丘陵地區隧道病害特征與整治技術研究

姜博JIANG Bo

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司，西安 710075）

0 引言

隨著我國交通工程的迅速發展，越來越多的隧道修建在南方丘陵地區，該地區降雨量大、自然侵蝕嚴重、地質災害頻發，該地區隧道運營后易出現多種病害，包括襯砌開裂、脫落、滲水等。

目前有一些關于丘陵地區隧道施工與支護技術的研究。李建偉[1]通過地質勘察、超前地質預報、雷達探測等方法分析了華北丘陵區隧道巖溶特征，并提出注漿固結、超前支護、堵排結合等處理方案。王海龍[2]在開展丘陵地區隧道工程地質調研基礎上，采用數值模擬方法分析了降雨對隧道結構與邊坡的影響，提出了邊仰坡治理范圍。趙軍等[3]采用數值模擬方法基于Hoek-Brown 模型估計了鄂北丘陵崗地區綠泥石片巖劣化參數，分析了隧道支護結構受力特性，提出該種地層中錨桿能夠充分發揮支護作用。李彥[4]創建了丘陵地區高速公路隧道施工風險評估方法，建立了致災因子風險評估矩陣與數據處理模型，基本實現了丘陵地區施工風險信息化評價。劉傳利等[5]依托云南省某丘陵地區高速公路隧道洞口工程，采用數值模擬方法分析了暴雨情況下滑坡體位置合理進洞方案，提出了坡體加固范圍。

現有成果缺乏對丘陵地區隧道病害研究，本文依托某南方丘陵地區高速公路整條線上隧道病害統計，采用雷達探測、數據分析等方法分析了隧道病害原因，并針對性地提出了該地區隧道病害整治方案。

1 項目概況

某高速位于廣東省粵境至河口地區，地形復雜，以丘陵、山地、臺地為主，降雨充沛，該段隧道有18 座，單洞全長41332m，為雙向四車道設計，按新奧法原理采用復合式襯砌，初期支護采用錨噴支護，二次襯砌為模筑混凝土曲墻式襯砌。防排水遵循“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”的原則，襯砌背后防水層采用PVC 復合防水板，洞內設雙側排水溝，襯砌混凝土和噴射混凝土、噴射混凝土和圍巖間分別設置縱向排水管和環向排水管。

2 隧道病害

該段高速已經運營超過十年，經過定期檢查和地質雷達專項檢測，檢查結果顯示沿線隧道多存在襯砌裂縫、滲漏水，襯砌脫空、欠厚等病害。

2.1 隧道病害特征

根據現場踏勘可發現，隧道洞門墻墻身均存在浸滲現象，隧道洞身襯砌出現縱向、環向裂縫、斜向裂縫，滲漏水等病害，其中以環向裂縫為主，個別隧道內有積水，滲漏水較為嚴重，如圖1 與圖2。為期一年的裂縫寬度監測數據表明，大部分裂縫處于穩定狀態，少量裂縫仍在繼續變寬。

圖1 隧道洞門墻墻身浸滲

圖2 隧道襯砌病害

2.2 隧道襯砌缺陷

經過地質雷達掃描可得多處襯砌背后出現連續脫空，如圖3。由圖可得脫空位置出現在二次襯砌中，深度在0.20~0.60m 之間，脫空高度在8~30cm 之間，其中拱頂與拱腰脫空最為嚴重，多處隧道存在厚度明顯不足現象，襯砌脫空會造成結構受力不均勻、承載力不足、應力集中，造成襯砌開裂、漏水等。同時由于隧道排水設施不完善，排水能力較弱，導致脫空中積水，結構承受較高水壓，加劇了結構裂縫的擴展，進一步造成防水失效。

3 隧道病害處治設計

3.1 洞門墻滲漏水處治

對于洞門墻滲水采用鉆孔引排的方式進行處治，具體如下：在滲水處橫向中部位置，在5.5m 和8m 高處分別鉆傾角為10°的Φ80 鉆孔共3 個，鉆孔深度5.1m；鉆孔內設置全透型曲紋網狀PE 韌性組合型透水管（Φ70 外管，Φ50內管），透水管長5m；孔口段不小于50cm 長度采用M30防水砂漿封閉排水管與墻體之間的縫隙；排水管孔口采用兩通管或三通管與豎向排水管相接，將水引入路基排水邊溝。

