羅 劍

（中交一公局第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215011）

襯砌裂損病害是公路隧道施工過(guò)程中容易出現(xiàn)的安全隱患，其容易受多種因素影響，如施工技術(shù)不過(guò)關(guān)、施工材料不合格、施工工藝不合理以及施工人員的職業(yè)素質(zhì)不高等。運(yùn)用專門的儀器設(shè)備、采取合理的方法檢測(cè)判斷出襯砌裂損病害的位置并確定合理的治理措施，是公路隧道工程建設(shè)中的重要一環(huán)，為公路隧道工程能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)提供保障。

1 公路隧道工程概述

建成于90 年代處于泥質(zhì)頁(yè)巖地層的某軟巖公路隧道，進(jìn)口樁口與出口樁口分別為K154+843.09、K154+ 920.09，長(zhǎng)寬高分別為77m、8.5m、6.2m。隧道采用先拱后墻的礦山法施工，圍巖襯砌結(jié)構(gòu)為單心圓拱直邊墻，厚40cm、高2.35m，單心圓拱半徑4.46m。在施工期間，公路隧道進(jìn)口段上方的水渠多次發(fā)生塌方。隧道使用到現(xiàn)在襯砌表面已多處裂縫出現(xiàn)漏水，影響隧道洞內(nèi)的行車。當(dāng)冬天溫度較低時(shí)，滲漏的水會(huì)在地面結(jié)冰，并在隧道內(nèi)頂部形成掛冰，影響隧道內(nèi)部行車安全。因?yàn)闈B水使得隧道襯砌加速風(fēng)化溶蝕，降低了承載力，影響了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 公路隧道襯砌裂損病害產(chǎn)生的原因

2.1 公路隧道工程設(shè)計(jì)原因

該公路隧道建設(shè)較早，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)理念有限，沒(méi)有充分考慮支護(hù)問(wèn)題，致使在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行使用中，公路隧道的頂部出現(xiàn)裂縫和掉塊；且該公路隧道襯砌沒(méi)有設(shè)置防水板，也沒(méi)有選用合適的抗?jié)B性能的混凝土，這些都致使主體結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生裂縫，這些裂縫又因滲水的影響，大幅降低隧道的承載能力。另外公路隧道的埋深深度比較淺，也是公路隧道襯砌裂損的原因。

2.2 公路隧道施工技術(shù)原因

該公路隧道在修建時(shí)沒(méi)有采用光面爆破，工程部分爆破的效果比較差，隧道拱洞內(nèi)有些位置比較高的坍塌沒(méi)有填補(bǔ)，這就使公路隧道襯砌的背后留有空洞，襯砌的厚度達(dá)不到最初設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樾藿〞r(shí)期施工技術(shù)一般，施工環(huán)節(jié)把控不力，會(huì)出現(xiàn)漏漿或者呈蜂窩等情況，既影響工程進(jìn)度，也影響公路隧道的使用壽命。

2.3 路隧道地理位置原因

該公路隧道處在風(fēng)化度較高的位置，這些區(qū)域的裂隙比較多，在工程勘探時(shí)沒(méi)有充分考慮該因素，這就嚴(yán)重影響了公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全性。該公路隧道所處位置的巖石主要是砂質(zhì)泥巖，隸屬軟巖，其長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕環(huán)境就會(huì)軟化，降低承載負(fù)荷力。另外，公路隧道所在區(qū)域向南傾斜，地下水由高向低流動(dòng)就會(huì)造成公路隧道的南側(cè)地下水水量要高于隧道的北側(cè)。由于南端滲水的情況比較嚴(yán)重，公路隧道長(zhǎng)期處于滲漏水的環(huán)境中，其質(zhì)量和壽命都將大大降低。

3 公路隧道襯砌裂損病害檢測(cè)

該公路隧道襯砌裂損檢測(cè)主要內(nèi)容是確認(rèn)裂縫的長(zhǎng)寬高以及縱橫剖面的位置、襯砌裂縫的滲漏水情況以及平面分布，根據(jù)檢測(cè)的裂縫形態(tài)分析其可能出現(xiàn)的原因并制定相應(yīng)的治理措施。

