隧道運營期常見病害及防治技術分析

韋章興

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530021)

0 引言

目前，國內很多地域的交通都建設有隧道。隧道不同于一般的工程，復雜的地質環境、水文環境以及繁忙的交通運行給隧道安全運行帶來許多不確定的因素。如上海某隧道運行十多年，沉降量最大區段達到200 mm，導致盾構管片開裂、漏水等病害；南京某隧道自2005年運營以來，沉降量最大區段達到191 mm，最大沉降差達到172 mm。隧道的安全運營不僅是人們日常出行便捷的重要保障，同時也是地面建筑安全的重要保證。本文分析了一般軟土上隧道的常見各類病害及其產生的機理，并提出相應的治理技術，以期為隧道病害治理提供借鑒。

1 常見隧道病害簡述

1.1 非結構性病害

非結構性病害主要是指對隧道支護體系無影響，但對隧道安全運行有重大影響

的病害。這一類病害主要是由于隧道內部系統材料或者設備在地下復雜工作環境中發生損傷或損壞導致的，如：線路老化、鋼軌磨損、道岔損壞等。

1.2 結構性病害

結構性病害是指影響隧道支護體系安全或者影響隧道運行受力結構的病害。這一類病害較非結構性病害嚴重，不僅對隧道安全運行產生較大的影響，甚至會對地面建筑產生較大的影響。

1.2.1 隧道變形

隧道的變形是一個整體變化的過程，包含了隧道沿著運行方向的整體沉降、局部沉降、隧道的傾斜變形、隧道的收斂變形等。隧道的變形，尤其是不均勻變形極易導致隧道支護結構局部受力集中，造成結構的破壞。

支護結構病害主要分為兩大類：(1)基于施工縫產生的病害，如盾構施工隧道的管片間的環縫、混凝土施工縫等；(2)基于隧道變形產生的病害，如隧道不均沉降時隧道產生裂紋等。我國東南地區地下含水量豐富，如南京、上海等地，支護結構的損傷易使隧道滲漏水，影響結構使用壽命。圖1(a)是管片環縫滲水，而圖1(b)中為管片受拉開裂。

(a)管片環縫[5] (b)管片擠裂[2]圖1 支護結構病害現場示意圖

1.2.2 道床病害

隧道路面病害主要有裂縫冒泥、脫空等，如圖2所示。

2 隧道病害的成因分析

一般非結構性病害的成因主要取決于隧道內部的工作環境，如濕度、溫度和泥水浸泡等。隧道結構性病害的成因有很多，且大部分病害的產生都是綜合了多種成因。本文基于前人研究的基礎以及筆者分析，得出以下五種因素：

(a)開裂冒泥 (b)冒泥圖2 隧道路面病害現場示意圖

2.1 水文地質條件

水質地質條件是影響隧道的最重要的因素之一，如上海地區水文地質基本為含水量豐富的軟土；南京地區水文地質復雜，沿江區域為軟土，靠近紫金山區域為硬巖；杭州地區主要是軟土。隧道施工時破壞了土的結構和水文，在隧道運營過程中，隧道周邊環境會反作用于設施結構上。另外，在地質力學上，地層沉降也是導致隧道沉降的原因之一。

2.2 隧道運營振動

隧道內部車流量較大，頻繁的交通使得隧道支護結構長時間處于振動狀態。另外，在運營高峰期，客流量激增，增加了隧道下部土層的附加壓力，促使地層沉降。在已有裂縫的基礎上，隧道的動力運行可以加劇裂紋的擴大。

2.3 建筑活動

隧道支護體系的受力狀態易受到隧道周邊以及地表建筑活動的影響，如：在已知隧道線路上部或下部修建隧道；在已知隧道線路地面的建筑活動等。土層開挖或地面工程施工均改變了已知隧道線路支護結構的受力狀態和隧道周圍的水文地質狀態，對已知隧道支護結構產生較大的影響。

2.4 施工技術

施工技術也對隧道安全運營產生影響。如：采用盾構法施工時，支護管片間存在環縫；利用礦山法施工時，支護結構混凝土澆筑時存在施工縫；行車道板存在施工縫等。隧道中施工縫或預留變形縫在復雜受力狀態下極易受到破壞，形成滲透通道。另外，施工養護不當也是造成隧道支護結構開裂的原因之一。

2.5 運營管理

隧道運營過程中，管理不善與維護不當也是導致隧道產生病害的原因之一，如：排水系統堵塞、結構裂縫修補不及時等。日常運營維護不到位，擴大隧道的病害影響范圍，甚至導致隧道停運。

3 隧道病害的防治建議

隧道病害雖不能立即影響其運營，但長此以往，勢必降低隧道使用壽命，增加隧道的維護管理成本。依據隧道病害的防和治，本文提出以下建議。

3.1 隧道病害預防

隧道的病害已然常見于運營中的隧道，故分析病害產生的機理，指導后期修建的隧道。

(1)科學規劃與選址。隧道的規劃選址應服從道路總體的發展規劃。隧道規劃和選址直接影響著隧道的結構形式、斷面形式以及隧道的運營環境等。結合道路總體規劃和實際地層的水文地質條件，合理選擇隧道線路是防止隧道變形的重要手段。

(2)科學設計與建設。隧道的設計和建設是隧道系統的基礎，直接關系著隧道的結構形式和施工質量。針對無法避免的不利地段，要采用合理的地層加固措施以提高地層的承載力。另外，為了方便后期的維護，在隧道設計過程中需預留構件，如：為治理沉降過大，需加固地層，故在設計過程中需預留注漿孔。

(3)科學管理與維護。在隧道的日常管理維護中，隧道內部設備以及隧道支護體系等需要實時監測。根據實時監測結果，判別隧道運營狀態，及時發現病害、治理病害，防患于未然，從而保障隧道的持續安全運行。

3.2 隧道非結構性病害治理

隧道的非結構性病害種類繁多，主要是控制隧道安全運行設備功能故障造成的。此類病害的治理主要是加強對隧道內部機電設備檢修與維護。

3.3 隧道結構性病害治理

已出現病害的隧道線路，需要及時治理，否則會給隧道運行帶來安全隱患、甚至造成重大的經濟損失。隧道結構性病害具體的治理措施根據其成因不同而不同。

(1)表觀治理。表觀裂縫是隧道支護結構病害最直觀的表現。裂縫的存在，同時也導致了隧道內部滲水、冒泥等。對于這類表觀裂縫的治理，主要是根據現場裂縫的情況而定。當裂紋較小，還未形成貫通的裂縫，僅需要水泥嵌補即可；當裂縫較大時，需要通過注漿封堵。通過表觀的治理，防止裂縫滲水冒泥。

(2)結構治理。實時監控量測結果與現場巡視可直接反饋隧道支護體系的結構安全。結合隧道結構的表觀破壞特征，分析隧道結構性病害產生的機理，再做相應的結構性治理。結構性病害的治理按照治理對象不同可分為兩種治理方式：①通過加強支護結構，提高隧道支護結構的支撐作用，如粘貼芳綸布、采用鋼環加固等；②通過加固地層，提高隧道支護結構周邊環境的承載能力，如注漿等。

4 結語

目前，隨著環保越來越受到重視，隧道建設越來越多，被視為緩解交通壓力、提高交通效率的重要手段。隧道病害防治是實現隧道長期安全運營的重要手段。本文在分析隧道病害基礎上，根據東南沿海的軟土地層隧道的病害狀況，分析了非結構性病害和結構性病害產生的機理，并根據其機理提出幾點防治病害的措施，為隧道規劃設計和病害治理提供參考。