公路隧道襯砌裂損病害檢測(cè)及治理措施分析

張鵬

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著襯砌混凝土技術(shù)日趨成熟，已在公路隧道工程中獲得有效應(yīng)用，并且整個(gè)施工過程簡單，技術(shù)應(yīng)用成本低，但實(shí)際技術(shù)應(yīng)用過程中，公路隧道工程經(jīng)常發(fā)生各種襯砌裂損病害問題?；诖_保公路隧道的使用質(zhì)量，有必要加強(qiáng)公路隧道襯砌裂損病害檢測(cè)及治理措施的探討研究，其意義重大。

1 公路隧道襯砌裂損病害的成因分析

1.1 設(shè)計(jì)原因

公路隧道開展前，相關(guān)人員對(duì)于公路隧道工程區(qū)域及周邊的地質(zhì)條件勘察不到位，襯砌類型選擇以及圍巖級(jí)別劃分不合理，會(huì)導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)和巖層荷載差異性過大，這樣易引發(fā)裂損病害問題。同時(shí)，由于施工區(qū)域地質(zhì)條件的復(fù)雜性，隧道設(shè)計(jì)初始階段，設(shè)計(jì)單位很難制定出完全滿足圍巖實(shí)際情況的設(shè)計(jì)方案，只能在具體施工過程中依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)于設(shè)計(jì)方案實(shí)施優(yōu)化，但設(shè)計(jì)方案仍存在一些不足以及問題，影響公路隧道襯砌強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致襯砌局部裂損情況。同時(shí)，很多公路隧道工程設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員基于設(shè)計(jì)成本及工程安全穩(wěn)定性等方面考慮，設(shè)計(jì)理念過于保守，使用先拱后墻的施工方式，致使隧道襯砌背后形成大量空洞，影響隧道襯砌受力情況，導(dǎo)致隧道襯砌開裂。并且一些公路隧道襯砌未布設(shè)防水板，混凝土型號(hào)選擇不當(dāng)，導(dǎo)致其抗?jié)B性能不足，均可能導(dǎo)致公路隧道襯砌裂損[1]。

1.2 施工原因

公路隧道施工作業(yè)過程中，施工單位前期爆破作業(yè)不到位或者部分坍塌未填補(bǔ)，均會(huì)導(dǎo)致公路隧道襯砌背后存在大量的空洞；施工過程操作不當(dāng)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生漏漿情況，均會(huì)影響施工質(zhì)量。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，施工單位未依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行作業(yè)，二次襯砌拆模時(shí)間過早，混凝土強(qiáng)度可能未達(dá)到設(shè)計(jì)值的75%，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠，混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，基于自重及圍巖荷載影響而產(chǎn)生大量裂縫。如果施工單位提前施做二次襯砌，初期支護(hù)變形未趨于穩(wěn)定，圍巖應(yīng)力未完全釋放，造成二次襯砌過早承受圍巖壓力而開裂，這在一定程度上也會(huì)影響襯砌結(jié)構(gòu)耐久性及其他性能。另外，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)過程中，混凝土配合比以及泵送混凝土工藝均需要施工單位進(jìn)行嚴(yán)格控制，但一些施工單位基于各種因素并未依據(jù)相關(guān)規(guī)范實(shí)施有效控制，材料性能不達(dá)標(biāo)或者襯砌混凝土澆筑時(shí)混凝土供應(yīng)量不夠，也會(huì)影響混凝土使用質(zhì)量。如果仰拱超挖過多、仰拱基底存有虛渣，鎖腳錨桿施工質(zhì)量不好會(huì)造成鋼拱架和二襯結(jié)構(gòu)受力不均，造成應(yīng)力集中和襯砌不均勻沉降，導(dǎo)致出現(xiàn)環(huán)向裂縫[2]。

