高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害處治技術研究

譙峰

（四川綿南高速公路開發有限公司，四川綿陽 621000）

0 引言

高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害是因混凝土材料質量不合格、施工工藝不當、自然環境等多種因素造成的。掉塊病害不僅會導致道路表面出現損壞，還可能引發交通事故，嚴重威脅駕駛員和乘客的生命安全。因此，需要從根本上解決高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害，以確保道路安全運行。近年來，隨著科技的不斷發展和進步，高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害處治技術也得到重大突破和創新。目前，常用的隧道二襯混凝土掉塊處治技術包括補修、防腐、加固等方法。通過對病害部位進行細致的檢測和分析，并針對問題所在，采取相應的處治措施，可以有效延長隧道的使用壽命，同時提高道路的通行能力和安全性。

1 工程概況

華鎣山隧道自2016 年4 月28 日開始運營至2023年已有七年，已發生多起防火涂料層和二次襯混凝土開裂、松動、脫落等問題，給過往車輛及乘客帶來一定的安全隱患。經過對地勘資料、原設計文件等資料進行查閱和分析，初步認為病害的成因包括以下幾個方面：第一，隧道穿越白云巖、灰巖、泥灰巖等多種可溶巖地層，由于地下水及巖溶發育，導致隧道局部段落墻背可能存在較大水壓，從而引起襯砌開裂；第二，隧道附近存在采煤巷道和采空區，隨著運營時間推移，巷道和采空區逐漸變形、收斂，甚至塌陷，因此導致隧道周邊圍巖變形，并引起襯砌開裂；第三，若隧道混凝土澆筑質量不佳或者表面防火涂料施工質量較差，則會造成其強度和耐久性不足，從而在長期運營下出現開裂、松動等問題；第四，隧道施工質量存在缺陷，局部段落存在厚度不足、墻背空洞、襯砌脫空等質量問題，導致襯砌薄弱位置出現開裂；第五，隧道局部圍巖地層夾石膏的石膏部分存在膨脹性，導致襯砌受到的圍巖壓力增大，從而引發開裂問題。在以上多種因素綜合作用下，隨著時間推移，導致防火涂層及襯砌結構出現開裂、脫落等病害。

2 隧道二襯混凝土掉塊病害的危害

一方面，隧道二襯混凝土掉塊病害可能導致結構的破壞和失穩。隧道是大型交通基礎設施中的重要組成部分，承受著巨大的地下壓力和車輛荷載。二襯混凝土出現掉塊病害時，會導致結構強度和剛度降低，并引起結構的破裂、變形和失穩，從而給隧道的整體穩定性帶來嚴重威脅。這不僅會給隧道設備的正常運行造成影響，還可能給隧道內的人員和車輛帶來安全隱患，并引發其他連鎖性問題。例如，掉落的混凝土塊可能砸中過往車輛或行人，造成人身傷害甚至生命危險。同時，掉塊病害也可能導致隧道內部的結構物損壞，如電纜、管道等，進而影響隧道供電、供水和通信等基礎設施的正常運行。另一方面，修復和維護隧道二襯混凝土掉塊病害的成本巨大。一旦發現二襯混凝土有掉塊現象，需立即采取措施進行修復和處理，以確保隧道使用安全。對其進行修復和處理，涉及材料、設備、人力等多方面的投入，會給隧道管理者和維護者帶來巨大的經濟壓力。

3 隧道二襯混凝土掉塊病害的成因

3.1 溫度變化

由于外部環境的影響，隧道內部晝夜溫差較大，溫度變化會使混凝土材料產生膨脹、收縮等變形問題，同時產生內部應力，如果混凝土材料的強度不足以承受內部應力，將會導致混凝土出現開裂、剝落問題。此外，在養護期間，溫度的變化會直接影響混凝土的硬化速度和質量，如果養護不當，混凝土的表面很容易出現龜裂、起殼等問題，最終導致混凝土掉塊病害發生。

3.2 水分滲透

隧道工程通常會遭受地下水的壓力。地下水壓力會使水分通過混凝土的微細孔隙進入混凝土內部。當地下水中存在一定的酸性物質時，這些物質會侵蝕混凝土內部的水泥基質，導致其疏松化和損壞。隨著時間的推移，水分滲透加劇，混凝土內部結構逐漸松散，最終引發混凝土掉塊現象。同時，隧道施工過程中，由于施工質量不佳、施工時未能完全密實等原因，混凝土內部可能存在孔洞、裂縫等缺陷。這些缺陷會成為水分滲透的通道，使得地下水迅速侵入混凝土內部，加速混凝土損壞和掉塊問題。此外，隧道所處的地質環境也會對混凝土水分滲透產生影響。例如，如果地質條件較差，而地層中存在含水量較高的粉砂質土壤或含有可溶性鹽類的巖石，其會隨著地下水的滲透進入混凝土內部，引發混凝土溶解和腐蝕，并導致混凝土出現剝落和掉塊問題。

