公路隧道病害檢測技術分析

任 濤

重慶市交通工程質量檢測有限責任 重慶 400067

1 公路隧道病害基本類型和成因機理分析

1.1 滲漏水

公路隧道工程是在巖石內部修建的，無論是在施工期間還是建成使用后，會一直受到水的影響，尤其是公路隧道工程建成使用后，不僅有地下水的作用，還會受到來自地表水的沖刷，沒有做好防水工程的話，水便會滲入或流入到隧道內部，導致出現“滲漏水”病害，嚴重危害到公路隧道整體結構的穩定性，影響行車安全，甚至會導致出現坍塌問題。“滲漏水”病害也跟襯砌滲漏有關，襯砌施工縫處的防水止漏設計不足，施工不到位，質量不達標。另外，在進行公路隧道工程施工之前，圍巖內部一般是不會出現裂縫問題的，即使存在裂縫問題，裂縫也是處在閉合狀態中，而隨著隧道的開挖，隧道內部會出現“臨空面”，圍巖的受力狀態也會隨之發生變化，從“三向”變為“二向”。因此，隨著隧道工程的開挖和爆破工作的不斷深入，就會隨之出現越來越多的縫隙，水便會從孔隙流出，如果不及時采取措施予以應對，便產生“滲漏水”病害。

1.2 凍害

“凍害”的產生與所在地區的氣溫有著直接的關聯，溫度變化凍融交替是導致出現“凍害”的主要原因。另外，公路隧道設計和施工過程中，沒有充分考慮到“凍害”問題，沒有做好防凍工作，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，會導致出現“凍害”問題，甚至是加重運營階段隧道的“凍害”。另外，公路隧道“凍害”問題也與“凍脹土”的影響有關，在施工過程中沒有將“凍脹土”的影響充分考慮進去，引起道路的凍害造成道路破損，影響車輛的安全通行，也降低了道路的使用壽命。

1.3 襯砌裂縫

“襯砌裂縫”是公路隧道中一種十分常見的病害類型，當公路隧道發生“襯砌裂縫”病害時，容易導致既有隧道發生滲漏水。如果裂縫極為嚴重，會降低公路隧道結構的承載力，導致公路隧道失穩，甚至會引發坍塌等安全事故。“襯砌裂縫”的分布形態多種多樣，按照不同的分布形態一般可分為“豎向裂縫”、“縱向裂縫”“斜向裂縫”、“組合裂縫”等，針對不同形態的裂縫需要采取針對性的防治措施。“襯砌裂縫”的成因有很多，比如有設計原因、施工原因以及材料原因等。公路隧道工程施工環境復雜，施工難度較大，必須要做好構造設計，構造設計合理就會導致水的侵入而產生“襯砌裂縫”，如設計人員重視對結構受力和圍巖穩定性的設計，而忽視了構造設計、細部設計；在隧道縱向排水管設計時沒有考慮單獨留出位置。混凝土材料是公路隧道工程施工中的重要施工材料，在施工過程中混凝土混合料配比不當、混凝土施工不到位等都會影響隧道襯砌的穩定性和可靠性，進而出現“襯砌裂縫”病害。同時，公路隧道工程施工工藝要求高，施工工藝不當也會造成“襯砌裂縫”病害的發生。

1.4 襯砌變形

當前，在判讀公路隧道是否出現了“襯砌變形”病害，主要的判斷基準是以凈空位移測量的變形速度為基準，“襯砌變形”病害的類型多種多樣，主要有“斷面變形”、“錯臺錯縫”、“邊墻下沉”等。“斷面變形”是指襯砌由于受到來自外力的影響，使得襯砌的拱軸形狀發生了變化，這種“襯砌變形”類型主要以橫向變形為主；“錯臺錯縫”是由于受到了剪切的作用，而導致出現的一種變形。一般來說，在隧道的起拱線或施工裂縫位置有凸出錯臺或凹進錯臺，在這些位置出現變形，主要原因是這些位置較為薄弱；“邊墻下沉”的形成是來自于多方面的影響，形成原因較為復雜，這種變形與隧道圍巖的性質、應力狀態及維護方式等都有關系，并且出現這種變形時，一般還會伴隨隧道底板的變形。隧道底板的隆起會使得隧道底部上升或整個結構下沉，這就使公路隧道出現了變形或損壞，嚴重影響了公路隧道的穩定性，還留下來極大的安全隱患，嚴重影響公路隧道的安全運行。

2 公路隧道病害檢測技術

2.1 垂直反射檢測法

“垂直反射檢測法”是一種發射和接收之間的間距極小的檢測方法，在使用這種方法進行檢測時，通過發射探頭向混凝土發射聲波，聲波在傳播的過程中，如果遇到了到坑陷、蜂窩等情況時，便會產生反射波，然后再返回到接收器中，其波阻抗會有明顯的區別。檢測人員可以通過對反射波振幅、相位及頻率等數據進行分析，便能判斷出公路隧道是否存在病害。

2.2 回彈檢測法

“回彈檢測法”是均勻的在隧道中混凝土的側面或頂面設置一些測量點，然后使用專門的儀器測量隧道的回彈值。根據混凝土的抗壓強度和混凝土表面的測量回彈值，求出兩者之間的關系，然后根據已經知道知的測強曲線換算求出隧道混凝土的當前質量和抗壓強度，便能判斷出公路隧道是否存在病害。

2.3 探地雷達檢測法

“探地雷達檢測法”是指利用高頻電磁波，從地面上將電磁波以寬頻帶短脈沖的形式發射入地下，然后通過反射傳回地面，再傳輸到接收裝置。電磁波在地下介質中傳播時，介質的不同，那么波形、傳播路徑以及電磁場的強度也會不同，通過這種方式，將發射和接收天線沿著檢測的路徑移動，即能獲得測量路線中介質的雷達圖像，進而對隧道內的病害進行分析、判斷。

