隧道施工病害的成因及防治探討

張陶

（中鐵十一局集團第一工程有限公司，甘肅 酒泉 735000）

隧道是埋置于地層中的工程建筑物，是人類利用地下空間的一種形式。廣義上是指：以某種用途、在地面下用任何方法按規定形狀和尺寸修筑的斷面積大于2m2的洞室。鐵路隧道在運營中會出現滲漏水(水害)、襯砌裂損、隧道凍害、襯砌腐蝕、震害和洞內空氣污染等病害，還有火災威脅。這些病害和危害對隧道的安全、舒適、正常運營有重要影響和威脅。

1 隧道水害

隧道水害是指在隧道修建和運營過程遇到的水的干擾和危害，是最常見的隧道病害。主要指運營隧道水害 (即圍巖的地下水和地表水直接或間接地以滲漏或涌出的形式進入隧道內造成的危害)。隧道滲漏水(水害)對隧道穩定、洞內設施、行車安全、地面建筑和隧道周圍水環境產生諸多不良影響甚至威脅，影響內部結構及附屬設施，降低使用壽命，嚴重時將危害到隧道及地下工程的運營安全。輕則造成洞內空氣潮濕，影響施工人員身體健康，機械設備銹蝕，絕緣設備失效，電路短路，漏電傷人；重則威脅人員安全，沖毀洞內機械設備，造成塌方，淹沒工作面，中斷施工，造成重大經濟損失，危害環境。

1.1 隧道水害的原因

隧道水害的成因是，修建隧道，破壞了山體原始的水系統平衡，隧道成為所穿過山體附近地下水集聚的通道。當隧道圍巖與含水地層連通，而襯砌的防水及排水設施、方法不完善時，就必然要發生隧道水害。也可以將隧道水害歸結為客觀和主觀兩方面的原因。

1.1.1 隧道穿過含水的地層。

①砂類土和漂卵石類土含水地層。

②節理、裂隙發育，含裂隙水的巖層。

③石灰巖、白云巖等可溶性地層，當有充水的溶槽、溶洞或暗河等與隧道相連通時。

④淺埋隧道地段，地表水可沿覆蓋層的裂隙、孔洞滲透到隧道內。

1.1.2 隧道襯砌防水及排水設施不完善

①原建隧道襯砌防水、排水設施不全。

②混凝土襯砌施工質量差，蜂窩、孔隙、裂縫多，自身防水能力差。

③防水層施工質量不良或材質耐久性差，經使用數年后失效。

④混凝土的工作縫、伸縮縫、沉降縫等未做好防水處理。

⑤襯砌變形后，產生的裂縫滲透水。

⑥既有排水設施，如襯砌背后的暗溝、盲溝，無襯砌的輔助坑道、排水孔、暗槽等，年久失修阻塞。

1.2 常用的整治運營隧道漏水的基本方法

(1)適當疏排

對地表水豐富的淺埋隧道，當地表溝谷坑洼積水、滲水對隧道有影響時，用疏導積水、填平溝谷、砌溝排水等措施，使洞頂地表形成良好的排水系統，不使洞頂的地表水流入或滲入隧道。洞口仰坡邊緣周圍設截水溝和排水溝，并保持良好狀態。對地下水豐富、隧道內無排水溝或排水溝深度不足而導致隧底積水的，應采取增設水溝、將單側溝改為雙側溝、加深側溝或采取設置密并暗管加深水溝等措施。

(2)注漿堵水

(3)增設內防水層

2 襯砌裂損

隧道襯砌是承受地層壓力、防上圍巖變形坍落的工程主體建筑物。地層壓力的大小，主要取決于工程地質和水文地質條件和圍巖的物理力學特性，同時與施工方法、支護襯砌是否及時和工程質量的好壞等因素有關。由于形變壓力、松動壓力作用、地層沿隧道縱向分布及力學性態的不均勻作用、溫度和收縮應力作用、圍巖膨脹性或凍脹性壓力作用、腐蝕性介質作用、施工中人為因素、運營車輛的循環荷載作用等，使隧道襯砌結構物產生裂縫和變形，影響隧道的正常使用，統稱為隧道襯砌裂損病害。