3.3 隧道運營振動

隧道運營振動會使混凝土中存在的微小裂縫逐漸擴大。首先，當車輛經過隧道時，由于地面和隧道結構受到振動力的作用，混凝土中原有的微裂縫會逐漸變大，并導致混凝土表面出現脫落和掉塊問題。其次，隧道運營振動還可能導致混凝土材料疲勞、損壞。頻繁的振動作用下，混凝土內部材料會逐漸疲勞，并失去原有的強度和韌性，最終導致混凝土表面產生掉塊和破損問題。最后，隧道運營振動還可能引起隧道結構發生整體變形，進而對二襯混凝土造成額外的應力和變形。隨著時間推移，應力和變形會導致混凝土出現開裂和剝落問題，并加速混凝土掉塊病害發生。

4 高速公路隧道二襯混凝土掉塊病害處治方案

4.1 裂縫及滲漏水處治

應遵循“以堵為主、堵排結合、因地制宜、多道設防、綜合治理”的原則，根據裂縫尺寸和滲漏部位、滲漏現象等采取不同的措施，并進行針對性的處治。具體方法如下：一是壓力灌注法。先鉆孔壓注裂縫修復膠止水，再在基層表面設置剛性防水層。二是引排法。全環外掛接水槽并引排至排水系統，最后在基層表面設置剛性防水層。

4.1.1 水泥基滲透結晶型防水涂料處治

混凝土基層表面應保持干凈并充分濕潤，但不得有明水；應對光滑的混凝土表面進行打磨處理。應按產品說明書或設計規定的配合比嚴格控制用水量，并在配料時采用機械不斷攪拌混合料。同時，配置好的涂料從加水開始應在20min 內用完，且不得向配好的涂料中加水加料。涂刷時，應多遍交替改變涂刷方向，并在涂層終凝后及時進行噴霧干濕交替養護。養護時間不得小于72h，且期間不得采取澆水或蓄水養護。

4.1.2 聚合物水泥防水砂漿處治

基層表面應堅實、清潔，并充分濕潤、無明水。應分層鋪抹防水層，并在鋪抹時進行壓實、抹平處理。應保證最后一層表面提漿壓光，并保證聚合物水泥防水砂漿拌和后在規定時間內用完，且施工中不得隨意加水。砂漿層未達到硬化狀態時，不得澆水養護，硬化后應采取干濕交替的方法進行養護，且養護溫度不應低于5℃。同時，應保持砂漿表面濕潤，養護時間應不少于14d。此外，若環境相對潮濕，便可在自然條件下進行養護。

4.1.3 注漿止水處治

應確保注漿止水施工時所配置的風、水、電可靠，必要時可設置專用管路和線路。從事注漿止水的施工人員應接受專業技術、安全、環境保護和應急救援等方面的培訓。配制單液注漿漿液時應遵循“少量多次”和“控制漿溫”的原則，并保證雙液注漿時漿液配比準確；基層溫度不宜低于5℃，漿液溫度不宜低于15℃；應保證注漿設備正常作業的前提下，采用較小的注漿孔徑和小內徑的注漿管路，且注漿泵需靠近孔口（注漿嘴），注漿管路要短；注漿止水施工可按清理滲漏部位、設置注漿嘴、清孔（縫）、封縫、配制漿液、注漿、封孔和基層清理的工序進行，同時，注漿過程中發生漏漿時，需根據具體情況采用降低注漿壓力、減小流量和調整配比等措施進行處理，必要時可停止注漿。需連續進行注漿，因故中斷后，應盡快采取措施恢復注漿。鉆孔注漿時應嚴格控制注漿壓力等參數，并沿裂縫走向，自下而上依次進行注漿。應采用封縫膠封閉裂縫，且每條裂縫處必須設置排氣嘴。施工前應復查裂縫修補膠（漿）液的品種、型號及進場復驗報告，以及所配制膠（漿）液的初始豁度；拌和膠（漿）液時，若發現有突然發熱變稠的現象，應棄用該批膠（漿）液；待縫內的膠（漿）液初凝時，應立即拆除注膠（漿）嘴和排氣嘴，并用環氧膠泥將嘴口部位抹平、封閉。

4.1.4 漏水引排法處治

不銹鋼接水槽與隧道二次襯砌之間應采用改性環氧樹脂膠粘劑進行黏結，并用膠粘-膜擴底錨栓錨固；膠粘劑必須采用A 級膠，并通過手工涂膠粘貼形成飽滿而高強的膠層；接水槽安裝順序為先上后下、先拱頂后兩側，同時接茬部分應采用下節壓上節搭接，接茬長度為10～15cm；拱頂90°圓心角范圍內應盡量避免接茬，無法避免時應盡量設置在較低的位置，并將接茬長度增加至30cm。在槽側填充密封材料時，應先在襯砌和接水槽表面涂刷一層膠液，方可填充密封材料。

4.1.5 實施案例及效果

華鎣山隧道二襯裂縫滲水，采取了引排法處治，并安裝接水槽進行引排，如圖1 所示。經實際應用，安裝接水槽引排裂縫滲水后能夠避免滲水直接漏至路面，為行車安全提供了保障，施工效果良好。

