某公路隧道仰拱缺陷特征及处治

周康祥

（1甘肃公路交通建设集团公司，甘肃 兰州 730030；2甘肃省隧道工程技术研究中心，甘肃 兰州 730000）

公路隧道中仰拱是重要的构成部分，该部分结构的受力通常比较复杂，如果出现缺陷病害，会严重威胁道路行车安全[1-2]。如何处治隧道仰拱缺陷是公路养护过程中需要重点关注的问题。本文以某公路隧道仰拱缺陷为例，分析了仰拱缺陷特征，并对不同类型缺陷提出了对应的处治措施。

1 公路隧道仰拱缺陷病害特征分析

某公路投入运行时间较长，对该公路中的5个隧道进行调查和研究，发现每个隧道内部均存在不同程度的病害问题，大致分为三类，分别为渗水挂冰、衬砌严重裂损和仰拱变形。这些病害在很大程度上威胁着行车安全，尤其是仰拱变形危害最大。现场调查发现，仰拱变形形式多样，比如路面纵向拉裂错台、电缆槽侧壁倾斜、墙脚下沉、路面隆起等。仰拱变形会受到周围地质环境的影响，黄土隧道和石质围岩隧道均容易出现仰拱变形问题，其中黄土隧道地质区域更容易发生电缆槽侧壁倾斜和墙脚下沉[1]，石质围岩公路隧道容易出现电缆槽侧壁倾斜、纵向开裂错台、路面隆起等。

该公路在以往运行维护过程中，收集了不少隧道仰拱变形数据信息，本文对其中100条钻孔芯样或探槽资料进行了详细研究分析。结果发现，发生了仰拱变形缺陷的区域，绝大部分芯样没有达到相关标准规范要求。仰拱的填充层和结构层都没有100%达到相关要求，均存在不同程度的质量缺陷，其中比较典型的缺陷形式有：混凝土芯样破碎、松散，混凝土内部存在孔洞，无仰拱结构层或厚度不够等。病害问题比较严重的区域出现了基底围岩受水浸泡软弱、松散等问题。对钻芯进行分析可以发现，混凝土芯样长度严重不足，或结实度严重不足，混凝土底面极其不均匀、高度落差非常大，两侧墙脚与衬砌通常没有很好的连接[2]。如图1所示为不同仰拱缺陷形式所占比例。

图1 不同仰拱缺陷形式所占比例

2 隧道仰拱缺陷处治方案选择

公路隧道出现病害最根本的原因是施工质量存在缺陷。对于公路隧道仰拱缺陷病害，处治过程中需要重点注意下述几个问题[3-4]：①充分了解仰拱缺陷病害形式，厘清公路隧道仰拱缺陷类型；②掌握仰拱缺陷已发展到何种程度，分析未来的发展趋势,同时还要评估缺陷对隧道结构安全和稳定造成的影响；③了解隧道附近地质环境情况以及地下水情况；④了解维修施工环境条件。在充分考虑上述因素的基础上，针对不同类型的仰拱缺陷可以采用相对应的处治措施。拆换处治是其中非常重要的方法，但不建议所有的仰拱缺陷都采用该方式，因为其会对隧道结构的稳定性造成很大程度的影响。

在处治某公路隧道仰拱缺陷时，采用了分类处治的方法：

1）仰拱缺陷已经比较严重，或经过评估后认为未来发展趋势不容乐观，或经过检测后发现其施工质量存在严重缺陷，如基底围岩软弱、实际无仰拱且芯样松散等，这些缺陷形式使得仰拱的承载能力显著降低，对正常行车安全构成了较大威胁。对于这类比较严重的缺陷形式，处治方法以拆换为主，只有这样才能够彻底消除缺陷，保证行车安全。

2）芯样局部松散或厚度较薄、基底围岩较软弱，这类缺陷不是非常严重，虽然已经表现出了一些问题，但不会对整体结构构成严重威胁，且经过评估后认为在未来长时间内不会进一步恶化。这类缺陷对整体结构的耐久性和稳定性稍有削弱，可采取一定的措施对其进行加固处理，避免对整体结构的稳定性造成进一步影响。

3）芯样厚度不足但具有较好的完整性，且基底围岩相对坚硬完整，这种病害相对较轻，基本不会对整体结构安全性和稳定性构成威胁，没有表现出负面影响。对于这种病害较轻的缺陷形式如果贸然采取措施，起到的作用不大，反而会损害结构的稳定性，降低仰拱结构的安全。基于此，较轻的病害可以不采取加固措施，但是需要对其长期监视，防止其进一步恶化，监视过程中一旦发现问题立即采取措施进行处理[3]。