襯砌裂損是隧道病害的主要形式，隧道襯砌裂損破壞了隧道結構的穩定性，降低了襯砌結構的安全可靠性，影響隧道的正常使用，甚至危及行車安全。

針對襯砌裂損病害提出整治措施：裂縫整修，襯砌背后空洞壓漿，底版的穩定處理，換拱、換邊墻。

3 襯砌腐蝕

襯砌背后的腐蝕性環境水，容易沿襯砌的毛細孔、工作縫、變形縫及其他孔洞滲流到襯砌內側，成為隧道滲漏水，對襯砌混凝土和砌石、灰縫產生物理性或化學性的侵蝕作用，造成襯砌腐蝕。隧道襯砌腐蝕分為物理性侵蝕和化學性腐蝕兩類。隧道襯砌腐蝕使混凝土變酥松，強度下降，降低隧道襯砌的承載能力，還會導致鋼軌及扣件腐蝕，縮短使用壽命，危及行車安全。產生腐蝕的三個要素是第一、腐蝕介質的存在；第二、易腐蝕物質的存在；第三、地下水的存在且具有活動性。為確保隧道建筑物的安全使用，應積極對襯砌腐蝕病害進行防治。

隧道襯砌防腐蝕措施，應首先從搞好勘測設計著手，掌握隧道工程地質和水文地質資料，查明環境水含侵蝕性介質的來源和成分，在正確判定其對襯砌混凝土侵蝕的程度的基礎上，因地制宜地采取防治措施。

4 隧道凍害

隧道凍害是寒冷地區和嚴寒地區的隧道內水流和圍巖積水凍結，引起隧道拱部掛冰、邊墻結冰、洞內網線設備掛冰、圍巖凍脹、襯砌脹裂、隧底冰椎、水溝冰塞、線路凍起等，影響到安全運營和建筑物的正常使用的各種病害。隧道凍害會導致襯砌凍裂開脹，甚至疏松剝落，造成隧道襯砌結構的失穩破壞，降低襯砌結構的安全可靠性，嚴重影響運輸的安全和正常運行。隧道常見的凍害種類有：拱部結冰、邊墻結冰、圍巖凍脹破壞、襯砌發生冰楔、洞內網線掛水等。

凍害形成的主要原因有：寒冷氣溫的作用，季節凍結圈的形成(如果隧道的排水設備在隧道的凍結圈內，冬季易發生冰塞；在凍結圈內如果圍巖的巖性是非凍脹性土，則不會發生凍脹性病害)。隧道在設計和施工時，對防凍問題沒有考慮或考慮不周，造成襯砌防水能力不足，洞內排水設施埋深不夠、治水措施不當，施工有缺陷，都會造成和加重運營階段隧道的凍害。

嚴寒及寒冷地區隧道凍害的防治，其基本措施是綜合治水、更換土壤、保溫防凍、結構加強、防止融坍等，可根據實際情況綜合運用。

5 隧道病害的防治

隧道病害給隧道的正常運營和安全都帶來影響，有時影響十分嚴重；而且，病害整治和保持運營之間矛盾突出，病害整治干擾正常運營，造成運營損失，而病害整治在空間、時間和施工條件都局限的條件下進行，困難重重。因此，首先要預防為主，必須在設計階段就要采取預防措施，防止病害產生；另一方面，對出現的病害須查清病害原因、采取合理的措施進行整治，提高隧道病害整治的工程質量和經濟效益。

[1]朱忠林,馬偉斌,史存林，合寧線試驗段路塹基床地基動力特性試驗研究，鐵道建筑[J]，2007年第2期，55-58.

[2]王智猛，蔣關魯，魏永幸，胡安華.達成線紅層泥巖路基循環加載試驗研究，巖土工程學報[J]，2008(12)，1888-1980.

[3]西南交通大學，鄭西客運專線大斷面黃土隧道設計與施工技術：隧道地基處理及防排水技術研究：《成果總報告》[R],2008年12月，65.