广东省路桥建设发展有限公司云梧分公司
摘要：营运期高速公路隧道衬砌空洞导致衬砌混凝土剥落、掉块甚至坍塌现象屡见不鲜，直接影响影响隧道结构安全，危及行车安全；鉴于隧道衬砌空洞病害具有较大隐蔽性强、潜在安全隐患重大及社会危害性大等特点，本文结合隧道衬砌结构营运期安全隐患排查、衬砌拱部空洞前期临时应急防护、隧道衬砌脱空检查检测、隧道衬砌脱空防治设计、恢复隧道衬砌结构设计功能处置及工后检测评估等深入探讨并有效防治，同时对隧道衬砌脱空原因进行详细分析，提出建设期防止隧道衬砌脱空对策措施，以供广大隧道建设者和隧道养护管理者参考。
关键词：隧道；衬砌；脱空防治
1 前 言
G80广昆高速公路粤境河口至平台段是国家高速公路“7918”网中的第十八横-广州至昆明高速公路的组成部分，也是惠州至广西梧州高速公路的其中一段。该高速公路主线按山岭区、全封闭、全立交四车道高速公路修建，设计速度为80公里/小时，设计荷载公路－Ⅰ级，沿线共有18座隧道长41283.88m，其中XX隧道左线长4556米、右线长4606米。于2010年6月建成通车。
该隧道于2015年10月隧道上旬组织定期安全隐患排查发现左线LK105+763～766.5处衬砌拱部存在空洞，10月中旬完成衬砌拱部空洞前期临时应急防护工作，10月下旬完成衬砌空洞应急检查工作，11月上旬完成隧道衬砌脱空防治设计工作，11月下旬完成恢复隧道衬砌结构设计功能处置工作，并于2015年12月下旬完成隧道衬砌空洞处治工后检测评估工作；由于该隧道高效快速完成衬砌空洞脱空防治工作，及时消除了隧道空洞重大安全隐患并恢复其设计功能，得到各方肯定和赞誉。
2 XX隧道LK105+763～766.5衬砌脱空处施工图设计概况
2.1 工程地质
对本隧道影响程度较大的地质构造为F4断层，地表断层构造形迹为隧道里程K105+760～K105+752段，产状变化较大，断裂构造主结构面走向NE，倾角35°～60°，切割上三叠系和震旦系地层。断层破碎带可见宽度大于8m，其中构造角砾岩，硅化、赤铁矿化、褐铁矿化发育，断层性质为正断层。其它规模较小断层对隧道危害小。
2.2 衬砌结构支护参数
该衬砌脱空段按围岩类别Ⅱ类进行支护施工图设计隧道结构支护参数见下表：
3 营运期隧道衬砌安全隐患排查情况
2015年10月9日，定期安全隐患排查发现XX隧道左线LK105+763～766.5处衬砌拱中混凝土剥落存在小空洞（空洞环向长15cm，纵宽8cm，衬砌厚5cm），电筒照射透光，紧急采用高空作业车作进一步安全隐患排查发现LK105+763~+766.5衬砌空洞：纵长3.5m，环长约10m，高度0.7m，不规则面积约20m2，属大面积空洞；目前该处拱中衬砌混凝土剥落异常现象，如衬砌受温度应力、空腔落石或行驶车辆振动等共同作用下，有可能发生瞬间坍塌，潜在重大安全隐患，将危及行车安全；初步定性判断该隧道技术状况为4类。
隧道衬砌隐患排查衬砌小空洞，较隐蔽难发现
4 衬砌拱部空洞前期临时应急防护措施
根据该隧道衬砌安全隐患结果，立即启动应急预案，制订XX隧道LK105+763~+766.5衬砌应急防护措施如下：
4.1按规定上报，采取交通管制措施，封闭G80广昆高速公路广州方向XX隧道主车道30天，保持超车道畅通。
4.2XX隧道LK105+763~+766.5空洞范围内的主车道衬砌，采用门式钢支架临时支撑，门式钢支架布设离超车道1m，横向间距0.2m，纵向间距0.9m，纵长9.9m，空洞范围内前后衬砌内轮廓采用槽钢纵、环向临时加固；
4.3委托XX检测中心对该XX隧道LK105+763~+773衬砌隧道实施应急检查。
4.4落实广州方向XX隧道交通安全维护工作，确保行车安全与畅通。
4.5加大隧道日常巡查及经常检查工作力度，发现异常现象及时采取措施并上报。
4.6XX隧道LK105+763~+766.5衬砌空洞处治方案：应急检查报告经审查后另定。
