高速公路隧道隧底病害成因及处治方案探析

高速公路隧道隧底病害成因及处治方案探析

杨立

葛洲坝武汉道路材料有限公司 湖北省武汉市 430000

摘要:随着中国高速公路运营里程的不断增加，高速公路的运营、养护、病害治疗等问题日益突出。隧道作为高速公路的重点工程，其病害将严重影响高速公路的行车安全。隧道底病是隧道病的主要组成部分，系统地总结和研究隧道底病的成因、发展及防治措施具有重要意义。

关键词:公路隧道;隧道底部病害的成因;治疗计划;分析;研究

国内学者对隧道底部病害的相关问题进行了广泛的研究。潘雪峰等以贵州某高速运营隧道为例，详细分析了隧道底衬砌病害发生的机理，并阐述了相应的治理措施;周旭东以某隧道路面隆起病为例，通过现场调查、地质雷达、岩心钻探相结合的方法，探讨隧道路面隆起病的成因;本文将以某公路隧道为例，通过现场调查、地质钻探、连续观测等方法，研究隧道底部病害的成因、发展过程及治理措施。

1项目概述

该隧道为四车道公路超长隧道，上下轨道分开。左侧轨道长3580米，右侧轨道长3585米。2010年3月开工建设，2012年12月建成通车。隧道场地位于四川盆地中部，属新夏体系的一级沉陷带。属构造侵蚀低山地貌区，地表植被发达。隧道遗址区出露上侏罗统蓬莱组(J3p)砂岩、泥岩和泥岩。岩石类型可分为砂岩为主的软岩—相对软岩和泥岩为主的极软岩—软岩两种。

2隧道底部疾病的发展

2018年至2021年，对隧道底部缺陷进行了持续跟踪调查，发展情况总结如下:①2018年7月，结合现场调查、钻芯等方法，对隧道进行了详细的专项检查。检查结果表明，隧道底部破坏严重。

(2)与2018年7月相比，2019年11月隧道路面裂缝长度、错位长度、隆起长度、养护路面盖板倾斜长度和侧壁破损长度均显著增加。

(3) 2020年5月，隧道路面病害持续发展。经专项检查发现，与2018年7月相比，2类、3类路段隧道路面技术工况值增加854m。

(4) 2020年4月14日至2020年6月3日，隧道养护部门对部分路面裂缝的长度、宽度和沉降位移进行了监测。监测结果表明，部分裂缝的长度、宽度和沉降持续发展。在左线K35+960监测点，5月27日至6月3日，该点裂缝宽度增加约2mm，路面明显拱起约5mm，裂缝长度增加约200mm;在左线K36+024监测点，从4月14日到6月3日，裂缝长度增加了1500mm。

(5) 2021年9月，再次进行隧道病害现场调查，发现:①部分新铺路面仍产生新的纵向裂缝;②部分通过侧墙的钢管桩加固段电缆沟倾角仍在发展(2019年11 - 12月，管维单位组织施工队对部分隧道底病严重的断面衬砌拱脚处进行了钢管桩施工;纵向间距80-150cm)在侧墙钢管桩未加固的部分区域电缆沟开始倾斜变形;一些路面出现了新的纵向裂缝。

(6) 2021年9 - 12月，对隧道隆升病害进行了9次测量。通过对第一次和第九次测量结果的比较，平均高度差累积发展了4毫米。其中7个位置变化显著，最大累积厚度为13mm。

(7) 2021年11月，衬砌出现较长的纵向裂缝，以及局部的对角线和周向裂缝。与2020年的调查结果相比，受影响路段新增裂缝34条，其中25条裂缝是在侧墙钢管桩处理后发现的，9条裂缝是在重新铺设路面后新增的。从以上总结不难看出，隧道底部主要病害是道路开裂、隆起、平台交错、电缆沟盖板倾斜、侧壁开裂等，一直处于发展阶段。虽然采取了一些治疗措施，但效果有限。

3隧道底部病害原因分析

3.1施工质量缺陷的影响

隧道拱及其回填深度不符合设计要求，没有达到在隧道结构中形成闭环的原设计效果，降低了结构的整体承载力，影响隧道整体结构的稳定性能。由于仰拱在施工中存在质量问题，不仅降低了结构的整体承载能力，而且还会造成隧道结构的不均匀沉降。衬砌使结构向迎风的一侧发生变形，造成养护道路侧壁出现裂缝，盖板倾斜，路面开裂、错位、隆起。

