【项目名称】

公路软岩隧道路面起拱病害维修加固关键技术研究

【主要完成单位】

湖北省高速公路实业开发有限公司、武汉科技大学

【项目简介】

面向鄂西北千枚岩软岩公路隧道路面起拱病害成因机理认识不清、处治措施针对性不强、处治后病害易反复等痛点，项目依托湖北省交通运输厅科技计划，通过理论分析、试验研究和实体工程验证，系统开展了软岩隧道路面起拱病害维修加固关键技术研究。成果形成了软岩隧道路面起拱病害形成机理分析、针对性加固方法、施工关键技术及加固效果后评价于一体的成套技术。项目获实用新型专利2项，发布团体标准1部，形成企业工法2项，发表核心期刊论文5篇。成果已成功应用于十漫高速云岭隧道（928m）、二道垭隧道（80m）及保宜高速红岩寺隧道（387m），产值8000余万元。经两年长期监测，加固结构变形已趋于稳定（平均变化率＜0.01mm/d），加固效果良好。与传统加固方法相比，型钢框架加固直接成本降低61%、工期缩短10%，锚杆框架加固成本降低7%、工期缩短17%，内嵌式套拱加固成本降低33%、工期缩短20%。项目成果总体达到国际先进水平。

【主要创新点】

（1）建立芯样破裂面三维数字重构图像，定量表征破裂面二维及三维粗糙度指标，解析千枚岩破裂面形貌宏观表现形式和微观特征，揭示芯样在压应力、剪应力作用下的破坏规律。 采用SmartLab SEX射线衍射仪、扫描电子显微镜（SEM）、三维激光扫描仪等现代技术，从微观层面深入分析破裂面粗糙度与强度特征关系，揭示了千枚岩（方解石40.7%、绿泥石15.8%、白云母7.9%）遇水软化、抗压抗剪强度低、体积微膨胀等特性是导致路面起拱的重要因素。

（2）研究断裂带与地下水共同作用下的隧道结构破坏规律，揭示断层渗透系数与围岩塑性区体积对比关系，全面深入分析软岩隧道路面起拱病害形成机理。 数值模拟表明，围岩断层渗透系数1×10⁻⁵与1×10⁻⁹相比，塑性区体积增加163.9%。地下水和断层的共同作用降低了隧底围岩的承载能力和抗剪能力，为针对性加固提供了理论依据。

（3）基于路面起拱病害形成机理，针对性提出型钢框架、锚杆框架、成环内嵌式套拱加固方法，并进行数值模拟与工程实施验证，系统总结隧道结构病害维修加固成套技术，显著提升加固效果。 对路面起拱严重、围岩隆起变形不稳定路段采用锚杆框架加固；对仰拱欠厚、扁平，路面纵向开裂、错台、不均匀变形路段采用型钢框架加固；对同时出现路面起拱、纵向开裂及衬砌变形、开裂、掉块路段采用成环内嵌式套拱同时加固衬砌和重建路面以下结构。

（4）结合监测和定期检测数据，研究长期监测系统搭建、数据分析、综合评估方法等，建立隧道加固后评价体系。 基于物联网、大数据技术，在隧道及加固结构关键部位安装传感器，建立长期安全监测系统，优化监测项目、测点布置、传感器选型、数据分析及结构评估方法，研究成果纳入团体标准《公路隧道结构病害处治加固方法与施工技术规程》，为隧道加固效果评估提供了科学依据。