《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第二部分隧道工程篇《石膏泥灰岩隧道病害分析与处治技术研究》

完成单位：交通运输部公路科学研究所、中铁十一局集团第五工程有限公司、山西交通控股集团有限公司长治高速公路分公司

主要完成人：许崇帮、吴建军、张亚军、李磊、万飞、杨槐、李雪峰、高晓静、徐筱、王垚、张翾、翟鹏程、王成龙、冯春蕾、张峰

项目简介

（一）项目背景

　　我国公路隧道到目前为止已快速发展了20余年，公路隧道运营规模日益庞大，位居世界第一，其中，服务10年以上的隧道超过6000公里。随着运营年限的增加，公路隧道病害问题逐步显现，对公路运营安全构成了严重威胁，公路隧道的运营养护面临极大压力。为保障公路隧道长期运营的结构安全，对隧道病害产生机理、衬砌结构承载力评定及隧道病害处治技术研究已成为行业发展趋势。

　　项目依托的长平高速公路杜公岭隧道，衬砌开裂及局部崩塌、路面隆起及开裂、电缆沟倾覆及挤出、隧道衬砌变形侵限等病害，严重危及隧道运营安全，隧道病害虽经多次处治仍然无法有效遏制其发展，隧道被迫中断运营，给当地路网的交通运输带来了巨大压力，是含石膏岩地层隧道病害的典型案例。（图1）

　　为科学有效处治隧道病害，需查明隧道病害诱因、确定隧道病害生成机理、明确隧道病害衬砌剩余承载能力。

（二）技术概况

　　本项目充分调研国内外已有的隧道病害处治工程研究成果，分析隧道病害成因、确定隧道病害生成机理、明确隧道病害衬砌承载能力，制定隧道病害处治设计原则和设计要点，建立了石膏泥灰岩隧道病害处治技术，主要内容如下：

　　探明了石膏泥灰岩的水理特性及力学特征，提出了水文环境作用下的石膏泥灰岩隧道围岩膨胀力计算公式；揭示了石膏泥灰岩隧道病害演化规律，构建了以石膏泥灰岩膨胀为主，混凝土腐蚀等多因素共同作用的石膏泥灰岩隧道结构病害演化分析模型；提出了服役期病害隧道衬砌结构剩余承载能力评价方法，研发了石膏泥灰岩隧道病害处治技术。

（三）适用范围

　　主要适用于石膏泥灰岩地层公路隧道病害分析与处治，同时也可用于其他地层公路隧道病害分析与处治。

（四）获奖情况

　　交通运输协会科技进步二等奖

项目创新点

　　1.探明了石膏泥灰岩的水理特性及力学特征，提出了水文环境作用下的石膏泥灰岩隧道围岩膨胀力计算公式。

　　2.揭示了石膏泥灰岩隧道病害演化规律，构建了以石膏泥灰岩膨胀为主，混凝土腐蚀等多因素共同作用的石膏泥灰岩隧道结构病害演化分析模型。（图2）

　　3.提出了服役期病害隧道衬砌结构剩余承载能力评价方法，研发了石膏泥灰岩隧道病害处治技术。

　　图2隧道病害成因分析架构体系

应用案例

　　项目研究成果全面应用于杜公岭隧道病害处治工程设计和施工。隧道病害机理研究再现了隧道病害演化过程，确定了导致隧道病害各因素的影响行为与方式；隧道既有衬砌承载能力评价方法为隧道衬砌处治方案选取决策提供依据与支撑；隧道病害处治设计方案的优化比选研究为隧道病害处治方案的设计、技术参数的选取提供了依据与技术支撑，在满足安全的前提下尽可能做到经济合理，优化了支护结构的设计参数，保障了处治效果。

社会效益与经济效益

　　项目研究成果为依托工程的早日投入运营提供了根本性的支撑，使得路网通行提前近3个月，有力缓解了局域路网通行压力，方便了当地人民的交通出行，为项目运营管理单位直接增收近800万元，因此，项目社会经济效益十分显著。