4.7本应急防护措施计划3天内完成，工程造价约105038元（含隧道应急检查费12480元），建议建安费在预备费中开支，隧道应急检查费纳入2015年度隧道定期检查费（按变更处理）。
4.8本应急防护措施由XX公司组织实施。
5、隧道衬砌空洞应急检查
5.1应急检查项目
XX隧道左线LK105+763～770区段应急检查项目
5.2应急检查结果
5.2.1外观检测
在该模衬砌局部剥落的位置（离“洞口”30cm）发现有1条贯通的裂缝，裂缝长15.7cm，宽7mm。衬砌空洞端头位置所处施工缝有错台（最大2.5cm）。该区段其他各项结构无明显异常，洞身衬砌无渗漏水现象，拱部防火涂层无剥落现象。
5.2.2二衬强度检测
采用回弹法检测该模衬砌二衬强度为22.5MPa，满足设计要求（20MPa）。
5.2.3二衬厚度、脱空检测结果
该处二衬空洞面积约26㎡（平面投影面积），空洞范围检测结果如下：
6、隧道衬砌空洞原因调查
6.1隧道超挖未按规范进行施工回填；
6.2衬砌时拱顶灌注混凝土不饱满，振捣不够；
6.3泵送混凝土在输送管远端由于压力损失，坡度等原因造成空洞；
6.4防水板挂设松弛度控制不到位或防水板焊接不牢脱落或防水板吊带断裂松脱。
6.5衬砌混凝土成型后未按规范要求作空鼓检测或无损检测不到位。
经现场调查发现XX隧道左线LK105+763～766.5处衬砌拱中空洞主要原因是隧道超挖未按规范进行施工回填；防水板挂设不规范焊接不牢、吊带断裂松脱；未按规定检测或检测不到位造成的。
7、衬砌背后空洞预防措施
7.1隧道开挖面难免出现凹凸不平，对于小范围内因超挖等造成的陷坑，施工时一般采用衬砌混凝土回填，注意挂设防水板要紧贴岩面，松紧度适合；对于因塌方造成的深陷坑，在二衬施工前采用坍方处理措施回填平顺；
7.2一般衬砌模板台车在拱顶部位前后各一个泵送砼预留孔，如果模板台车较长，可在中部再增加预留孔，防止隧道纵坡较大时浇筑砼不到位，衬砌施工后进行回填注浆；
7.3新式衬砌模板台车在边墙、拱腰部位均安装有附着式振捣器，同时在砼浇筑时台车两侧各配两台插入式振捣器，从台车预留窗口进行分层振捣，这些可有效解决振捣问题。
7.4隧道衬砌应严格按规范要求进行全面检测。
8 隧道衬砌脱空处置施工图设计
设计单位提供三套衬砌脱空处置设计方案为：方案一：拆换二衬+配筋；方案二：钢板带+脱空填充。
经审查优先恢复设计功能的方案一，方案二与方案三存在问题是系统锚杆破坏防水系统、脱空填充后衬砌结构受力状况差且后续养护难度大，三套方案设计如下：
9、隧道衬砌空洞处治工后检测结果
根据石牙山隧道LK105+763～767区段病害处治措施，本次处治工后检测对该模衬砌（LK105+763～770）的土建结构进行外观检查、二衬回弹强度检测、二衬厚度和二衬与初支间的脱空检测（地质雷达扫描），检测结果如下：
9.1外观检测
XX隧道左线LK105+763～LK105+767区段外观检测隧道各项土建结构技术状况良好，未见异常。
9.2二衬强度检测
采用回弹法检测LK105+763～LK105+767区段二衬强度为33.9MPa，满足设计要求（30MPa）。
9.3二衬厚度
地质雷达检测，LK105+763～767区段处治工后的二衬厚度均满足设计要求（设计厚度40cm）
9.4工后检测结论
根据石牙山隧道LK105+763～767区段病害处治措施，本次处治工后检测对该模衬砌（LK105+763～770）的土建结构进行外观检查、二衬回弹强度检测、二衬厚度和二衬与初支间的脱空检测（地质雷达扫描），检测项目详见表1。
表1 石牙山隧道左线LK105+763～770区段工后检测项目表
3.1 外观检查
利用步行及高空作业车辅助方式及照明工具，进行目测或量测检查，并采用数码相机、钢卷尺、裂缝测宽仪、粉笔辅助表示，全面记录隧道各项土建结构病害。
