高速公路建設(shè)項目隧道病害處治技術(shù)應(yīng)用

何朝順，楊 飛，趙華雨

（云南交投集團云嶺建設(shè)有限公司，云南昆明 650300）

0 引言

高速公路隧道的建設(shè)受到設(shè)計構(gòu)思因素、工程施工因素、地質(zhì)環(huán)境因素、人為因素等的影響，易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。部分病害會嚴重影響隧道的正常運行，還會危害到廣大群眾的人身安全。而利用有效的科學(xué)檢測手段進行隧道病害檢測，在檢測與分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)病害的嚴重程度、病害類別等，綜合比較多個處治方案后確定安全、合理的專項處置方案。

1 云南省寶華1 號隧道的特點

南澗—景東高速公路是云南省高速公路網(wǎng)中的重要項目，因其建設(shè)規(guī)模較大，建設(shè)條件相對復(fù)雜，施工難度等問題影響，導(dǎo)致工程項目工期較為緊張。其中寶華1 號隧道是項目建設(shè)攻關(guān)中的難點之一。寶華1 號隧道總長2580m，隧道通過段為強風(fēng)化巖體、泥砂巖等軟巖，由于區(qū)域斷裂構(gòu)造的作用，隧道工程建設(shè)中出現(xiàn)了巖體極破碎、軟巖大變形、巖性接觸帶等問題。隧洞施工也出現(xiàn)了大量的突泥、涌水等地質(zhì)災(zāi)害問題，部分路段的仰拱、二襯出現(xiàn)了凸起、裂縫、地面出現(xiàn)局部裂縫等，這給隧道施工增加了很大的難度。項目建設(shè)在施工和設(shè)計上，都是按照國際上通行的“新奧法”原理，以礦井施工為輔的方法來進行施工。在隧道施工準備階段，根據(jù)云南的工程地質(zhì)和地貌條件，采用工程類比、理論分析、圍巖施工動態(tài)反饋等先進的方法，并不斷采用新技術(shù)、新材料、新工藝，使地質(zhì)超前檢測方案更加完善、技術(shù)水平更加高超。即做到了在國內(nèi)同類產(chǎn)品中處于佼佼者的地位，還為以后的標準制定工作積累了一定的經(jīng)驗。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)時按照不同的救援級別、不同的車輛，在不同路段上分別配置相應(yīng)的裝備和分段進行救援，提高了機電設(shè)備的針對性，便于救援，同時針對云南不同地區(qū)的實際情況，制定了相應(yīng)的控制和管理模式。

2 高速路隧道病狀類別和形成原因剖析

2.1 襯砌腐蝕

我國諸多區(qū)域的高速路隧道土壤層里都富含大量的腐蝕物質(zhì)，部分隧道襯砌后面還可能潛藏大量的地下水系，該類地下水會順著隧道初期支護的洞孔、仰拱下方、襯砌變形縫等位置漸漸滲流到襯砌構(gòu)造的里側(cè)，對襯砌水泥混凝土磚縫和砌石形成化學(xué)性能或是物理特性的沉積作用，造成高速路隧道襯砌質(zhì)量缺陷。

2.2 襯砌裂損

高速公路隧道工程的襯砌裂損主要包含仰拱變形、拱腳不均勻沉降、襯砌裂縫、襯砌浸蝕破壞、襯砌開裂及其襯砌形變等。依據(jù)高速公路隧道工程襯砌裂開的通向，可以分成徑向裂紋、環(huán)向裂紋和豎向裂紋，隧道工程在施工中出現(xiàn)初期支護側(cè)墻和拱部的徑向裂紋和豎向裂紋，極易造成高速公路隧道工程掉塊、構(gòu)造形變乃至產(chǎn)生坍落，造成生產(chǎn)安全事故[1]。

2.3 水患

2.3.1 涌水和滲水

滲漏容易造成混凝土襯砌產(chǎn)生脫落和腐蝕，進而破壞襯砌構(gòu)造，而且會使圍巖變軟，圍巖承載力變?nèi)酰瑥亩斐沙跗谥ёo承載力加大，形成襯砌變形[2]。也有一些高速公路隧道工程的地面水中富含許多浸蝕成分，會腐蝕構(gòu)造物，造成隧道混凝土路面產(chǎn)生腐蝕侵害。不僅如此，高速公路隧道工程涌水和滲水不僅會影響機電工程操作系統(tǒng)的正常使用，還會腐蝕照明燈具，嚴重影響高速公路隧道工程的正常通行，大大降低機械設(shè)備的工作效率和使用年限。