3.2地质条件的影响

隧道场地区围岩主要由极软岩(以泥岩为主)和较软岩(以砂岩为主)组成。泥岩长期暴露后发生蠕变，强度降低。受裂缝水、孔隙水以及汛期地表强降水的影响，导致墙体拐角处基础薄弱，底部泥岩软化膨胀，隧道底部结构受到侧向和竖向压力。在倒拱施工出现缺陷的情况下，极易诱发疾病或加剧疾病的发展。

3.3运行影响

隧道内车流量大，重型车辆较多。在仰拱和仰拱填筑中存在施工质量缺陷和围岩地质条件较差的情况下，重型车辆在路面上的碾压引起缺陷部位的变形和开裂，导致路面不均匀沉降或隆起。

3.4地震影响

2020年2月3日，隧道遗址区发生5.1级地震，震中距隧道仅7.6公里。地震会改变围岩的应力状态和结构的应力状态，从而诱发疾病的发生或发展。

4疾病治疗方案

4.1处理原则

(1)不降低原设计标准。(2)技术上可行，经济上合理，保证安全，施工方便。(3)尽量避免整改施工造成新的病害，最大限度地保护现有隧道结构和排水系统的完整性。(4)一次设计，分阶段实施。远近结合，标本兼治。病害治疗的重点是保证治疗断面的结构和运行安全，重点是隧道底部的治疗，以提高隧道结构的整体稳定性。

4.2分期治疗方案

为方便治疗，将隧道底病的严重程度分为三个等级。这条隧道是一条超长的高流量隧道。如果同时处理所有隧道病害和结构缺陷，则需要封闭一条隧道进行施工，且施工周期长，对运营交通影响较大。减少隧道病治疗对营运交通的影响。隧道病治疗分阶段实施方案是按照“一次性设计、分阶段实施、远近结合、综合治疗”的原则，将疾病治疗分为两个阶段实施。在第一阶段，所有疾病范围内的一类疾病(一般疾病段)、二类疾病(严重疾病段)、三类疾病(特别严重疾病段)将在侧壁进行钢管桩加固。III类病害(特重病害段)，进行隧道底拱和路面处理;第二阶段将对其他路段进行治理，包括二类病害(严重病害路段)隧道底拱施工和病害路段路面修复。第一阶段处理工程完成后，隧道将继续运作。同时，加强运行监测和定期专项检查，通过监测数据和专项检查结果确定第二阶段治理的施工时间。

5结论

以某隧道为工程背景，结合专项检查、长期调查、监测等手段，对隧道底部病害的成因、发展过程及治理措施进行了研究。得出结论:

(1)隧道底部病害的主要表现为路面开裂、隆起、错位、电缆沟盖板倾斜、侧壁破坏等。这些病害的发生与隧道施工质量、地质条件、交通量、地震等因素有关。地质条件和施工质量是隧道底部病害持续发展的主要影响因素，特别是在以泥岩为主的极软岩软岩断面和以砂岩为主的软岩相对软岩断面，在地下水的作用下易发生此类病害。

(2)隧道底病的发展通常表现为裂缝纵向或横向延伸，隆起和错位量增加，养护轨道盖板倾角增大，养护轨道侧壁挤压裂缝。此外，它还会进一步导致衬里长纵向裂缝和斜向裂缝等疾病。

(3)本文的治疗方案理论上可以解决疾病持续发展的问题。考虑到时间越长，患病风险越高，在实际治疗过程中，应及时发现问题，并根据现场情况进行彻底治疗。防止疾病继续发展，导致后续治疗措施复杂和治疗费用增加。

(4)对于交通量较大的主要交通干线，可采用一次性设计、分段施工的方法，减少疾病治疗对道路运营的影响。但在设计和施工过程中，应加强对隧道的监测和检查，确保隧道运行安全，为第二阶段施工提供依据。

参考文献

[1]邓斌.高速铁路隧底结构病害条件下的动力响应及疲劳寿命研究[D].北京交通大学,2019.

[2]郑余朝,仲恒,熊骏等.铁路隧道隧底质量缺陷整治技术研究[J].铁道工程学报,2018,35(03):69-73.

[3]李晓俊.恒山隧道运营期隧道底板病害治理技术研究[J].地下空间与工程学报,2017,13(S1):465-470.