3.2 二衬强度检测
采用回弹法在处治工后的二衬检测10个测区强度，计算二衬回弹强度。
3.3 二衬厚度、二衬与初支间的脱空检测
隧道洞身衬砌二衬厚度、脱空检测使用SIR－20地质雷达进行检测，探测所用天线中心频率为400MHz。在该模衬砌（+762.8～+770）纵向布置16条测线进行连续测量（拱部14条，两边边墙各1条，与《石牙山隧道2015年应急检测报告》相同），测线布置如图1所示。
图2 石牙山隧道左线LK105+763～767区段处治工后外观照片
4.1.2 二衬强度检测
通过采用回弹法检测LK105+763～LK105+767区段二衬强度为33.9MPa，满足设计要求（30MPa）。
4.1.3 二衬厚度、二衬与初支间的脱空检测
（1）二衬厚度检测结果
通过地质雷达检测，LK105+763～767区段处治工后的二衬厚度均满足设计要求（设计厚度40cm）。
表2 LK105+770～+763二衬厚度检测结果
（2）二衬与初支间的脱空检测结果
通过地质雷达检测，LK105+763～767区段处治工后的二衬与初支间不存在脱空、空洞。
4.2 处治工后检测结果评价
LK105+763～767区段拱部空洞处治效果良好，处治工后该段隧道各项土建结构均未见异常，工后二衬回弹强度满足设计要求，工后二衬与初支间不存在脱空、空洞。
5 隧道衬砌脱空防治设计
通过检测报告，结合现场情况，根据业主要求，经综合考虑，按“拆换二衬”的方式来处治二衬与初支间的脱空。
5.1 防护架设计
根据业主要求，处治施工期间尽量保证一个车道的通行，特设置钢防护架（具体设计由设备厂家提供），确保施工期间车辆的通行。
（1）建筑限界与内轮廓
防护架限高与隧道建筑限高一致，采用5.0限高，为满足处治施工空间和施工车辆临时停放等问题，确定防护架限宽定为5.0米。
（2）结构尺寸
为满足施工区段内外的安全需求，结合施工便利性，防护架纵向长度采用6.0米，能方便移动防护架。
（3）安装就位
5.2 隧道二衬与初支间脱空处治设计
隧道二衬与初支间脱空进行处治时，要求加强施工前的检测和施工监测，若有异常情况应及时上报。
采用拆换二衬的方式进行处治，具体施工工艺和注意事项如下：
（1）对二衬与初支间脱空区域进行现场复核。
（2）施作临时支撑和防护架。
（3）施加钢板保护路面、管沟、管线等。
（4）拆除临时加固措施、原二衬结构、隧道装饰等，并对机电设施进行保护。二衬拆除范围为距设计标高3米以上位置。
（5）利用小模板新建40cm厚C30钢筋混凝土。
（6）隧道内部装饰、机电设施恢复。
（7）防护架、临时支撑拆除。
（8）施工期间，加固段落应加强检查与监测，发现异常情况应及时上报；
（9）为保证施工安全，应在隧道口设立交通警示标志，在隧道施工前方处设立交通警示牌，张贴反光膜、装防撞桶和铺设减速带。
10 结束语
公路隧道衬砌拱部存在局部脱空病害较为普遍现象，衬砌未闭环导致结构受力性能差，营运期高速公路隧道埋下安全隐患，严重危害行车安全；一旦隧道因此而坍塌，建设期各参建单位或个人将面临责任倒查，各方应高度重视衬砌脱空问题，确保高速公路隧道工程的质量；营运期高速公路经营单位应高度重视隧道安全隐患排查、检查工作，需高度关注隧道衬砌脱空的状况及时采取防治措施消除安全隐患，满足广大人民群众安全出行需求；本衬砌防治技术供广大隧道建设者和隧道养护管理者参考。
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论文作者:周玉强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/7
标签：隧道论文; 空洞论文; 区段论文; 厚度论文; 结构论文; 安全隐患论文; 防护论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;