運營中的公路隧道病害調(diào)查統(tǒng)計與治理對策

何品祥，鐘偉，孔凡林

（1重慶市渝北區(qū)公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，重慶401120；2重慶市建設(shè)工程質(zhì)量檢驗測試中心，重慶400020）

運營中的公路隧道病害調(diào)查統(tǒng)計與治理對策

何品祥1，鐘偉2，孔凡林2

（1重慶市渝北區(qū)公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，重慶401120；2重慶市建設(shè)工程質(zhì)量檢驗測試中心，重慶400020）

通過對重慶市正在運營的2條隧道病害進行全面調(diào)查，分析隧道襯砌裂縫、滲漏水、襯砌背后空洞等病害的分布規(guī)律以及病害產(chǎn)生的原因；并據(jù)此給出不同病害的治理對策。為今后類似運營中的隧道工程的襯砌裂縫、滲漏水以及襯砌背后空洞治理提供參考和借鑒。

公路隧道；病害調(diào)查；襯砌裂縫；滲漏水；治理對策

引言

隧道襯砌裂縫和滲漏水是公路隧道病害的主要形式，而這些病害的存在嚴重威脅隧道內(nèi)行車安全，縮短了隧道的維護周期和使用壽命[1-2]。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)力度的加大，越來越多的公路隧道投入使用，隧道的安全性能成為從業(yè)者關(guān)注的重點。因此，針對運營過程中的公路隧道進行全面的病害調(diào)查分析，提出相應(yīng)的治理對策以確保隧道結(jié)構(gòu)運營安全是非常必要的。本文基于重慶市2座隧道的病害調(diào)查結(jié)果，對導(dǎo)致隧道襯砌裂縫和滲漏水的原因進行分析，并據(jù)此提出相應(yīng)的隧道病害治理對策。

1　調(diào)查內(nèi)容與結(jié)果統(tǒng)計

1.1調(diào)查內(nèi)容與方法

通過對重慶市渝北區(qū)草統(tǒng)路上的X1隧道、X2隧道的襯砌裂縫、滲漏水等病害的全面系統(tǒng)的調(diào)查，探討這些病害產(chǎn)生的原因和發(fā)展規(guī)律，為該隧道的安全性能評估提供依據(jù)，并為今后類似隧道工程的設(shè)計、施工提供參考。

現(xiàn)場調(diào)查主要采用卷尺、量角器、裂縫計、游標卡尺、量筒和數(shù)碼相機等設(shè)備，對隧道襯砌裂縫、滲漏水等病害進行量測。主要調(diào)查內(nèi)容有：

（1）襯砌裂縫形態(tài)：裂縫寬度、長度、間距、傾角和裂縫展布圖。

（2）滲漏水：滲漏水的部位、滲漏水的水量和滲漏水的形態(tài)。

1.2統(tǒng)計結(jié)果

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)隧道襯砌裂縫種類主要有：環(huán)向裂縫、縱向裂縫和斜向裂縫。其中環(huán)向裂縫主要是垂直隧道軸線，沿隧道襯砌環(huán)向展開；縱向裂縫主要表現(xiàn)為沿隧道縱軸線展開；斜向裂縫與隧道縱軸線和隧道環(huán)向均有一定的夾角。調(diào)查結(jié)果顯示，環(huán)向裂縫是隧道襯砌裂縫的主要形態(tài)，縱向裂縫和斜向裂縫雖然在襯砌裂縫中占的比例較小，但是對隧道的結(jié)構(gòu)安全的影響不容忽視，特別是縱向裂縫，對隧道的安全具有控制性作用。

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)6處滲漏水，主要以面滲漏為主。主要發(fā)生在隧道拱腳部位，滲漏水形態(tài)為浸濕。滲漏水主要分布在圍巖較破碎地段，大氣降水通過圍巖露頭和沖溝地表水滲入地下。

圖1　隧道襯砌裂縫統(tǒng)計

2　病害原因分析

各種形式的裂縫出現(xiàn)的原因各不相同，裂縫產(chǎn)生和發(fā)展又受到各種因素的影響[3-6]。按照裂縫產(chǎn)生原因的不同，將隧道襯砌裂縫分為：干縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫、外荷載作用引起的裂縫等。