3.1 隧道襯砌漏水

每當(dāng)遇到雨雪天氣，公路隧道內(nèi)的滲水情況嚴(yán)重，天晴后滲漏情況好轉(zhuǎn)直至停止漏水，這說(shuō)明地表降水是隧道地下水的主要來(lái)源。地下水的另一來(lái)源是公路隧道進(jìn)口處頂部的水渠，水渠的壁面是混凝土也會(huì)發(fā)生滲水。先拱后墻的礦山隧道施工法，會(huì)使襯砌有拱墻接縫等比較多的接縫，接縫的防水沒(méi)有復(fù)合襯砌的效果好，也會(huì)發(fā)生滲水。而在施工時(shí)拱腰和拱頂會(huì)有空穴，之前因水渠發(fā)生塌方事故時(shí)難以將空洞填充密實(shí)，以及在隧道施工落地時(shí)也會(huì)使襯砌背后產(chǎn)生空隙，這些空穴、空洞以及空隙使得隧道地下水匯集在一起并形成流動(dòng)通道，這也是公路隧道漏水的一大主因。另外，如果襯砌的厚度嚴(yán)重不符合要求，也會(huì)使襯砌出現(xiàn)縱斜縫，這樣隧道內(nèi)就會(huì)直接滲漏進(jìn)襯砌后的地下水并成線下滴，在寒冷的冬天就會(huì)形成掛冰。

3.2 公路隧道襯砌裂損病害的檢測(cè)結(jié)果

現(xiàn)在各大科研院所和高校大多采用雷達(dá)技術(shù)探測(cè)公路隧道襯砌的施工質(zhì)量，雷達(dá)法在確定缺陷的形狀大小和深度方面比較精確，能夠大范圍進(jìn)行檢測(cè)，而且裝備比較輕。探地雷達(dá)就是把高頻電磁脈沖波射向地層，在傳射過(guò)程中電磁波會(huì)碰到電磁性不同的介質(zhì)界面，一些電磁波能量會(huì)轉(zhuǎn)化為反射波折返，另一些電磁波能量能夠穿透介質(zhì)界面繼續(xù)向前傳播，當(dāng)再次碰到介質(zhì)界面時(shí)，又會(huì)轉(zhuǎn)化成反射波返回，通過(guò)分析接收到的反射波和它所攜帶的信息就可以獲得有關(guān)的物理信息，影響雷達(dá)法檢測(cè)病害效果的關(guān)鍵因素就是接收的反射波強(qiáng)度和質(zhì)量。除了采用雷達(dá)法外，測(cè)量該隧道的襯砌裂損的病害狀況，還要輔用鉆孔取樣、測(cè)量和觀察裂縫的方法。

在該公路隧道內(nèi)的左右拱腰處，各離路面約3cm 的左右拱腳處，離路面6cm 的拱頂位置，共計(jì)設(shè)置5 條檢測(cè)線檢測(cè)隧道全長(zhǎng)。400MHZ 頻率的檢測(cè)天線，測(cè)點(diǎn)的相隔距離設(shè)置在1cm 且采集時(shí)窗設(shè)置為40ns。通過(guò)這樣的檢測(cè)得到的公路隧道的襯砌厚度情況如圖1 所示，隧道襯砌的空隙情況如圖2 所示。

圖1 公路隧道的襯砌厚度情況

圖2 隧道襯砌的空隙情況

4 公路隧道襯砌裂損病害的治理措施

調(diào)查分析該公路隧道襯砌裂損病害后可以將治理措施分為：采取填充和加強(qiáng)襯砌等補(bǔ)強(qiáng)措施來(lái)應(yīng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)狀態(tài)，使用合理的防水和排水設(shè)施來(lái)解決公路隧道的滲漏水情況。

4.1 公路隧道襯砌背后的空洞注漿

雷達(dá)法檢測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多空洞、空隙存在于該公路隧道襯砌拱部的背后位置，這些空洞和空隙的存在會(huì)加大襯砌的受荷承載力，并且減少了抗力，使得圍巖被積存在空洞和縫隙中的水軟化，通過(guò)向襯砌背后注漿進(jìn)行填充可以提高原來(lái)襯砌的承載力，并能防止積水。

公路隧道的注漿共分為三段：第一段全長(zhǎng)約23.47m，共有22 個(gè)注漿孔和8 個(gè)排氣孔，樁號(hào)為K154+842.97-K154+ 867.32；第二段長(zhǎng)約26.9m，設(shè)有26 個(gè)注漿孔和8 個(gè)排 氣 孔， 樁 號(hào) 為K154+867.32-K154+892.23； 第 三 段 長(zhǎng)約26.86m，設(shè)有27 個(gè)注漿孔和10 個(gè)排氣孔，樁號(hào)為K154+892.23-K154+920.20。這些注漿孔共3 排，排距為2.1m，鉆孔呈梅花形排列空間距離3m，在注漿孔之間鉆插φ75mm、深度0.62m的排氣孔，排氣孔需要穿透公路隧道襯砌。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，注漿液采用以下比例水泥漿混合單液進(jìn)行注漿效果最佳：水泥和Ⅱ級(jí)袋裝粉煤灰以8 ∶2的比例混合，水泥按萬(wàn)分之一1 ∶10000 比例摻入膨脹劑?；旌狭习凑赵摫壤渲煤煤螅尤胨M(jìn)行試漿，只有滿足抗壓強(qiáng)度在25MPa 以上且結(jié)石率超過(guò)0.85m3能合格。通過(guò)雷達(dá)法探測(cè)的空洞和空隙只能提供它們的長(zhǎng)度信息，沒(méi)有這些空隙的深度和寬度數(shù)據(jù)，只能根據(jù)探測(cè)的結(jié)果進(jìn)行推斷確定1.2 的滲透和損失系數(shù)，按照190.51m3的體積確定注漿量。