1.3 地質(zhì)條件原因

公路隧道工程施工區(qū)域地質(zhì)條件尤為重要，當(dāng)施工區(qū)域地質(zhì)條件過于復(fù)雜，也會(huì)產(chǎn)生公路隧道襯砌裂損病害，如公路隧道圍巖風(fēng)化度較高時(shí)，巖體節(jié)理裂隙數(shù)量多，如果前期工程勘探工作不到位，或者設(shè)計(jì)時(shí)未將該因素進(jìn)行重點(diǎn)考慮，則會(huì)明顯降低公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全性。如果公路隧道工程施工區(qū)域?yàn)槟噘|(zhì)巖層時(shí)，隨著水分等因素影響，巖石容易軟化，從而導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定性變差，襯砌結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的荷載會(huì)顯著增大，而產(chǎn)生裂損。對(duì)于公路隧道工程來說，地下水文情況也是公路隧道襯砌裂損病害的主要形成因素之一，如果地下水位過高或者地下滲水情況嚴(yán)重時(shí)，公路隧道工程長時(shí)間處于這種環(huán)境下，會(huì)影響工程壽命。如果公路隧道工程施工區(qū)域內(nèi)，巖層基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降情況時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)則會(huì)發(fā)生彎拉及扭曲，其實(shí)際結(jié)構(gòu)應(yīng)力超標(biāo)則會(huì)引發(fā)彎張損裂出現(xiàn)。另外，圍巖壓力受力不均勻，也會(huì)引發(fā)隧道襯砌裂損病害，主要是隧道兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)受圍巖壓力程度不足，存在明顯的偏壓情況，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，其中襯砌拱腰位置變形程度最大，其裂損可能性也最高[3]。

1.4 其他原因

侵蝕介質(zhì)腐蝕也會(huì)導(dǎo)致隧道襯砌裂損，這主要是隧道環(huán)境內(nèi)存在空氣、水及鹽分顆粒，基于這些物質(zhì)的長期共同影響，襯砌混凝土逐步碳化以及鋼筋銹蝕，致使襯砌裂損。另外，公路隧道工程區(qū)域內(nèi)發(fā)生自然災(zāi)害問題，諸如地震、泥石流等，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)變形或損傷。

2 公路隧道工程襯砌裂損病害問題的主要檢測(cè)內(nèi)容

2.1 滲漏水病害檢測(cè)

公路隧道工程日常使用過程中，滲漏水病害問題發(fā)生頻次較高，因此工程技術(shù)人員需將滲漏水病害檢測(cè)作為基礎(chǔ)檢測(cè)項(xiàng)目之一。實(shí)際病害檢測(cè)過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以及工程指標(biāo)要求，參考襯砌腐蝕以及鋼筋銹蝕情況，明確具體的檢測(cè)范圍、檢測(cè)指標(biāo)及檢測(cè)頻次等，這樣確保滲漏水病害檢測(cè)的質(zhì)量。同時(shí)，因?yàn)闈B漏水病害檢測(cè)工作專業(yè)性較強(qiáng)，所以要求工程人員具有良好的專業(yè)知識(shí)積累量，專業(yè)檢測(cè)技能達(dá)標(biāo)以及檢測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)豐富。一般情況，滲漏水的檢測(cè)需使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)襯砌背后的富水區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，而技術(shù)人員可通過滲漏水病害檢測(cè)確定具體的滲漏水病害產(chǎn)生原因，及時(shí)制定針對(duì)性病害處理措施，從而確保公路隧道工程使用質(zhì)量[4]。

2.2 結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)