圖1 華鎣山隧道采用引排法處治裂縫滲水問題

4.2 系統錨固

首先，根據隧道襯砌、圍巖的穩定性和隧道的結構類型，可以確定錨桿的間距和深度。其次，根據設計要求，在隧道二襯混凝土鉆孔，鉆孔的直徑和深度應根據錨桿規格和固結環境確定。再次，將錨桿插入孔中，并注入適量的固結材料，如環氧樹脂等，根據工程環境和設計要求選擇固結材料。最后，固結材料充分固化后，將襯砌與圍巖緊密連接，以增強襯砌的穩定性和抗拔能力。

4.3 孔洞注漿

對襯砌混凝土進行鉆孔，并通過孔洞預埋注漿小導管，導管的間距和布置應根據設計要求確定。將注漿材料注入小導管中，注漿材料的選擇應根據工程環境和設計要求確定。控制注漿壓力和注漿量，使注漿材料均勻填充襯砌與圍巖之間的空隙。待注漿材料充分固化后，對注漿小導管進行處理，可以選擇切割或者抽取導管，使其不影響隧道的正常使用。

4.4 工字鋼鋼架及鋼筋網加固

4.4.1 采用工字鋼鋼架及鋼筋網進行支撐加固

采用工字鋼鋼架進行支撐加固，并在施工前對隧道內空斷面進行復測，避免鋼架增加后侵入建筑凈空范圍。如果存在侵限的情況，應及時告知設計人員，調整工字鋼型號和間距，使鋼架與襯砌結構盡量密貼，不密貼位置需增加墊塊等措施。鋼架應落底牢固，鎖腳錨桿采用U 形或L 形筋與鋼架相連。架設工字鋼前應先清除加固范圍內面積較小且具有掉塊風險的防火涂料，并在拱部120°范圍內掛鋪鋼筋網和小孔徑鋼絲網，防止后期掉落小混凝土塊或防火涂料。

此外，為減少對凈空的影響，需采用焊接技術將鋼筋網與鋼架進行連接。

4.4.2 實施案例及效果

華鎣山隧道二襯混凝土開裂、掉塊，采取了工字鋼鋼架及鋼筋網加固處治，如圖2 所示。經實際應用，采用工字鋼鋼架及鋼筋網進行支撐加固可以確保隧道結構穩定，預防二襯混凝土掉塊，為隧道行車提供安全保障，施工效果良好。

圖2 華鎣山隧道采用工字鋼鋼架及鋼筋網進行加固處治

4.5 鋼帶加固

采用鋼板加固時，應根據二襯混凝土開裂情況，合理選擇鋼板寬度、厚度。拆、遷原結構上影響施工管道和線路以及其他障礙；需清除原構件表面的塵土、浮漿、污垢、油漬、原有涂裝、抹灰層；應剔除剝落混凝土構件的疏松、起砂、蜂窩、麻面等缺陷，直至露出骨料新面；應采用相容性良好的裂縫修補材料對原構件裂縫進行修補；若原構件表面處于潮濕或滲水狀態，修補前應先進行疏水、止水和干燥處理；作業場地應無粉塵，且不受日曬、雨淋和化學介質污染。鉆孔前應先探明混凝土中原鋼筋位置，并在畫線定位和鉆孔時予以避讓。同時，需采用沖擊鉆進行鉆孔操作，嚴禁使用氣錘，防止混凝土出現局部疏散、開裂。應用錨栓固定鋼板，不得采用膨脹錨栓，固定時，應加設鋼墊片，使鋼板與原構件表面之間留有（4±0.5）mm的暢通縫隙，以備壓注膠液。應在注膠前用密封膠對外粘鋼板的縫隙邊緣進行封縫。在設計規定的注膠位置進行鉆孔，粘貼注膠嘴底座，并在適當部位布置排氣孔，待封縫膠固化后，進行通氣試壓。鋼板與隧道二襯砌之間采用改性環氧樹脂膠粘劑進行黏結，且現場的環境溫度應符合膠粘劑產品使用說明書的規定。注膠施工結束后，應靜置72h 進行固化過程的養護。養護期間，被加固部位不得受到任何撞擊和振動的影響，同時，應按照灌注材料產品使用說明書的規定把控養護環境的氣溫。

5 結語

經過對華鎣山隧道二襯混凝土開裂、掉塊問題的研究，提出了多種加固處治方法。其中，引排法可以有效防止滲水直接漏至路面，造成打滑現象影響行車安全；系統錨固可以增強襯砌的穩定性和抗拔能力；空洞注漿可以填充襯砌與圍巖之間的空隙；工字鋼鋼架及鋼筋網加固可以有效防止二襯混凝土掉塊，保證隧道結構的穩定性；鋼帶加固可以提高混凝土構件的承載能力和耐久性。這些加固處治方法在不同程度上改善了隧道結構的穩定性和安全性。未來，施工單位應緊跟時代，全面優化和改進二次襯砌的施工技術和工藝，學習全新的技術工藝，并應用到施工過程中，提升施工的安全和穩定性，保障施工質量。