長大山嶺隧道的工程病害及防治技術(shù)探討

王院平

(朔州路橋建設(shè)有限責(zé)任公司，山西朔州 036002)

0 前言

隨著我國西部大開發(fā)的進一步發(fā)展，在山區(qū)修建高速公路和鐵路也越來越多，為了滿足道路或鐵路線性的需要，通常利用長大隧道來穿越崇山峻嶺。長大山嶺隧道工程設(shè)計與施工時經(jīng)常會遇到地下水貯藏豐富、巖石風(fēng)化程度較高、圍巖不穩(wěn)、山體滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害問題，而長大山嶺隧道所穿越山體的穩(wěn)定與否則常常成為隧道工程建設(shè)能否順利開展的關(guān)鍵。因此，在進行長大山嶺隧道設(shè)計與施工前，必須對該隧道所穿越山體的穩(wěn)定性進行多方面的分析與研究，并在此基礎(chǔ)上提出合理有效的安全防護措施［1］。

有關(guān)長大山嶺隧道工程病害問題，國內(nèi)外部分學(xué)者對此早有關(guān)注，如:陳禮偉［1］從選線、設(shè)計、施工及運營維護等方面對隧道工程可能產(chǎn)生的病害及其產(chǎn)生原因進行了總結(jié)和分析，并提出了一些有益的防護加固措施;劉海京等［2］根據(jù)國內(nèi)外隧道病害的研究現(xiàn)狀，分析和綜述了有關(guān)隧道病害的研究方法及技術(shù)特點，并結(jié)合實際工程需要，提出了現(xiàn)有研究的不足之處及病害研究的總體思路;代高飛等［3］通過對某公路隧道病害的現(xiàn)場調(diào)研，對公路隧道的主要病害進行了分類，并根據(jù)隧道裂縫的走向?qū)⑵浞譃榭v向裂縫、斜向裂縫和環(huán)向裂縫三類;黃成光［4］根據(jù)我國公路隧道的防排水問題，闡述了公路隧道通病中的滲漏水、涌水及相應(yīng)的防治技術(shù)措施，為公路隧道工程的防排水設(shè)計提供了非常有益的參考;徐發(fā)?。?］根據(jù)洋條隧道病害的發(fā)生發(fā)展過程，分析了側(cè)墻縱向裂縫、拱部襯砌裂縫以及隧道漏水等病害發(fā)生的原因，并在此基礎(chǔ)上，提出了一系列有效的預(yù)防加固措施;李凱［6］分析了塌方區(qū)公路隧道病害類型的產(chǎn)生原因及防護處治技術(shù)。上述研究或探討為我國公路或鐵路隧道的高速發(fā)展作出了很大貢獻，也為后續(xù)研究奠定了良好的基礎(chǔ)。但是，鑒于隧道工程的復(fù)雜性以及工程病害的多樣性，尚有許多問題值得進一步深入研究和探討。

為此，本文擬著重分析綜述現(xiàn)階段長大山嶺隧道的主要工程病害及其成因，并以此為基礎(chǔ)，進一步探討處治這些工程病害的措施及技術(shù)，以期為長大山嶺隧道的設(shè)計與施工提供參考。

1 長大山嶺隧道的工程病害類型及原因

1.1 長大山嶺隧道的病害類型

一般來說，長大山嶺隧道的工程病害類型主要包括如下幾種:

1)滲漏水病害(包括凍害)。對于長大山嶺隧道的滲漏水病害主要表現(xiàn)在隧道漏水、涌水(拱部滴水、隧道底冒水、孔眼滲水)、襯砌周圍積水、潛流沖刷、侵蝕性水對襯砌的侵蝕以及凍害等幾種情況。據(jù)不完全統(tǒng)計，幾乎所有的隧道病害都與滲漏水有直接或間接的聯(lián)系。隧道結(jié)構(gòu)的缺陷給隧道滲漏水提供了通道，隧道滲漏水的長期作用又會加劇隧道侵蝕破壞，特別是在圍巖有地下水并具有侵蝕性的情況下，對襯砌和隧道設(shè)備的腐蝕更加嚴(yán)重。

