某高速公路隧道隧底病害成因及處治方案探析

【摘 要】以某高速公路隧道為例，通過技術資料分析、實地調查及專項檢查對該隧道的隧底病害發展進行持續調查研究，詳細分析了隧道隧底病害的產生機理，提出了針對性較強、符合運營隧道特點的處治措施。

【關鍵詞】公路隧道； 隧底病害； 成因分析； 處治措施

【中圖分類號】U457+.2【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-11-25

［作者簡介］吳耀宗（1985—），男，碩士，高級工程師，主要從事隧道工程監控量測、地質超前預報和質量檢測、定期、專項檢測及病害處治設計工作。

0 引言

隨著我國高速公路運營里程的不斷增加，高速公路的運營養護及病害治理問題越來越突出。隧道作為高速公路的重點工程，其產生病害將對高速公路的行車安全造成嚴重的影響。隧道隧底病害是隧道病害的主要組成部分，對隧道隧底病害的成因、發展及處治措施進行系統的總結研究具有重要的意義。

國內學者對隧道隧底病害的相關問題進行了大量的研究。潘雪峰等［1］以貴州某高速運營隧道為例詳細分析了隧道隧底病害和襯砌病害的產生機理，闡述了對應的處治措施；周旭東［2］以某隧道路面隆起病害為例，采用現場調查、地質雷達及鉆孔取芯相結合的手段探究了隧道路面隆起病害的原因；朱江［3］以山西某黃土隧道為例，研究了黃土隧道的病害特征及成因，并提出了針對性的處治措施；胡勝強［4］利用有限元軟件對高速公路隧道隧底病害的處治措施進行了驗證性研究；除此之外，周森等［5-6］均對隧道隧底病害成因及處治措施進行了相應的研究。

以上研究主要聚焦于隧道病害的成因及處治而忽視了隧道病害的發展。本文將以某高速公路隧道為例，結合現場踏勘、地質鉆孔以及持續觀測等手段對隧道隧底病害的成因、發展歷程及處治措施進行研究。

1 工程概況

該隧道為上、下線分離的四車道高速公路特長隧道，左線長3 580 m，右線長3 585 m，于2010年3月開工，2012年12月建成通車。隧址區位于新華夏系一級沉降帶—四川盆地中部，為構造剝蝕低山地貌區，地表植被發育。隧址區出露侏羅系上統蓬萊組（J3p）砂巖、泥巖及泥質砂巖，巖體類型可分為以砂巖為主的軟巖—較軟巖和以泥巖為主的極軟巖—軟巖兩類。

2 隧道隧底病害發展情況

2018—2021年，對該隧道隧底病害進行了持續跟蹤調查，其發展情況總結有：

（1）2018年7月結合現場踏勘、取芯鉆孔等手段對隧道進行了詳細的專項檢查。檢查結果顯示隧道內隧底病害較嚴重，具體檢測結果見表1。

（2）2019年11月，隧道路面裂縫長度、錯臺量、隆起量以及檢修道蓋板傾斜量和側壁破損長度較2018年7月均有較大發展。

（3）2020年5月，隧道路面病害持續發展，經專項檢查發現，隧道路面技術狀況值為2類和3類的區段較2018年7月增長854 m，具體檢測結果見表2。

（4）2020年4月14日—2020年6月3日，隧道養護部門對部分路面裂縫長度、寬度及裂縫處沉降位移進行監測，監測顯示部分裂縫長度、寬度及沉降呈現繼續發展趨勢。如左線K35+960處監測點，5月27日—6月3日該點裂縫寬度增加約2 mm，路面明顯拱起約5 mm，裂縫長度增加200 mm；左線K36+024處監測點，4月14日—6月3日，裂縫長度增加1 500 mm。

（5）2021年9月，對隧道病害再次進行現場調查后發現：①部分已重新鋪筑的路面仍產生新的縱向裂縫；②部分采用過邊墻鋼管樁加固的段落電纜溝傾斜仍在發展（2019年11月—12月，管養單位組織施工隊伍對部分隧底病害嚴重段襯砌拱腳處施作了鋼管樁，鋼管樁縱向間距80～150 cm）；③部分未處治邊墻鋼管樁加固的位置出現電纜溝開始傾斜變形；④部分路面出現新的縱向裂縫。

（6）2021年9月—12月，對隧道隆起病害進行測量，累計測量9次。通過對第1次及第9次的量測數據成果比較，平均高差累計發展4 mm。其中7處位置變化較大，最大累計13 mm。

（7）2021年11月，襯砌出現長大縱向開裂，局部出現斜向開裂和環向開裂。相較于2020年調查結果，病害區段發現新增裂縫34處，其中25處裂縫為處治過邊墻鋼管樁的位置、9處裂縫為重鋪路面后的新增裂縫。

由以上總結不難看出，該隧道隧底病害主要表現為路面開裂、隆起、錯臺以及電纜溝蓋板傾斜、側壁擠裂，并且始終處于發展階段，盡管采取了一定的處治措施，但效果有限。

3 隧道隧底病害成因分析

根據近3年的持續調查、監測以及檢測結果，推斷病害產生的主要原因見下述。

3.1 施工質量缺陷影響

隧道仰拱及仰拱回填施作深度不滿足設計要求，達不到隧道結構形成閉合環的原設計效果，降低結構的整體承載能力，影響隧道整體結構穩定性能。由于仰拱施作質量問題，不僅降低結構的整體承載能力，而且使隧道結構產生不均勻沉降，襯砌使結構向臨空面一側變形，出現檢修道側壁擠裂、蓋板傾斜，路面開裂、錯臺及隆起等病害。

