧道設計行車速度為80 km/h，高度為5 m，寬度為 13 m[0．75 m（左側檢修道寬度）+0．5 m（左側路緣帶寬度）+2×3．75 m（行車道寬度）+3．5 m（緊急停車帶寬度）+0．75 m（右側檢修道寬度）]。車行橫通道建筑限界：高度為5 m，寬度為4．5 m。人行橫通道建筑限界：高度為2．5 m，寬度為2．0 m。隧道設計荷載為公路Ⅰ級[2]。上行線里程樁號為SK713+382—SK719+420，隧道全長6 038 m；下行線里程樁號為XK713+359—XK719+405，隧道全長6 046 m。2011年12月開工建設，2015年10月投入運營。

2 病害發展及應急處置

2.1 病害發展

在2020年8月檢查中發現，該隧道下行線K718+300、K718+316、K718+260、K718+100—XK718+900段多處路面出現不同程度的滲水現象。委托甘肅省交通規劃設計院股份有限公司對該隧道進行技術狀況評定，評定情況如下：該隧道上行線土建結構為2類，下行線為3類。該隧道路面主要病害為XK715+820路面橫向切槽，填補材料剝落，坑槽較深；XK715+820左幅路面切槽，填充材料剝落，坑槽較深；XK715+790左幅路面切槽，填充材料剝落，坑槽內積水；XK715+785左幅路面切槽，填充材料剝落，坑槽內積水。其中，XK718+300左側路面存在滲水現象；XK718+316左側路面存在滲水現象；XK718+260（加寬帶）中央路面存在滲水現象。以上路面滲水點于后期發生大面積滲水，導致XK718+300—XK718+050段行車道路面積水嚴重。2020年10月，該隧道下行線路面滲水量明顯增大，隨著氣溫的降低，臨時增設的引排水措施相繼失效，導致該隧道路面滲水段落出現大面積結冰。該隧道下行線路面病害結果見表1。

表1 該隧道下行線路面病害結果記錄表

3 病害處治方案勘查定制

2.2 應急處置

經甘肅省交通規劃設計院股份有限公司對該隧道土建結構進行專項檢查，表明該隧道上下行線均為4類。按照《公路隧道養護技術規范》（JTG H12—2015）4類隧道應進行交通管制，盡快實施病害處治[4]。經地質雷達掃描，該隧道中心排水溝檢查井位于路面以下60～100 cm處，疏通檢查井會破壞路面結構且嚴重影響交通。根據該隧道的應急預案，為確保該隧道的行車安全，隧道管養單位立即在隧道進口前方路段及冬季結冰路段按照《道路交通標志和標線 第4部分：作業區》（GB 5768．4—2017）設置了安全作業區，在該隧道前方2 km處設立了“前方隧道內路面結冰，減速慢行”等提醒標志牌，在隧道入口及隧道內增設了爆閃燈，并對該隧道進行了交通管制，配備專人24小時值守，指揮車輛疏導交通。針對該隧道路面結冰的實際情況，實行兩班倒，對隧道內結冰路段進行除冰作業，在病害處治前期，最大限度地確保該隧道可安全通行。

3.1 病害排查

針對隧道的病害維修處治，原則上不應降低該隧道的原有技術標準，按照安全、經濟、快速、合理的原則，通過多方案技術、經濟比選確定[3]。為查明該隧道路面滲水的原因，制訂切實可行的維修處治方案，防止冬季隧道內路面大面積結冰，對行車造成安全隱患。

首先，采用水下機器人，利用它配備的攝像頭觀察直觀、可操作性較強的優勢進行隧道中央排水溝的檢查。在實際操作中，水下機器人只能深入到隧道中心排水溝內75 m，因為隧道中心排水溝淤塞嚴重，在隧道檢查井處無法繼續向前推進。因此，水下機器人不能有效地探究隧道中心排水溝是否暢通的問題。其次，按照經濟適用、對行車影響小的原則，在該隧道路面采用多點位開孔法，以滲水段落XK718+000為起始點，XK717+500為終點，以間距為25 m、直徑為14 cm鉆孔，共計鉆孔20個。打通檢查井預制蓋板，直通隧道中心排水溝，通過鉆孔發現，隧道中央排水溝堵塞主要原因為管道內的混凝土中鈣離子大量析出，從而導致隧道中央排水溝堵塞，從隧道四周匯集到隧道中心排水溝內的水流無法排出，導致積水從隧道路面滲出。

查明該隧道中心排水溝堵塞原因后，采用高壓管道疏通車進行中心排水溝的疏通，將疏通管從鉆孔處伸入中心排水溝，自中心排水溝下游往上游進行逐米疏通。但是，由于自行式高壓水槍只能清理小的雜物，不能疏通中心排水溝內的結晶物，而且自行式高壓水槍疏通的最遠疏通距離為11 m，最近疏通距離為3 m，因此對中心排水溝的疏通效果并不理想。根據現場和隧道的基本情況，該隧道路面滲水原因為中央排水溝堵塞，導致地下水無法及時排除，在圍巖水壓力作用下，地下水沿隧道底部裂隙滲出。

