公路隧道病害成因分析及治理研究

程度均

(貴州橋梁建設(shè)集團有限責任公司，貴州　貴陽　550001)

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公路隧道病害成因分析及治理研究

程度均

(貴州橋梁建設(shè)集團有限責任公司，貴州貴陽550001)

文章結(jié)合工程實例，分析了公路隧道病害的主要類型及其產(chǎn)生的原因，并提出錨桿加固、水害防治、拱背注漿、粘貼碳纖維等相應(yīng)的治理措施，為隧道的安全運營及發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

公路隧道；病害成因；治理措施

0　引言

伴隨我國交通事業(yè)的不斷發(fā)展，公路隧道的規(guī)模與數(shù)量不斷增大，這在完善國內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)布局的同時，極大地提升了路網(wǎng)運輸能力，更好地推動了社會與經(jīng)濟的飛速發(fā)展。盡管隧道建設(shè)耗時費工，而且還存在一定安全風險，但這不足以抵擋隧道建設(shè)的發(fā)展步伐，隧道建設(shè)也必將成為交通事業(yè)未來發(fā)展的重心。但在實際情況中，公路隧道時常會出現(xiàn)一些病害，如襯砌裂損、水害、襯砌侵蝕等，這些病害一旦出現(xiàn)，將會對隧道運行質(zhì)量造成嚴重的影響，甚至還會引發(fā)安全事故，為此需要在充分認識隧道病害防治重要性的基礎(chǔ)上，及時采取科學(xué)有效的措施對各類病害進行防治，進而從根本上保證隧道運行質(zhì)量與效率，保障隧道安全。

1　工程概況

某公路隧道主體位于山區(qū)內(nèi)，進出口坡角相對較大，其中出口坡角為37°，進口坡角為20°，在進出口處均發(fā)現(xiàn)殘坡積層，厚度為3～8 m。由于隧道施工與外界因素的影響，隧道多處裂縫，主要分布在拱部與墻部，如圖1～2所示。

圖1　隧道拱部裂縫示意圖

圖2　隧道墻部裂縫示意圖

通過進一步檢查，本隧道的裂縫主要為微觀裂縫，通常按水平方向分布，且伴有一定自愈傾向。為更好地掌握隧道情況，現(xiàn)將病害具體位置、形態(tài)及主要部位作為主要對象在隧道現(xiàn)場進行全面調(diào)查。各對象調(diào)查結(jié)果見表1～3。

表1　隧道裂縫具體位置調(diào)查結(jié)果表

表2　隧道裂縫形態(tài)調(diào)查結(jié)果表

表3　裂縫主要部位調(diào)查結(jié)果表

2　公路隧道病害成因分析

2.1水害及其成因

隧道開挖施工打破了原本的水系平衡，使得賦存在隧道周邊的水逐漸匯集至圍巖，進而引發(fā)不同程度的水害[1]。此外，如果圍巖和含水層直接連通，襯砌自帶防水系統(tǒng)將很難適應(yīng)這種情況，防水能力失效導(dǎo)致水害發(fā)生。調(diào)查顯示，使用年期超出8年的隧道中，有近70%的隧道存在水害問題。而現(xiàn)存病害的公路隧道中，更有90%都存在不同程度的水害問題。

隧道水害一旦發(fā)生，會大幅提升隧道中的濕度，使線路等不能繼續(xù)正常工作，直接降低隧道運行安全性。另外，水害還會引發(fā)多種其他病害，如滲漏等現(xiàn)象導(dǎo)致的襯砌開裂等，若水害現(xiàn)象始終沒有得到重視和解決，還有可能使裂縫進一步蔓延和擴大。

2.2雪害、凍害及其成因

在我國，凍土地區(qū)的分布十分廣泛，常年凍土面積為陸地總面積的20%左右，為陸上工程建設(shè)，尤其是公路、隧道建設(shè)帶來了極大的不便。在凍土地區(qū)修筑的隧道經(jīng)常會出現(xiàn)凍害問題，而且在北方等寒冷地區(qū)還會出現(xiàn)雪害。這些病害一旦發(fā)生，不僅會對隧道穩(wěn)定性等造成顯著影響，還會中斷交通運行，嚴重時還會引發(fā)交通事故。

2.3襯砌裂損及其成因

按照裂損形式及損壞程度的不同，可將襯砌裂損分為以下幾類，變形、開裂、腐蝕、空洞、下沉與破損等。造成襯砌裂損的原因極其復(fù)雜，襯砌自身原因、土體擠壓以及水害等都會引起裂損。如果隧道出現(xiàn)裂損問題，不僅會造成地下水外滲，還會加劇侵蝕，造成一系列不良情況，嚴重威脅隧道安全。

2.4襯砌侵蝕

對于襯砌侵蝕而言，由于其存在一定不可預(yù)見性和隱藏性，所以準確檢測是預(yù)防侵蝕的關(guān)鍵，常用的檢測手段有：鉆孔取樣、地探雷達等。其中，地探雷達的使用頻率最高，且效果突出，其主要利用沖擊波傳播原理，通過向地層中發(fā)射高頻電磁脈沖，根據(jù)反射波掌握地層基本情況，再進行相應(yīng)的計算和分析，了解動態(tài)模量等相關(guān)信息，進而準確判斷出襯砌的實際侵蝕程度，為后續(xù)治理工作提供可靠的數(shù)據(jù)參考和依據(jù)[2]。