公路隧道工程襯砌裂縫病害較為常見，裂縫類型按分布形式可分為環(huán)向裂縫、斜向裂縫和橫向裂縫；按受力狀況可分為受力裂縫和非受力裂縫。對(duì)裂縫進(jìn)行全面檢測(cè)，觀測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)，分析裂縫產(chǎn)生原因，對(duì)判斷裂縫的受力狀況尤為重要。裂縫寬度觀測(cè)采用裂縫測(cè)寬儀進(jìn)行觀測(cè)，初次觀測(cè)時(shí)對(duì)典型裂縫進(jìn)行標(biāo)記，固定量測(cè)位置，然后根據(jù)量測(cè)頻率進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行比較。由于裂縫長度不規(guī)則，較難準(zhǔn)確測(cè)量，一般檢測(cè)時(shí)對(duì)裂縫末端進(jìn)行標(biāo)記，后續(xù)觀測(cè)過程中，讀取超過裂縫標(biāo)記末端的增量ΔL 來記錄裂縫的變化情況。裂縫深度采用超聲波無損檢測(cè)，并輔助以裂縫取芯驗(yàn)證。由于隧道結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個(gè)可測(cè)表面，因此采用單面平測(cè)法。平測(cè)時(shí)應(yīng)在裂縫的被測(cè)部位，以不同的測(cè)距，按跨縫和不跨裂縫布置測(cè)點(diǎn)（布置測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)避開鋼筋的影響）進(jìn)行檢測(cè)，圖1為裂縫寬度檢測(cè)。

圖1 裂縫寬度檢測(cè)

2.3 基底類病害檢測(cè)

基底類病害檢測(cè)作為公路隧道工程襯砌裂損病害的重點(diǎn)檢測(cè)項(xiàng)目之一，如果公路隧道基底存在虛渣或基底承載力不足時(shí)，會(huì)使得襯砌產(chǎn)生沉降變形，局部產(chǎn)生空洞，易引發(fā)襯砌開裂破損問題。實(shí)際基底類病害檢測(cè)工作實(shí)施過程中，工作人員應(yīng)評(píng)估不同襯砌結(jié)構(gòu)形式的相關(guān)影響，然后對(duì)于襯砌結(jié)構(gòu)受力情況實(shí)施精確計(jì)算，如果結(jié)構(gòu)受力差異性過大時(shí)，便會(huì)引發(fā)襯砌開裂問題。另外，基底類病害檢測(cè)時(shí)，工作人員也應(yīng)檢測(cè)評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)施工方法對(duì)于施工質(zhì)量的具體影響，這可減少施工過程中的安全隱患。

2.4 混凝土病害檢測(cè)

與其他病害問題比較來說，混凝土病害危害性較大，公路隧道發(fā)生混凝土病害時(shí)，會(huì)影響工程使用的安全性和耐久性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響隧道內(nèi)行車安全，甚至導(dǎo)致隧道坍塌?；炷敛『z測(cè)過程中，工作人員應(yīng)首先對(duì)于混凝土配合比、攪拌時(shí)間、振搗強(qiáng)度、水泥含量等方面進(jìn)行全面檢測(cè)，其次對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的厚度、強(qiáng)度及密實(shí)性進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，這樣可為公路隧道襯砌裂損問題防治處理提供數(shù)據(jù)參考。

2.5 圍巖穩(wěn)定性分析檢測(cè)

公路隧道斷面面積大，襯砌結(jié)構(gòu)會(huì)承受較大的圍巖荷載，產(chǎn)生裂損一般不僅僅是結(jié)構(gòu)自身存在質(zhì)量缺陷，如果圍巖不穩(wěn)定，施加的圍巖荷載超過混凝土結(jié)構(gòu)承載力，也會(huì)產(chǎn)生大量的隧道裂縫。因此，在隧道施工過程中，要有專業(yè)的地質(zhì)工程師對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析。目前判斷圍巖穩(wěn)定性最可靠的檢測(cè)方法是監(jiān)控量測(cè)技術(shù)，監(jiān)控量測(cè)也是“新奧法”施工理念的核心。通過對(duì)隧道開挖后圍巖的變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以準(zhǔn)確地掌握圍巖穩(wěn)定狀況，在圍巖變形速率降低，變形基本穩(wěn)定后，再施做二次襯砌，可以極大的減少結(jié)構(gòu)受力，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