2.3.2 襯砌積水

隧道工程中的地面水漸漸向隧道滲流匯聚，伴隨著水壓的擴大，會出現(xiàn)拱腳不均勻沉降和襯砌破裂，隧道工程圍巖構(gòu)造泥化或變軟現(xiàn)象，在云南省部分高寒地域非常容易構(gòu)成圍巖凍脹和冰脹，伴隨著時間的變化，隧道工程襯砌附近的地面水離析土壤層，造成襯砌變形。導(dǎo)致隧道工程水患的原因在于隧道工程施工環(huán)節(jié)破壞了原山體長期形成的平衡狀態(tài)，擴大了地面水聚集的范圍；一些建設(shè)單位在施工前，沒有依據(jù)高速公路隧道工程的設(shè)計規(guī)定，全方位掌握施工工地的地質(zhì)構(gòu)造狀況，對襯砌周圍地面水的水體、走向和水流量勘測不仔細；另外，在施工過程中管理不到位，部分單位使用的防水材料不符合要求，也會導(dǎo)致隧道襯砌滲水情況。

3 云南省高速公路隧道病害處治技術(shù)

3.1 對侵蝕問題的處理

由于隧道施工的襯砌內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)部分會出現(xiàn)被銹蝕的情況，所以要加強對內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)材料的防銹措施。首先，對隧道施工具體位置開展勘測，掌握水文條件和地質(zhì)環(huán)境狀態(tài)，確保搜集梳理的信息全面且準確，有參考意義。襯砌易受地表水的腐蝕，所以要對地表水的有效成分開展檢驗，假如地表水的腐蝕刺激性較大，就需要建立有效的安全防范措施[3]。除此之外，隧道施工處如有易銹蝕的成分，也會對襯砌造成腐蝕。為防范以上情況，首先，提升水泥混凝土的壓實度使其能夠更好地襯砌，可在水泥混凝土中摻加適宜的原材料，提升水泥混凝土的抗壓強度和抗腐蝕性能，也可直接選取抗腐蝕性優(yōu)良的水泥混凝土。其次，提升外排水設(shè)備，提前排放地表水，防止對襯砌構(gòu)成腐蝕。最后，提升襯砌的防水實際效果，保證原材料的防水性能指標優(yōu)良，保證原材料并不會與地表水發(fā)生化學(xué)變化。

3.2 襯砌裂紋地基處理施工技術(shù)

要依據(jù)襯砌的裂紋狀態(tài)有效應(yīng)用相對應(yīng)的地基處理施工技術(shù)，如此就可以達到事半功倍的效果。假如襯砌的裂紋較小，并不是特別嚴重且沒有滲漏問題，選用水泥砂漿開展修復(fù)；或是鑿開相應(yīng)的槽，再擦抹適度的環(huán)氧樹脂砂漿。假如襯砌的損壞程度較大，有可能會造成頂端坍塌，就需要再次開展修復(fù)工作。要有效處治隧道施工的襯砌，選用懸吊的形式保證安全施工，再運用靜態(tài)式的爆破施工工藝，拆卸剩下的水泥混凝土；為了更好地防止出現(xiàn)坍塌事故，要采用相應(yīng)的支撐對策，確保施工安全。當(dāng)全部的混凝土拆除結(jié)束后要再次砌筑，并保證水泥混凝土的黏度更高，可以將新水泥混凝土和舊水泥混凝土結(jié)合。假如襯砌的裂紋較為嚴重，但拱圈卻沒有遭受過大危害，就可以利用網(wǎng)噴水泥混凝土處置裂紋問題。高速公路在投入運作的環(huán)節(jié)前，要加強隧道仰拱滲水及裂縫檢測工作，存在質(zhì)量缺陷的仰拱及時切縫注漿、防排水及補強處理，混凝土路面施工時嚴格按照設(shè)計方案施工，從而保證隧道施工仰拱的牢固性，延長隧道施工的使用壽命[4]。