在处治隧道仰拱缺陷时，拆换是较常用的方法，技术相对成熟，本文不再详述。某公路隧道仰拱缺陷处治中使用最多的是加固处治。对于仰拱与填充层钻探芯样局部位置较松散或厚度不足、基底围岩较软弱等问题，尚未表现出严重的危害性，可采用加固处治方法。对于一些不是非常严重的仰拱缺陷都可以采用这种方法，避免开挖过深对整体结构造成负面影响。部分公路隧道附近不具备分流道路，这时如果采用仰拱开挖处治方案，会导致道路阻断，造成负面社会影响，此时也可以采用加固处治方案，无需完全阻断道路，可对其中一半道路进行封闭施工，另一半道路保证行车，尽可能降低处治施工对社会造成的影响。如果隧道附近具备车辆分流条件，应该尽可能将车辆分流至其他道路，再对隧道仰拱缺陷进行处治施工，以确保行车安全。

加固处治主要是对仰拱、基底围岩、填充层等进行加固处理，加固的措施主要有钢管桩和注浆锚管桩。为保证注浆钢管桩整体受力的平衡性，需在钢管桩上侧部位通过横向型钢进行连接，同时利用纵向槽钢进行焊接，在横向方向相邻支撑通过钢筋进行焊接连接，使其形成一个整体，保证整体的稳定性。为了尽可能提升混凝土底板上缘的抗拉强度，需要在内部设置钢筋网片，其中钢筋网片通过横向上的型钢和竖向上的钢筋焊接而成。图2为仰拱加固方案示意图。

3 处治施工现场需重点注意的问题

1）开挖深度需合适，一般确保型钢横向支撑两侧位于电缆槽底部为宜。在混凝土底板位置需要修建排水设施，尤其是在地下水较丰富的区域，须将地下水及时排走，避免地下水堆积造成不良影响，可以在两侧拉槽部位纵向方向埋设排水沟，且每间隔一段距离在横向方向设置排水沟，确保地下水能顺利排走。

图2 仰拱加固方案示意图

2）注浆施工时，避免浆液堵塞排水管道。在锁脚锚管端头可以通过钢垫板强化其与墙脚衬砌之间的连接。条件允许的情况下可以把衬砌表面混凝土凿开让钢筋外露，然后将新钢筋与混凝土内的钢筋进行焊接，可以大幅提升连接效果。保证底板施工缝与原施工缝重合，也就是所谓的整版施工，能够提升衬砌结构整体的协调性，优化其受力条件。

3）对仰拱进行加固处治时涉及很多操作，必须确保所有施工环节的可靠性。用I28工字钢作为型钢横向支撑，纵向方向上两个型钢之间的距离控制在1m，型钢两侧与32a槽钢进行焊接处理，槽钢与注浆钢管也进行焊接处理，需要在槽钢和钢管对应位置开设孔洞，然后用钢筋穿过槽钢和钢管进行焊接。条件允许时最好进行整幅施工，如果条件不允许只能分幅施工，则须注重中间连接工作。型钢中部错缝断开，钢垫板与型钢之间利用高强度螺栓进行连接，同样的，上部钢筋网也需要错缝断开，再进行焊接处理。新旧混凝土接触界面应该凿毛处理，且在正式浇筑混凝土前需要将界面清理干净，确保整洁后再浇筑，以保障混凝土连接的可靠性[4]。

4）采用加固处治方案时开挖深度虽然较浅，但不宜一次性开挖完成，通常控制在一板衬砌长度范围内，同时在开挖过程中要强化质量监督和控制。

5）如果是边施工边通车，隧道内情况比较复杂，施工车辆、施工人员以及行车较多，为了保证行车安全必须对车辆速度进行限制，也可以适当采取交通管制措施，对于超宽超高车辆限制行驶或者进行分流。

图3 仰拱加固施工现场

4 结语

某公路由于投入运行的时间较长，其5个隧道出现了不少病害，其中仰拱缺陷是最常见的形式，如渗水挂冰、衬砌严重裂损、仰拱变形等，严重影响着道路行车安全。对于仰拱缺陷，主要通过加固处治方案，有效排除了仰拱缺陷对整体结构稳定性的影响。