2)襯砌結(jié)構(gòu)裂損病害。長大山嶺隧道襯砌結(jié)構(gòu)的裂損病害主要包括襯砌變形、襯砌移動、襯砌開裂、襯砌材料老化、襯砌剝落、剝離以及襯砌結(jié)構(gòu)錯縫、錯臺等。

3)基床破損病害。在長大山嶺隧道的基床中，常常會出現(xiàn)基床下沉、陷落、翻漿冒泥、基床側(cè)溝開裂變形導(dǎo)致冒泥、冒水、軌道變形以及混凝土底板開裂變形等病害。

4)其他類型病害等。如:洞門開裂、錯臺、前傾、下沉以及圍巖下沉塌陷和滑動等。

根據(jù)《鐵路橋隧建筑物劣化評定標(biāo)準(zhǔn)》可將其分為如下幾種等級，如表1所示。

表1 隧道劣化等級劃分

1.2 病害產(chǎn)生的原因

通過對國內(nèi)外公鐵長大隧道的調(diào)研［6，7］發(fā)現(xiàn)，長大山嶺隧道產(chǎn)生病害的主要原因可歸結(jié)于:漏水、凍害、材料老化、偏壓、襯砌背后空洞以及地質(zhì)災(zāi)害等。

從圖1、圖2可以發(fā)現(xiàn)，隧道病害的產(chǎn)生有因外部原因造成的，如近期施工影響，也有因內(nèi)部因素所造成的，如材料老化、混凝土劣化等。此外，隧道本身的設(shè)計和施工也會帶來一些病害，且伴隨著上述病害相互影響，相互作用。

圖1 隧道病害統(tǒng)計圖

圖2 隧道病害產(chǎn)生的原因

2 長大山嶺隧道工程病害防治

2.1 隧道防滲防漏措施

對洞內(nèi)圍巖裂隙水或涌水，根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后 ，可選用以下隧道防排水措施:

1)采用排水盲溝、排水鉆孔等排水設(shè)施;

2)小導(dǎo)管周壁預(yù)注漿、全斷面地層預(yù)注漿及淺埋地段地表預(yù)注漿、旋噴法等加固圍巖、封堵地下水;

3)復(fù)合式襯砌在初期支護與二次襯砌之間選用塑料板防水層或噴涂防水層;

4)二次襯砌采用防水混凝土，施工縫采取加強的防排水措施。

見圖3。

圖3 隧道防滲防漏措施

2.2 隧道圍巖松弛和滑坡的防治

對于長大山嶺隧道，滑坡的規(guī)模一般都很大，滑動面在隧道斷面內(nèi)或以下時，隧道會移動，若防治措施不當(dāng)以致不能控制其變形的發(fā)展時，最好是選擇改線。而對于可控變形的防治措施，也應(yīng)根據(jù)變形程度、發(fā)展規(guī)模、施工條件等適當(dāng)選擇。針對隧道圍巖松弛和滑坡的防治措施主要有:

1)拱架加固和內(nèi)襯補強。以此增加襯砌的抗剪強度，防止襯砌碎塊的脫落。

2)回填壓漿?？梢蕴钛a襯砌拱頂背后的空隙。如曹家坡隧道。

3)增設(shè)仰拱、底撐或在邊墻下部路基用錨桿加固。如小德江2#隧道。

4)改善剎肩(置換混凝土砂漿)，以改善剎肩不良的病害;增加內(nèi)襯的厚度，可以彌補內(nèi)襯結(jié)構(gòu)厚度不足。

5)當(dāng)襯砌承載能力不足時，可以向襯砌背后壓注水泥砂漿或泡沫砂漿;當(dāng)襯砌厚度不足且劣化時，可通過補強拱架+混凝土內(nèi)襯砌或大型護板+錨桿的方式來進行補強加固。如日本的先巖隧道。