（1）干縮裂縫

干縮裂縫是因為混凝土在空氣中硬化引起體積收縮，使混凝土表面開裂。隧道襯砌干縮裂縫主要表現(xiàn)為表面性的平行線狀或者網(wǎng)狀淺細裂縫，寬度多在0.05～0.2mm。

（2）沉降裂縫

隧道在施工及運營過程中，地基土的固結(jié)特性不一樣會引起隧道的不均勻沉降，進而改變襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)產(chǎn)生開裂。隧道沉降裂縫主要表現(xiàn)為裂縫深度大甚至貫穿整個襯砌厚度，裂縫一般沿著與地面垂直或呈30～45°角方向發(fā)展。

（3）溫度裂縫

隧道襯砌結(jié)構(gòu)隨著溫度的變化而產(chǎn)生變形，熱脹冷縮；當(dāng)變形受到約束時，就可能產(chǎn)生裂縫。由于混凝土在硬化過程中，水泥和水汽化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度上升；如果這些熱量不能很快散出去，使混凝土內(nèi)外溫差過大，就將產(chǎn)生溫度應(yīng)力。如果溫度拉應(yīng)力超過混凝土早期抗拉強度時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。襯砌溫度裂縫的走向一般無一定規(guī)律，溫度裂縫易出現(xiàn)在施工縫位置和襯砌內(nèi)表面。

（4）外荷載作用引起的裂縫

外荷載作用是指圍巖和環(huán)境的變化使施加在隧道襯砌結(jié)構(gòu)上的作用力產(chǎn)生變化。外荷載作用是實際工程中較為常見的導(dǎo)致襯砌開裂的重要原因。由于隧道工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的復(fù)雜性，隧道設(shè)計階段往往根據(jù)少數(shù)地質(zhì)鉆孔來進行設(shè)計，可能導(dǎo)致在實際隧道開挖后圍巖條件與原設(shè)計差別較大；施工過程中，在爆破震動等外荷載的作用下，圍巖應(yīng)力場可能發(fā)生變化，隧道周圍塑性區(qū)擴大，形成一定范圍內(nèi)的松動圈，后期隧道襯砌結(jié)構(gòu)澆筑后圍巖壓力還沒有完全釋放，圍巖徐變引起隧道襯砌混凝土受拉而開裂；隧道遇到構(gòu)造較為復(fù)雜的節(jié)理裂隙時，可能造成由于開挖不當(dāng)或支護不及時引起圍巖發(fā)生局部坍塌，或者回填不密實造成不穩(wěn)定土體，人為形成了偏壓的地質(zhì)構(gòu)造。這些構(gòu)造破壞了隧道圍巖的正常塌落拱，容易形成偏壓荷載。

圍巖壓力變化引起的裂縫一般出現(xiàn)在隧道拱頂位置內(nèi)側(cè)。偏壓荷載作用下隧道襯砌結(jié)構(gòu)易在拱腰部位（偏壓深度較大的一側(cè)）內(nèi)側(cè)出現(xiàn)開裂。

（5）隧道局部區(qū)段的拱頂襯砌混凝土厚度未達到設(shè)計厚度要求，洞身段二次襯砌背后不密實或脫空的情況嚴重，這些缺陷的存在可能導(dǎo)致隧道襯砌出現(xiàn)應(yīng)力集中，在外荷載作用下進一步加大了襯砌開裂的概率。

3　隧道病害治理對策

3.1裂縫治理

根據(jù)裂縫寬度、深度、長度等信息，參考裂縫評價的健康等級，裂縫治理措施有：

（1）表面涂抹法

表面涂抹法主要是針對寬度小于0.3mm、無明顯的剪切滑移和滲漏水現(xiàn)象、對結(jié)構(gòu)承載力影響不大、不影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用的裂縫?？梢圆捎盟嗷鶟B透結(jié)晶型材料進行表面涂抹處理。涂抹時應(yīng)保證灰漿能噴射進表面微孔或微裂隙中，一次涂刷厚度不宜超過0.2mm。

（2）埋管灌漿法

埋管灌漿法主要針對寬度在0.3～0.5mm之間、范圍較大或有明顯錯動跡象、對結(jié)構(gòu)的承載力會產(chǎn)生一定影響的混凝土裂縫進行治理。治理工藝流程如下：