3 公路隧道工程襯砌裂損病害問題治理措施

3.1 公路隧道工程襯砌裂損病害問題的解決措施

3.1.1 空洞注漿處理法

很多公路隧道工程建設(shè)過程中，隧道襯砌結(jié)構(gòu)背后位置存在大量空洞和空隙，造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承擔(dān)的應(yīng)力過大，針對(duì)這種情況，施工單位可利用注漿作業(yè)方法重點(diǎn)處理襯砌結(jié)構(gòu)背后病害問題，提升襯砌結(jié)構(gòu)的綜合承載力。而空洞注漿處理法應(yīng)用過程中，施工單位應(yīng)選擇合適的注漿孔，確定具體的注漿孔數(shù)量，確?？锥撮g距合適，并在兩個(gè)注漿孔的中間位置設(shè)置排氣孔，適當(dāng)調(diào)整孔道深度，確?？椎来┻^隧道襯砌結(jié)構(gòu)。為確保注漿作業(yè)施工效率及施工質(zhì)量，應(yīng)重點(diǎn)控制漿液質(zhì)量及注漿量，盡量采用單液注漿材料，并依據(jù)工程需求調(diào)整水泥及粉煤灰配比，再額外添加一定量的膨脹劑。漿液配制完成后，工作人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行試漿實(shí)驗(yàn)，確保膠結(jié)率及抗壓強(qiáng)度等級(jí)等性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)。同時(shí)，工程人員還可利用物探技術(shù)探測(cè)空洞及空隙情況，并根據(jù)物探結(jié)果評(píng)估滲透系數(shù)、損失系數(shù)，從而精準(zhǔn)控制注漿量。并且整個(gè)施工作業(yè)實(shí)施階段，還需對(duì)于注漿壓力進(jìn)行控制，確保注漿質(zhì)量滿足工程要求。

3.1.2 無壓排水系統(tǒng)

當(dāng)前很多公路隧道工程長時(shí)間使用過程中，其隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生大量的斜向裂縫與環(huán)向裂縫，其形成一定的滲透通道，而地下水通過這些裂縫進(jìn)行滲漏，甚至部分區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重的積水情況。因此針對(duì)這種情況，公路隧道工程襯砌裂損病害處理過程中，施工單位可使用無壓排水系統(tǒng)方案，具體利用特殊性半圓排水管，其順著裂縫方式實(shí)施敷設(shè)作業(yè)，構(gòu)建完整的排水系統(tǒng)，這樣可有效防止地下水滲入隧道，并可利用隧道現(xiàn)有襯砌以及補(bǔ)強(qiáng)層的通道，地下水可流入公路隧道兩側(cè)的排水溝。當(dāng)公路隧道工程滲水位置面積過大時(shí)，施工單位可布設(shè)一定數(shù)量的鉆水孔實(shí)現(xiàn)有效排水，而隧道拱腳墻底位置應(yīng)設(shè)置集水孔，用于墻后排水需要。同時(shí)，施工單位可在裂縫四周加裝排水管，然后使用水泥釘固定方式，并在管道表面敷設(shè)一定厚度的環(huán)氧砂漿，這樣可有效防止噴射混凝土的沖擊影響，并且排水管可連接邊墻內(nèi)縱向排水管，而縱向排水管與隧道外邊溝連接，構(gòu)建高效穩(wěn)定的無壓排水系統(tǒng)。