3.2 地質條件影響

隧址區圍巖主要為以泥巖為主的極軟巖—軟巖和以砂巖為主的軟巖—較軟巖兩類，泥巖長時間暴露后發生蠕變，強度更低，受裂隙水、孔隙水以及汛期地表強降水的影響，導致墻角基礎軟弱，底部泥巖軟化膨脹，隧底結構承受側向和豎向壓力。在仰拱施工存在缺陷的情況下，極易誘發病害或加劇病害的發展（圖5）。

3.3 運營影響

隧道內交通量較大、重車較多，在仰拱及仰拱填充存在施工質量缺陷及圍巖地質情況較差的條件下，路面上重車車輛的碾壓誘發路面缺陷處的變形及開裂，導致路面不均勻沉降或隆起。

3.4 地震影響

2020年2月3日，隧址區發生5.1級地震，震中距該隧道僅7.6 km，地震會改變圍巖的應力狀態和結構的受力狀態，可能誘發病害的產生或發展。

4 病害處治方案

4.1 處治原則

（1）不降低原有設計標準。

（2）技術可行、經濟合理，確保安全、方便施工。

（3）盡量避免整治施工帶來新的病害，最大程度地保護現有隧道結構、防排水系統的完整性。

（4）一次設計，分次實施。遠近結合，標本兼治。

病害處治以保證整治段結構安全和營運安全為處治重點，重點針對隧底進行整治，提高該段隧道結構整體穩定性。

4.2 分期處治方案

為方便處治將隧底病害嚴重程度劃分為3個等級，具體分級見表3。

該隧道為特長隧道且交通量大，若將隧道全部病害及結構缺陷同期一次性處治，需封閉單洞施工，且施工工期較長，對運營交通影響較大。為減少隧道病害處治對營運交通的影響。隧道病害處治分期實施方案依據“一次設計，分次實施。遠近結合、標本兼治”的原則，將病害處治分為兩階段實施。具體處治措施見表4。

第一階段對病害范圍內Ⅰ級病害（病害一般段）、Ⅱ級病害（病害嚴重段）及Ⅲ級病害（病害特別嚴重段）全部施作邊墻鋼管樁加固，對Ⅲ級病害（病害特別嚴重段）施作隧底仰拱及路面整治；第二階段再對其他段落進行處治，包括Ⅱ級病害（病害嚴重段）施作隧底仰拱及病害段路面修復等。

第一階段處治施工完成后，隧道繼續營運。同時加強營運監測和定期專項檢測，通過監測數據和專項檢測結果確定第二階段處治施工時間。

5 結論與建議

以某隧道為工程背景，結合專項檢查與長期調查、監測等手段，對隧道隧底病害的成因、發展過程及處治措施進行了研究，得到結論：

（1）隧道隧底病害的主要表現形式為路面開裂、隆起、錯臺以及電纜溝蓋板傾斜、側壁破損等，其病害的產生與隧道施工質量、地質條件、交通量、地震等因素有關，其中地質條件和施工質量是隧道隧底病害持續發展的主要影響因素，特別是泥巖為主的極軟巖—軟巖和以砂巖為主的軟巖—較軟巖地段，在地下水的作用下極易產生此類病害。

（2）隧道隧底病害的發展通常表現為裂縫縱向延伸或橫向張開、隆起錯臺量增大、檢修道蓋板傾斜角增大、檢修道側壁擠裂等，而且會進一步導致襯砌出現長大縱向開裂、斜向開裂等病害。

（3）本文處治方案從原理上可以解決病害繼續發展問題。考慮到時間越長病害風險越高，在實際處治過程中應根據現場情況及時發現問題，及時徹底處治。以防止病害繼續發展，造成后續處治措施復雜，處治費用變高。

（4）對于交通量大的主要交通干道可以采用一次設計，分段施工的方法來減少病害處治對道路運營的影響。但設計施工時應加強隧道的監測與檢查以保證隧道運營的安全，為二階段施工提供依據。

參考文獻

［1］ 潘雪峰，陳俊宇，嚴江勇，等.貴州某高速運營隧道病害原因分析與處治措施［J］.科學技術與創新，2020，21（3）：107-318.

［2］ 周旭東.某隧道路面隆起病害成因分析及整治措施［J］.北方交通，2020，12（5）：77-81.

［3］ 朱江.某黃土公路隧道病害成因與處治技術研究［J］.山西建筑，2020，46（18）：154-156.

［4］ 胡勝強.某高速公路隧道仰拱底鼓原因分析及處治方案數值模擬［J］.路基工程，2015（3）：238-242.

［5］ 周森.高速公路隧道仰拱底鼓破壞機理分析及處治措施［J］.交通科技，2014（5）：166-169.

［6］ 趙濤，李國良，梁慶國，等.鋼管樁加固飽和黃土隧道軟基的實驗研究［J］.現代隧道技術，2007，54（3）：73-81.

［7］ 公路隧道加固技術規范： JTG/T 5440-2018［S］.