3　公路隧道病害治理措施

3.1錨桿加固

充分利用錨桿系統(tǒng)所具有的擠壓與加固作用，使完成加固后的圍巖可以和病害部位形成一體，達到有效抑制病害擴大的效果。在對錨桿加固進行設(shè)計時，需先查清拱背回填與襯砌的情況及厚度等信息，保證所用錨桿可以完全穿越回填材料，并深入到圍巖的一定深度內(nèi)。與此同時，在對錨桿進行安裝設(shè)置以前，還要對襯砌后方存在的孔洞進行充填，填料選用與襯砌材料相適應(yīng)的泥漿，確保襯砌的實際抗壓系數(shù)處在規(guī)范限度內(nèi)。

3.2隧道水害防治

(1)優(yōu)化材料選取

通過對材料的進一步優(yōu)化和完善可有效提升混合料綜合性能，如盡量使用級配優(yōu)良的石料，適當添加一定量的抗剝落外加劑等。

(2)結(jié)構(gòu)防治措施

對隧道內(nèi)的防排水系統(tǒng)進行完善，必要時增設(shè)排水暗管，確保水體不會對隧道結(jié)構(gòu)層造成侵蝕。

(3)切實加強養(yǎng)護

制定合理的定期養(yǎng)護制度，并嚴格執(zhí)行，通過規(guī)范有效的養(yǎng)護措施起到預(yù)防水害發(fā)生和控制水害進一步發(fā)展的作用，時刻保障隧道安全。

3.3拱背注漿

針對損壞情況較為嚴重或拱背部出現(xiàn)空洞的情況，可采取注漿措施進行治理和加固。通過注漿，既能使襯砌和圍巖更好地結(jié)合，確保荷載作用的均勻性，提高圍巖抗力，還能對襯砌約束條件進行改善，達到約束圍巖有效松弛的目的；此外，還可以促進隧道防排水。施工過程中，大多使用長度為2.5～4.5 m的小導(dǎo)管進行注漿，導(dǎo)管環(huán)向與縱向的間隔需要根據(jù)空隙進一步確定，通常≤1.0～3.0 m，按照梅花形進行布置。漿液的選擇對象主要有三種，分別為水泥單液漿、水泥與水玻璃雙液漿和水泥砂漿。在本隧道中，主要選用水泥砂漿。具體的施工設(shè)計參數(shù)為：注漿孔孔深將穿越襯砌實際厚度為基準，50 mm孔徑，注漿壓力≥0.75 MPa。

3.4碳纖維粘貼

使用樹脂材料在襯砌表面粘貼碳纖維，以此形成碳纖維增強復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，CFRP)[3]。這種復(fù)合材料可以和混凝土材料進行協(xié)同工作，在裂縫封閉、改善受力性能等方面，使用效果十分顯著。實驗說明，采取這種措施對結(jié)構(gòu)物進行補強，可大幅提升被補強結(jié)構(gòu)的承載力，并且碳纖維本身是一種具有高強度、高耐腐蝕性的材料，在隧道病害防治工作中極其適用，有著良好的推廣與使用價值。

3.5裂縫處治

(1)表面涂抹

如果裂縫寬度<0.5 mm，且不存在剪切錯動與滲漏水現(xiàn)象，不會對結(jié)構(gòu)使用造成影響，則可在實際情況中運用表面涂抹的方法進行處治。

(2)鑿槽封縫

針對較大的裂縫，其縫寬≥0.5 mm，最大縫寬在3 mm以內(nèi)，可運用鑿槽的方法進行處治，鑿槽完成以后進行沖洗和風干，并使用環(huán)氧樹脂等材料實施封縫，具體操作過程如圖3所示。

圖3　裂縫鑿槽封縫處治圖

3.6加強隧道健康監(jiān)測

條件允許的情況下，建議在隧道關(guān)鍵位置裝設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)隧道內(nèi)情況的實時監(jiān)控與分析。既可以通過結(jié)構(gòu)監(jiān)測及時掌握各結(jié)構(gòu)層基本情況，保證隧道處于安全狀態(tài)，以有效延長其使用壽命；同時，也可以借助監(jiān)測系統(tǒng)盡早發(fā)現(xiàn)病害，做到“早發(fā)現(xiàn)早處理”，可在控制病害發(fā)展的同時節(jié)約成本。除此之外，還可運用先進的現(xiàn)代化技術(shù)創(chuàng)建一個完善的報警系統(tǒng)，進而從根本上提升隧道安全管理的科學(xué)性與有效性。

4　結(jié)語

公路隧道是一項復(fù)雜且系統(tǒng)的工程，不僅施工難度大、影響因素多，在使用階段還極有可能產(chǎn)生各種病害。基于此，為有效防止病害的產(chǎn)生，需先對病害成因進行深入的分析，再根據(jù)病害的程度和類型，選出有效的治理方法，從而將病害造成的影響與損失降低到最小限度，確保隧道通行安全、通暢。

[1]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(12)：89-92，139.

[2]虞文錦，陳武威，周韻鴻，等.高速公路隧道病害的成因與治理[J].低溫建筑技術(shù)，2012(4)：120-122.

[3]肖望成.高速公路隧道病害成因及治理技術(shù)分析[J].交通建設(shè)與管理，2015(6)：247-249.

Cause Analysis and Control Study of Highway Tunnel Diseases

CHENG Du-jun

(Guizhou Bridge Construction Group Co.，Ltd.，Guiyang，Guizhou，550001)

Combined with project practices，this article analyzed the main types of highway tunnel diseases as well as their causes，and proposed the corresponding control measures such as anchor bolt strengthening，flood control，arch-back grouting，and pasting the carbon fiber，thereby laying a good foundation for the safe operation and development of tunnels.

Highway tunnel；Disease causes；Control measures

U457+.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.017

1673-4874(2016)08-0064-03

2016-06-10

程度均(1962—)，工程師，研究方向：巖土工程；路基、隧道地質(zhì)及隧道施工技術(shù)。