3.1.3 襯砌結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

為了解決公路隧道工程襯砌裂損病害問題，施工單位可采用襯砌結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方式，其應(yīng)對(duì)于隧道襯砌結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)層厚度實(shí)施精準(zhǔn)控制，補(bǔ)強(qiáng)層厚度應(yīng)滿足工程結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)要求，確保公路隧道使用的安全性。實(shí)際拱部澆筑作業(yè)實(shí)施過程中，由于整個(gè)作業(yè)難度較大且空洞產(chǎn)生數(shù)量多，這樣難以確保施工質(zhì)量，因此可利用噴射混凝土方式進(jìn)行施工，可減少空洞產(chǎn)生的數(shù)量。襯砌結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)時(shí)，施工單位應(yīng)采取拱部噴射及邊墻澆筑的施工方案開展作業(yè)，這樣既可保證整體補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)質(zhì)量，還可降低施工作業(yè)的困難程度，達(dá)到良好的病害治理效果。同時(shí)，為了提升公路隧道拱部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，施工單位應(yīng)優(yōu)化新增邊墻受力情況，并利用錨桿實(shí)施拱腳加固處理，具體作業(yè)時(shí)，施工人員應(yīng)在拱腳位置布錨桿及鋼筋，并控制鋼筋間距及排距。另外，水泥砂漿封堵時(shí)，施工人員可在合適位置加裝鋼筋網(wǎng)，并將鋼筋網(wǎng)與連接鋼筋進(jìn)行焊接，如果病害問題較為嚴(yán)重時(shí)，其根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況增加鋼筋網(wǎng)層數(shù)。

3.2 提升襯砌裂損病害問題治理的優(yōu)化措施

3.2.1 落實(shí)治理技術(shù)交底

公路隧道工程襯砌裂損病害出現(xiàn)后，施工單位應(yīng)組織相關(guān)部門分析病害類型以及成因，然后依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制訂切實(shí)可行的病害治理方案，然后開展技術(shù)交底工作，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員均可了解治理作業(yè)重點(diǎn)內(nèi)容及相關(guān)注意事項(xiàng)，尤其能夠?qū)⒉『z測(cè)及治理方法步驟等內(nèi)容熟練掌握，提升施工人員的工作責(zé)任心以及工作熱情，做好施工人員培訓(xùn)工作，禁止治理過程中出現(xiàn)隨意性操作行為。

3.2.2 提升治理工作質(zhì)量控制力度

如果公路隧道襯砌裂損治理作業(yè)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，不僅影響現(xiàn)有隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也會(huì)導(dǎo)致材料、人力資源及資金嚴(yán)重的浪費(fèi)，因此施工單位應(yīng)當(dāng)提升治理工作質(zhì)量控制力度。襯砌裂損病害問題治理過程中，如現(xiàn)場(chǎng)使用混凝土，盡量選取合適的骨料以及低含堿量水泥，合理選擇水灰比，避免由于堿-骨科反應(yīng)產(chǎn)生二次裂縫，并確?；炷涟韬妥鳂I(yè)治理，控制混凝土運(yùn)輸時(shí)間，防止混凝土提前凝結(jié)或結(jié)塊，施工人員也應(yīng)重點(diǎn)做好混凝土保溫養(yǎng)護(hù)工作，精準(zhǔn)控制溫度變化，減少二次裂縫產(chǎn)生量。另外，施工單位應(yīng)組織專業(yè)的質(zhì)量管控團(tuán)隊(duì)，并對(duì)于施工過程實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)管，督促現(xiàn)場(chǎng)施工人員嚴(yán)格依據(jù)操作規(guī)程實(shí)施作業(yè)。襯砌裂損病害問題治理作業(yè)完成后，施工單位應(yīng)當(dāng)組織專項(xiàng)質(zhì)檢隊(duì)伍，重點(diǎn)對(duì)于治理作業(yè)進(jìn)行全面檢查，針對(duì)查找到的質(zhì)量問題，及時(shí)制定相應(yīng)的解決措施，實(shí)施有效處理。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著當(dāng)前我國公路交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，公路隧道建設(shè)規(guī)模及數(shù)量隨之增多，這在很大程度上方便了大眾出行及貨物運(yùn)輸，但公路隧道長期使用時(shí)易發(fā)生各種襯砌裂損病害問題，影響公路隧道正常使用。因此施工單位應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況檢測(cè)病害成因，然后制定相應(yīng)措施用于治理公路隧道裂損問題，這樣可提升隧道襯砌結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，做好施工質(zhì)量管控工作，確保公路隧道通行順暢及安全。