3.3 圍巖注漿

真正開展隧道工程施工前，必須利用打孔保障后續(xù)灌漿工作任務(wù)可以順利開展。除此之外，也能在開展隧道工程施工后，選用超前的圍巖打孔的方法實現(xiàn)灌漿使用。首先，開展圍巖灌漿時，要確定灌漿的材質(zhì)，保障材質(zhì)的質(zhì)量達標，科學(xué)合理開展材質(zhì)配比，挑選透水性優(yōu)良的材質(zhì)作為漿體。其次，明確灌漿的基本參數(shù)和灌漿工藝技術(shù)。再次，嚴謹保障漿體的硬度和黏性。最后，為符合理想化的灌漿成效，減少工程施工費用，要科學(xué)合理開展打孔，確立孔的具體位置。因為灌漿技術(shù)應(yīng)用要涉及眾多環(huán)節(jié)，與公路隧道的劃分狀況息息相關(guān)，要結(jié)合工程項目的真實情況對灌漿孔的具體位置開展調(diào)整[5]。

3.4 構(gòu)造抽換技術(shù)應(yīng)用

要及時對隧道的邊坡開展處置，在原先的工程項目根基之上避開襯砌以免導(dǎo)致毀壞。構(gòu)造抽換技術(shù)應(yīng)用主要是對隧道采取相應(yīng)的措施，使其避開隧道產(chǎn)生塌陷，維持其構(gòu)造的牢固性與安全性能。常見的材質(zhì)是鋼架結(jié)構(gòu)，因為鋼架結(jié)構(gòu)本身十分牢固，硬度大，所以，鋼架結(jié)構(gòu)是一種常見的應(yīng)用方法。且除去鋼架結(jié)構(gòu)以外，還要對被毀壞的位置開展拆卸，重新建設(shè)，合理有效避開原先問題，并對技術(shù)應(yīng)用開展改善。但是，這類方法費用比較高，工程施工時間較長，需要結(jié)合實際狀況慎重使用。

4 工程項目實例

4.1 工程概況

南澗—景東高速公路約長106.7km；寶華1 號隧道起止樁號：K29+975—K32+555，總長2580m；隧道以80km/h 為標準，主干路的建設(shè)以高速公路的標準為建設(shè)目標。

4.2 工程施工概況

進口端：工程于2017 年2 月正式開工，進口處的右側(cè)現(xiàn)在已經(jīng)全線貫通（仍然存在有280m 的路段需要進行治理），左側(cè)處向前掘進約1025m。

出口端：工程于2017 年6 月正式開工，出口處的右側(cè)現(xiàn)在已經(jīng)全線貫通（仍然存在有280m 的路段需要進行治理），左側(cè)處向前掘進約1470m。

剩余：右側(cè)總體計算后剩余約0m（仍然存在有280m 的路段需要進行治理），左側(cè)總體計算后剩余約20m（沒有存在需要治理的路段）。

4.3 地質(zhì)狀況

長蟲街弧形壓性破裂（F62）：處在新街斷裂帶東北側(cè)，并與之平行展布（F62、F63 斷裂帶相距約3km）。長56km，為壓性逆斷裂帶，斷面向南或南西傾斜。

新街弧形壓性破裂（F63）：測區(qū)總長94km，沿斷裂帶巖層壓擠粉碎較甚，褶曲揉皺劇烈，地層被截斷或倒轉(zhuǎn)，老地層逆推于不同的地層之上，并有飛來峰構(gòu)造，屬壓性破裂，為向弧外傾斜的逆斷裂帶。

4.4 監(jiān)測結(jié)果

運用邊坡有關(guān)的監(jiān)測信息可看出，在邊坡裂開處的水平區(qū)域改變特別大，并且地基沉降產(chǎn)生特別大的狀況是在長時間的連續(xù)降水過程中，對隧道工程開展的監(jiān)測結(jié)果得知，沒有因為長時間連續(xù)的降水而導(dǎo)致特別大的改變。于9 月29 日在國道的里側(cè)添加了6 個監(jiān)測點，從監(jiān)測的結(jié)果上也并沒有比較突出的改變。從剖析的結(jié)果可看出，邊坡表層的縫隙比較突出，水平位移和地基沉降特別非常明顯，從而可以知道公路邊坡有下溜的趨向，且接近隧道越近，邊坡水平位移和下沉便會越大，如此隧道偏壓就顯得特別嚴峻，并大幅度加劇了隧道前期初期支護的負擔(dān)。因為構(gòu)成邊坡地質(zhì)構(gòu)造絕大多數(shù)是含角礫、黏土質(zhì)角礫及碎渣石土低液限黏土，此次邊坡裂開根本原因是連續(xù)不斷降水，從而損害了高速公路隧道自身的構(gòu)造，導(dǎo)致隧道坡體變得越來越松弛，從而導(dǎo)致坡體抗壓強度隨著時間不斷地減少，使邊坡形變裂開的問題變得尤為突出。