3.2 隧道中心排水溝非開挖疏通技術

隧道中心排水溝非開挖疏通技術主要包括帶有定位技術管道機器人及小型的水平定向鉆疏通技術。帶有定位技術的管道機器人配備的高清攝像裝置可以對隧道中心排水溝工作情況進行視頻影像采集至顯示終端，同時具有定位技術的管道機器人具備精確導航、翻越一定障礙物的能力，可以精確定位隧道中心排水溝淤堵段的位置；小型水平定向鉆技術可以實現對中心水溝淤堵段的非開挖疏通。從而對隧道中心排水管的堵塞情況繼續疏通，解決隧道路面的滲水病害，為隧道行車創造安全良好的通行環境[4]。

根據管道機器人的精確定位功能，確定隧道中心排水溝堵塞段的位置，然后利用水平定向鉆進行疏通。隧道的堵塞段的位置確定后，采取如下步驟：確定開窗位置→開窗→鉆進→恢復→循環。如圖1所示，用水平定向鉆進行隧道中心排水溝的疏通。①確定開窗位置：根據路面滲水病害的情況，確定隧道的路面滲水區段，將該隧道路面滲水區段的檢查井位置在隧道瀝青路面上標出，在隧道中心排水溝兩個檢查井中間確定隧道路面開窗的位置。②開窗：首先，將已確定的做好標記的開窗位置采用混凝土切割機將路面切割成30 cm×120 cm矩形，然后采用小型挖掘機破除該隧道的瀝青路面及水泥混凝土面板、仰拱填充層，直至找到隧道中心排水溝蓋板，鑿開蓋板找到隧道中心排水溝。③鉆進：在已開好天窗的位置，先穩固架設小型水平定向鉆機，并安裝適宜隧道中心排水溝尺寸的鉆桿，然后采用小型水平定向鉆沿線路走向進行鉆進作業，鉆至鉆桿長度與該位置距檢查井長度一致時退回鉆桿，反向鉆進另一面直至疏通這兩個檢查井區間的中心水溝。④恢復：利用小型水平定向鉆疏通隧道中心排水溝后，對開窗位置采用高強聚合物混凝土并植入鋼筋修復開鑿的天窗，恢復隧道內路面。⑤循環：另一段隧道中心排水溝重復以上4步的操作，直至將該隧道淤塞段的中心排水溝全部疏通完畢。

圖1 水平定向鉆疏通流程

4 病害處治小結

在該隧道路面滲水病害處治中，從路面滲水災害的發現，到冬季隧道內結冰的應急處置，再到隧道內路面滲水病害的原因研判，最后到隧道路面滲水病害的維修處治4個方面，比較順利地完成了該隧道路面滲水病害的維修處治。同時，利用隧道中心水溝非開挖疏通技術對隧道中心排水溝進行疏通效果明顯（如圖2所示）。通過本次隧道路面滲水病害的維修處治，對公路隧道日常巡查、隱患處治，以及新技術、新材料、新設備與新工藝應用等方面提出了更高的要求。相較于以往通過在隧道中心排水溝位置開挖，清除中心排水溝內淤塞物的疏通方法，隧道中心排水溝非開挖疏通技術在技術、經濟、安全方面具有顯著的優勢。

圖2 鉆孔位置疏通前后對比

（1）管道機器人能實現對隧道中心排水溝縱向整體是否能夠正常排水情況可視化，有效解決了以往只能通過隧道中心排水溝進出口是否出水及隧道內檢查井水位變化推測隧道整體縱向排水是否通暢的難題。同時，能夠精確定位隧道中心水溝淤堵段，為后期是否實施疏通該段提供了可視化的可靠依據。

（2）水平定向鉆可以實現對隧道中心排水溝由于水泥漿液淤堵、嚴重結晶等常規手段難以疏通段的有效疏通，并且不需要對隧道中心排水溝以上混凝土結構層進行開挖，對隧道既有結構的破壞及擾動小。

（3）隧道中心排水溝非開挖技術不需要分段打開隧道內的中心排水溝檢查井，現場實施過程中對既有交通影響小，相比開挖修復技術造價較低。

（4）隧道中心排水溝非開挖技術在處治隧道中心排水溝淤塞段時施工速度快，基本上可以做到隨時疏通隨時撤出隧道內的作業區，大大提高了隧道排水溝現場作業人員的安全性。同時，降低了隧道內通行車輛的安全隱患。

通過此次隧道路面滲水處治維修，為未來的工作積累了經驗。在隧道的日常養護工作中，應嚴格按照《公路隧道養護技術規范》（JTG H12—2015），根據公路等級、隧道長度和交通量的大小劃分隧道養護等級并按照養護等級實施養護，在隧道內養護作業不中斷交通，采取有效措施保障安全并減少對交通的干擾。做好隧道的日常巡查、經常檢查和隧道內的清潔工作，及時發現隧道病害，盡早實施預防性養護，積極而慎重地采用新技術、新材料、新設備與新工藝，使養護維修達到安全實用、質量可靠、經濟合理、技術先進的要求[5]。在公路隧道的養護過程中，盡早提前介入建立隧道養護技術檔案，與施工單位進行有效的銜接，為后期隧道健康安全運行打下堅實的基礎。同時，繼續秉持“團結協作、創新進取、敬業奉獻、甘當路石”的理念產，以保障公路暢通、服務社會為己任，踐行甘肅公路精神，為服務地方經濟發展保駕護航。