注漿的順序按照先注漿公路隧道襯砌拱頂位置，其次是對(duì)隧道拱腰注漿，最后是隧道的拱腳位置注漿。裂縫和空隙較小的位置優(yōu)先注漿，然后才是裂縫較多和縫隙較大的位置。對(duì)第一段先注漿，其次是第三段位置，最后為第二段。在注漿過(guò)程中，要保持在0.3 ～0.5MPa范圍的注漿壓力。裂縫較少時(shí)壓力適當(dāng)增大，裂縫較多時(shí)壓力適當(dāng)減少。

4.2 補(bǔ)強(qiáng)公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)

研究分析表明，該公路隧道襯砌的補(bǔ)強(qiáng)厚度超過(guò)15cm 才能符合通車安全的要求，對(duì)于公路隧道的拱部如果采用該厚度的混凝土模型筑造，施工過(guò)程會(huì)非常困難，而且容易形成空洞和空隙，無(wú)法保證施工質(zhì)量符合要求，而采用噴射混凝土的方式就可以避免這些弊端。公路隧道的邊墻直立，只要保證振搗就可以采用澆筑混凝土的方式。因此，對(duì)公路隧道襯砌的拱部適宜噴射混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，而邊墻則可以采用澆筑混凝土，補(bǔ)強(qiáng)施工難度小，能夠最大限度保證施工質(zhì)量，節(jié)約成本。

采用φ22mm、長(zhǎng)約2m 的錨桿對(duì)公路隧道進(jìn)行加固，可以起到穩(wěn)固公路隧道拱部襯砌的作用，同時(shí)還可以改善補(bǔ)強(qiáng)后的邊墻的受力，用來(lái)加固的錨桿應(yīng)在拱腳每側(cè)設(shè)置兩根，使用排距2.5m、間距0.5m 鋼筋進(jìn)行連接。為了襯砌的結(jié)構(gòu)緊密相連補(bǔ)強(qiáng)層，除了鑿毛處理公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)表面外，還要設(shè)置梅花分布間距3m×3m 的鉆孔并插入鋼筋，最后填塞水泥砂漿將φ6mm 的Ⅰ級(jí)鋼筋捆扎呈15m×15cm 網(wǎng)孔的鋼筋網(wǎng)，鋪滿公路隧道襯砌，將鋼筋網(wǎng)焊接在鋼筋上，在噴射混凝土?xí)r要保證鋼筋網(wǎng)穩(wěn)固不發(fā)生抖動(dòng)。在公路隧道襯砌裂損比較嚴(yán)重的位置可以使用兩層鋼筋網(wǎng)，分3 層噴射每層厚度為5cm 的混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

4.3 在公路隧道襯砌補(bǔ)強(qiáng)層內(nèi)設(shè)置排水系統(tǒng)

因運(yùn)行使用年限已久，該公路隧道的滲漏水的路徑基本固定，都是從施工留下的接縫以及裂縫滲漏。研究放棄鋪掛防水板的防水方法，決定采用無(wú)壓排水系統(tǒng)進(jìn)行排水，使地下水通過(guò)隧道原來(lái)的襯砌和補(bǔ)強(qiáng)層之間的通道路線向公路隧道兩邊的溝排放，最后順著邊溝流出公路隧道。針對(duì)偶爾面積較大的深水位置，可以采用鉆水孔并防止花管的形式集中排水，孔的直徑設(shè)定為50mm。另外，在隧道拱腳的墻底向上斜鉆同等直徑的集水孔，以便排除墻后的積水。

在裂縫周邊鋪設(shè)排水半管并用水泥釘進(jìn)行固定后，在排水半管表面涂抹厚環(huán)氧砂槳，這樣可以避免噴射混凝土?xí)r遭到?jīng)_擊。鋪設(shè)的排水半管連接邊墻鋪設(shè)的縱向排水管，縱向排水管連通邊溝，鋪設(shè)的半管通過(guò)連通就會(huì)形成無(wú)壓排水系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

公路隧道工程關(guān)系到我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，與人們的日常出行密切相關(guān)，目前我國(guó)的公路隧道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)襯砌裂損病害，要對(duì)病害選擇合適的方法進(jìn)行檢測(cè)并有針對(duì)性的治理，解決公路隧道襯砌滲水、排水問(wèn)題，保證隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從根本上消除公路隧道因病害造成的安全隱患，保障公路隧道的通車運(yùn)行順暢、安全。