2.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)劣化、脫落防治

一般來說，隧道襯砌的劣化及脫落，多為年久劣化并與滲漏水有很大關(guān)系，此外，有害水、凍害、鹽害等外因也可起到一定危害作用。作為隧道病害的內(nèi)因，施工過程中混凝土質(zhì)量、施工縫填充不良等材質(zhì)問題、堿反應(yīng)等也將促進劣化的發(fā)展。因此，針對隧道襯砌結(jié)構(gòu)劣化脫落的防治措施主要從如下幾個方面考慮。

1)襯砌結(jié)構(gòu)的表面清掃、鑿除。表面清掃是指當(dāng)襯砌表面被煤煙、游離石灰、晶花、霉菌、油脂等附著物污染時，清楚這些表面污染物的方法。而鑿除適用于襯砌塊有掉落的可能和襯砌表面局部劣化的場合，或者其他處理措施之前采用。

2)嵌縫與開裂注漿。對于磚、石、混凝土砌塊，當(dāng)接縫材料劣化、主體材料完好時，可以采用嵌縫進行處理;開裂注漿是向襯砌結(jié)構(gòu)的開裂處壓注漿液，使開裂的襯砌結(jié)構(gòu)得到一定程度修復(fù)，如北山隧道。

3)采用防護板加固。防護板是在比較狹小的襯砌表面范圍內(nèi)用螺栓等錨具固定L型鋼、平鋼和鋼板等以防止剝落的處理方法。其主要適用于襯砌開裂處或部分混凝土施工縫處的加固。如日本的關(guān)原隧道。

4)內(nèi)襯補強。內(nèi)襯補強主要適用于襯砌結(jié)構(gòu)大范圍劣化(10 m2以上)的情況。其主要采用噴射法或現(xiàn)澆混凝土法。

5)此外還可采取金屬網(wǎng)加固和補強拱架等措施來改善襯砌結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

總的來說，長大山嶺隧道的病害發(fā)展是一個漸變過程。若在隧道修建階段或運營階段發(fā)現(xiàn)病害，應(yīng)首先分析病害產(chǎn)生的原因，并根據(jù)其成因及時采取有效的防護加固措施，力求做到有針對性的整治，從而盡可能將病害產(chǎn)生的危害減小到最低程度。

3 結(jié)論

綜上所述，工程地質(zhì)環(huán)境及外來荷載僅是隧道產(chǎn)生病害的外因，隧道病害的內(nèi)因也就是其真正原因應(yīng)該歸結(jié)于隧道選線、設(shè)計、施工以及建材方面等存在缺陷，使得隧道本身存在某些安全隱患。因此，要想從根本上減少(或消除)隧道病害，應(yīng)盡可能消除人為因素上述方面存在的不合理性。通過上述分析，得到如下結(jié)論:

1)根據(jù)現(xiàn)有長大山嶺隧道的研究現(xiàn)狀，綜述了其工程病害類型及劣化等級;在此基礎(chǔ)上，通過進一步對國內(nèi)外公鐵長大隧道的調(diào)研，總結(jié)了長大山嶺隧道的病害成因。

2)基于長大山嶺隧道的成因分析，從隧道防滲防漏、圍巖松弛及滑坡、襯砌結(jié)構(gòu)劣化與脫落等方面探討了長大山嶺隧道的病害防治措施。

［1］陳禮偉.淺析隧道病害產(chǎn)生的原因［J］.隧道建設(shè)，2004，24(2):83－85.

［2］劉海京，夏才初，朱合華，等.隧道病害研究現(xiàn)狀與進展［J］.地下空間與工程學(xué)報，2007，3(5):947 －953.

［3］代高飛，朱合華，夏才初.某公路隧道病害成因分析與治理研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報，2005，15(12):89 －92.

［4］黃成光.隧道防排水設(shè)計及滲漏水病害的防治［J］.云南交通科技，2001，17(2):60 －62.

［5］徐發(fā)俊.公路隧道病害分析與防治［J］.華東公路，1995(5):54－57.

［6］李 凱，吳維導(dǎo).隧道塌方的原因分析與處治的措施［J］.廣西交通科技，2001，26(3):39 －42.

［7］關(guān)寶樹.隧道工程維修管理要點集［M］.北京:人民交通出版社，2004.