5 處理措施

5.1 臨時性應(yīng)急措施

為取得更進一步的拓展，首先要選用噴射混凝土封閉式掌子面并留出泄水孔，對坍塌后方直接施做槽鋼內(nèi)撐開展鎖口，鎖口段開展洞內(nèi)切向注漿加固。洞外塌穴周圍直接做截水溝，盡早對塌穴進行封閉，另外建議采用防水板或者防水土工布來開展臨時性遮掩，避免降水滲入土壤層，而導(dǎo)致再一次的損壞。

5.2 裂開處理

5.2.1 地表結(jié)構(gòu)加固

因為裂開處地表地基沉降非常明顯，圍巖松動，為保障工地施工安全，隧道開挖前開展注漿加固，漿體選用1:1 水泥漿體。

5.2.2 坡面結(jié)構(gòu)加固

寶華1 號隧道出入口暗挖段改明挖后，溝槽開挖表明坡體地質(zhì)構(gòu)造以素填土、粉質(zhì)黏土、卵石土壤層為主導(dǎo)，沙土水分含量比較大、坡體自穩(wěn)固的能力較差。受強降雨氣候及坡體外公路邊坡滲漏干擾時，坡體非常容易產(chǎn)生裂開和坍方狀況，為保障工地施工安全，對坡體選用防水板或者防水土工布遮蓋臨時性的防水滲入，坡頂保障截水溝通暢，并對坡面采用水泥砂漿開展封閉式。為了保證施工的安全性和穩(wěn)定性，采用了插入式無縫鋼管和澆注水泥護腳。

5.2.3 換拱挖開

原有的方案是采用了超前的設(shè)計方案。現(xiàn)調(diào)節(jié)為雙層注漿小導(dǎo)管，添加切向灌漿構(gòu)成結(jié)構(gòu)加固圈，切向灌漿里承接臨時性結(jié)構(gòu)加固段。采用雙層墻體導(dǎo)向式開挖，逐級進行置換。

5.2.4 地表水封堵

因為寶華1 號隧道出入口段左側(cè)地表水充實，水位線也較高，隧道接近鐵路線路基工程，為避免地表水長時間超量從隧道排出引發(fā)鐵路線路基工程地基沉降，另外緩解接臨的寶華1 號隧道運營過程中泵房的抽水量，采用限排標準對偏壓較低側(cè)開展止水帶注漿加固，灌漿止水帶能基本隔斷隧道結(jié)構(gòu)和周圍水力通道，保證隧道結(jié)構(gòu)和終末運行的安全、可靠。

5.2.5 鋼管樁加固

因?qū)毴A1 號隧道出口處已施工段暗洞前期已整個受損，將坍塌部位由暗挖隧道更改成明挖隧道工程施工，為保障明挖作業(yè)環(huán)節(jié)中坡體平穩(wěn)，對坡體選用設(shè)定鋼管樁并注漿加固。在作業(yè)環(huán)節(jié)中應(yīng)特別注意：無縫鋼管放置結(jié)束后必須立刻灌漿，在孔內(nèi)灌水砂漿，漿體按方案設(shè)計砂漿配合比開展調(diào)節(jié)。另外鋼管樁宜5m 按段作業(yè)，鋼管樁作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)即作業(yè)樁頂連接樁承臺，樁頂連接樁承臺選用C30 鋼筋混凝土當(dāng)場混凝土澆筑，且整個置入平臺面下面，樁頭混凝土構(gòu)造底端不可懸在空中，確保其具有相應(yīng)的承載能力。

6 結(jié)語

在今后的隧道建設(shè)中，對病害成因的研究會越來越多，及時分析病害，在公路設(shè)計、施工和養(yǎng)護中，特別是在設(shè)計中采取有效措施。明確施工技術(shù)規(guī)范，嚴格控制施工過程，認真處理小問題，是預(yù)防和控制高速公路隧道病害最經(jīng)濟的途徑。此外，要加大養(yǎng)護資金的投入，使養(yǎng)護資金充足，以便及時治療隧道病害。要嚴防車輛超載問題，加強管理。只有這樣，才能減少高速公路病害的發(fā)生，確保高速公路的安全、耐久和快速使用。