圖2　埋管灌漿法施工流程

3.2滲漏水治理

滲漏水的治理應(yīng)采取“以排為主，截、排、堵相結(jié)合；先拱后墻、拱堵墻排，集中涌水處設(shè)管引排，因地制宜，綜合整治”的處理措施，具體措施有：

（1）襯砌背后注漿

根據(jù)滲漏水的輕重，襯砌背后注漿采用初次注漿和檢查注漿。初次注漿采用水泥砂漿，檢查注漿材料采用純水漿。當(dāng)?shù)叵滤畨毫^大，水流速度快，滲漏嚴重時，采用可灌性好、結(jié)實率高、快凝早強、凝結(jié)時間可調(diào)的水泥-水玻璃雙液漿。

（2）嵌縫堵漏法

主要用于局部施工縫浸水、滲水等水量較小的部位處理。隧道環(huán)向施工縫堵漏采用嵌入復(fù)合式膨脹橡膠條，結(jié)合鑿槽埋管，將水引入側(cè)溝。隧道縱向縫堵漏，采用嵌入式自粘型止水條，進行封堵。

（3）鑿槽排水法

主要用于拱、墻單點線流、股流、射流等水量較大而不易用以上幾種堵水措施處理的滲漏部位。其方法是從滲水點起鑿槽，在槽中埋設(shè)半個聚氯乙稀管或塑料排水板，外用防水砂漿封閉。

3.3襯砌背后脫空治理

針對隧道襯砌背后存在空洞、脫空區(qū)域或回填不密實情況，可以采用注漿回填處理。治理措施如下：

（1）注漿管采用42鋼花管，呈梅花形布置，管長須露出襯砌外緣一定長度（一般為10～20cm），具體長度結(jié)合襯砌背后脫空區(qū)的長度確定。

（2）注漿材料采用M10水泥砂漿，其配合比（水∶水泥∶砂）根據(jù)計算或試驗確定。

（3）注漿壓力控制在0.3MPa以內(nèi)，拱部充填注漿完成后，應(yīng)檢測脫空區(qū)是否填密實，否則需進行補注漿。

4　結(jié)論

通過對X1隧道、X2隧道的病害全面調(diào)查、質(zhì)量檢測，以及病害的統(tǒng)計分析，得出以下結(jié)論：

（1）隧道的主要病害為襯砌裂縫，裂縫分布在邊墻處，主要為環(huán)向裂縫；隧道共發(fā)現(xiàn)6處滲漏水；局部區(qū)段襯砌背后混凝土不密實或脫空缺陷。

（2）對所調(diào)查的隧道裂縫參數(shù)進行分析，得出裂縫產(chǎn)生的原因；重點分析了對隧道結(jié)構(gòu)安全性影響較大的縱向裂縫，初步判斷主要是外荷載作用產(chǎn)生的。

（3）針對隧道裂縫、滲漏水以及襯砌背后脫空等不同病害，提出了相應(yīng)的治理對策。

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

[2]王建宇.胡元芳.對巖石隧道襯砌結(jié)構(gòu)防水問題的討論[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2001(2):20-25.

[3]徐學(xué)深.某公路隧道病害成因分析及處置對策[J].中國水運，2012，12（3）：187-188.

[4]劉庭金，朱合華，夏才初，等.云南省連拱隧道襯砌開裂和滲漏水調(diào)查結(jié)果及分析[J].中國公路學(xué)報，2004，17（4）:64-67.

[5]蒲春平，夏才初，李永盛，等.隧道的溫度應(yīng)力及由其引起的裂縫開展規(guī)律的研究[J].中國公路學(xué)報，2000，13(2):76-79.

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責(zé)任編輯：孫蘇

Investigation Counts and Countermeasures of Road and Tunnel Hazzards in Operation

Based on the carefulinvestigation of the hazards oftwo tunnels in Chongqing,the occurrence and causes of hazards like lining crack,leakage and lining back cavities are analyzed with countermeasures presented in hope ofoffering some references for similartunnelproject.

road tunnel;hazard investigation;lining crack;leakage;countermeasures

U457+.2

A

1671-9107（2013）02-0044-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.02.044

2012-10-29

何品祥（1971-），男，重慶人，工程師，主要從事公路工程、橋梁隧道、道路監(jiān)管和檢測工作。