3.2 隧道襯砌裂縫處治

對于寬度小于0.2mm 的隧道裂縫暫不封閉，加強觀測；對于0.2mm＜寬度＜0.5mm 的隧道裂縫，采用環氧樹脂類或改性環氧膠泥對裂縫表面進行封閉，對裂縫封閉后，灌注裂縫修補膠進行結構補強。灌注裂縫采用空氣泵壓注法，壓漿罐與注膠嘴用聚氯乙烯高壓透明管相連接，連接要嚴密，不能漏氣。對于環向裂縫由下向上逐漸壓注。

3.3 隧道襯砌滲漏水處治

對于襯砌滲漏水處治主要內容包括排水邊溝增設降水井以及拱腳增設泄水管。

3.3.1 增設降水井

由于部分隧道地下水系較為發育，襯砌局部位置已出現明顯浸滲，采用增設降水井的方法降低襯砌背后水位，如圖4。選取隧道邊溝底合適位置鉆孔，孔徑15cm，孔深6m，滲漏水密集段落縱向間距5m，非密集段落布設于滲漏水出水點對應位置，并通過設置全透型曲紋網狀PE 韌性組合型透水管使襯砌背后水位降至與隧道邊溝齊平。

圖4 隧道降水井設計圖

3.3.2 拱腳增設泄水管

對存在涌流、滴漏的滲水部位或段落，在增設降水井的基礎上同步增設泄水管增加泄水通道，達到快速降低襯砌背后水位的目的，如圖5。在拱腳部位檢修道蓋板以上20cm 處選取合適位置鉆泄水孔，孔徑10cm，孔深3m，滲漏水密集段落縱向間距5m，非密集段落布設于滲漏水出水點對應位置，并通過設置雙壁打孔HDPE 管將水導入隧道邊溝內，通過邊溝將水排出洞外。

圖5 拱腳增設泄水管設計圖

3.4 隧道襯砌脫空處治

對于襯砌脫空處治主要內容包括背后注漿以及局部置換。

3.4.1 襯砌背后注漿

襯砌空洞注漿填充適用于襯砌背后脫空段落較長、高度較大的情況，其處治目的是確保二次襯砌與初期支護之間緊密貼合，改善襯砌受力條件，如圖6。采用Φ32 鋼管向襯砌后注入水泥砂漿，水灰比應介于0.8:1～1:1 之間，水泥與砂的比例為1:0.5。注漿從邊孔開始，工作壓力0.1~0.2MPa，當有漿液從中孔中流出時，接著從中孔壓注水泥砂漿，工作壓力保持0.2MPa，直至出氣孔有漿液流出，此段注漿結束。

圖6 脫空區注漿設計圖

3.4.2 局部襯砌置換

對襯砌厚度＜10cm 的區域部位，拆除原有二襯后，重新澆筑C30 鋼筋混凝土，進行局部襯砌置換，如圖7。拆換二襯厚度＜10cm 的區域范圍，新舊混凝土之間應采用Φ25鋼筋進行植筋連接，新增格柵鋼架應與植筋焊接牢固，植筋深度50cm，搭接焊接長度為30cm。拆除總體原則是“先環向后縱向，先中間后兩邊，分段拆除”。每拆除1m 長二襯后應立即植筋，并綁扎、焊接格柵鋼架。然后利用小模板新澆筑C30 鋼筋混凝土，最后拆除二襯模板，進行二襯混凝土養護。

圖7 局部襯砌置換設計圖

4 監控量測

施工過程中應做好監控量測工作，在隧道主洞段襯砌裂縫、滲漏水、加固處治施工過程中，應監測襯砌外觀情況，若短期內襯砌出現異常情況時，應立即停止施工采取有效措施。施工完成后應繼續進行裂縫縫寬監測，監測頻率可按照1 次/月進行，并對監測數據進行分析、總結，以掌握加固維修處治效果。經過為期1 年的監測，數據表明處治措施效果較好。

5 結論

①丘陵地區隧道病害表現為：洞門墻滲漏水，襯砌出現縱向、環向裂縫、斜向裂縫，滲漏水等，局部襯砌出現脫空。②襯砌脫空在地質雷達上表現較為明顯，多出現在拱頂與拱腰，造成承載力不足、應力集中，最終導致襯砌開裂。③對于洞門墻滲漏水采用鉆孔引排措施，對于襯砌裂縫采用灌漿封閉措施，對于襯砌滲漏水采用加強排水，對于襯砌脫空采用背后注漿與局部置換措施。