3 公路隧道病害預防措施

3.1 注漿加固堵水

在圍巖的加固處理當中，“注漿加固”是一種治理隧道病害的關鍵技術，主要通過加固地層，增強圍巖的承載力，并采用襯砌背后空洞的有效填充，確保襯砌結構一直處于均勻受力的狀態，對于襯砌結構的變形和損壞具有非常好的防范作用。另外，通過“注漿加固”，可以讓巖體裂縫和空隙等處于填滿狀態，從而降低地層的透水性，增強自支撐能力，阻擋地下水，保證襯砌結構的安全。“注漿加固”對于圍巖中含水裂隙層和富水的破碎帶的治理效果非常明顯，不僅可以防止圍巖滲漏水、提高堵水能力，更提高了隧道圍巖的穩定性和強度，減弱了凍脹力對圍巖破壞的影響。當前，“注漿加固”所使用的材料主要為化學漿料和水泥水玻璃混合漿料。

3.2 凍害預防

（1）綜合治水：“凍害”是在水和低溫的共同作用下形成的，防治“凍害”的關鍵就要做好水的治理，及時地將襯砌、圍巖和隧道中的積水排出到洞外，沒有積水即使溫度再低，也不會出現“凍害”病害，水治理主要包括下面兩點：1）對有“凍害”的地段增設或改進防、排水設施，使襯砌后不會存在積水的情況。加強排水設施的防凍保溫，防止因氣溫過低而導致出現管道堵塞的問題。一般來說，常用的排水方式有“雙側保溫水溝”、“深埋滲水溝”、“防寒泄水洞”等，在應用這些排水方式時，還要根據公路隧道工程的實際情況，對其進行合理選擇，例如“深埋滲水溝”、適用于嚴寒地區，最冷月平均氣溫低于-15℃、當地黏性土凍深在1.5--2.5M、水量小的條件；“防寒泄水洞”適用于嚴寒地區、最冷月平均氣溫低于-25℃，當地黏性土凍深大于2.5M、水量較大的條件；2）提高襯砌抗滲抗凍能力。可以在混凝土拌合物中加入引氣劑，混凝土內部產生大量密閉、穩定的小氣泡，從而使混凝土的抗滲能力得到極大的提升，減少內部含水量，進一步增強混凝土抗變形的能力。（2）土壤更換、改造。在“凍害”的形成中，“凍脹土”也是重要的因素之一，對“凍害”進行治理，可采取土壤更換、改造的方法，將“凍脹土”變為“非凍脹土”，從而達到預防“凍害”的目的。一般來說，土壤更換是將砂黏土、粉砂、細砂更換為碎、卵石或爐渣，換土厚度為多年凍深的0.85-1倍，同時加強排水，防止換土區積水。土壤改造一般采用壓漿固結法來固結凍結圈內巖土，消除凍脹性。也可以采用在“凍結圈”注入憎水性填充材料，來堵塞孔隙，阻止土中水分遷移和聚冰作用。（3）保溫防凍。這種做法就是在襯砌表面或初期支護與二次襯砌之間設置隔熱材料，使圍巖的熱量在冬季不溢出隧道襯砌，并保證隔熱材料的表面無法達到結冰溫度，以實現預防“凍害”的出現。（4）設置彈性層。彈性層具有緩沖和減弱水體結冰后對結構變形的影響的作用，這是一直簡單、方便的“凍害”防治措施，極大地降低了“凍融”對隧道結構的破壞。

3.3 加固錨桿

利用“錨桿”的錨固作用，把出現病害的襯砌與圍巖體連為一體，以實現對襯砌變形的抑制，防止“襯砌變形”的日益加劇。同時，在進行“錨桿”加固過程中，有必要對襯砌的厚度進行現場勘察，并確定拱背的回填深度，以保證錨桿的長度可以穿過初期支護，并繼續穿透到圍巖的內部。另外，在設置“錨桿”時，應先對襯砌后面的軟土進行灌漿，確保襯砌抗壓系數滿足實際工作要求。

3.4 套襯治理技術

“套襯”就是在隧道襯砌結構發生變化，達不到原設計要求時，在原有二襯基礎上增加一層鋼筋混凝土襯砌，通過增加結構安全系數，滿足原設計指標的相關要求，能有效地阻止既有襯砌的進一步開裂變形，同時起到防水的作用，保障公路安全運行。公路隧道工程具有空間窄、交叉作業多等特點，為確保“套襯治理技術”效果，加快施工進度，需要合理編制施工技術方案，對“套襯”的地段襯砌表面及周邊設備進行勘測，確認施工范圍內有無通信、信號等設備，并進行必要的防護或改移措施，確保“套襯”施工治理能夠在有限的時間內合理組織施工、確保安全質量，提升公路隧道病害的治理效果，保證車輛的運行安全。

3.5 襯砌結構的防治措施

（1）“襯砌裂縫”預防措施。對于“襯砌裂縫”病害的治理來說，大多事后采取措施對裂縫進行修補、加固，這種裂縫事后處理方式雖然具有較好的治理效果，但也在一定程度上影響了公路隧道的美觀，也不利于公路隧道的整體運行。因此，這就需要做好“襯砌裂縫”預防，積極采取有效措施，降低“襯砌裂縫”病害的出現。預防控制的關鍵在于在公路隧道工程設計、施工過程中，就要采取有效措施，做好襯砌結構設計，合理進行公路隧道工程開挖施工，并加強施工管理，從源頭進行“襯砌裂縫”預防，降低“襯砌裂縫”病害出現的可能性。（2）“襯砌裂縫”修復技術。當已經出現公路隧道“襯砌裂縫”病害時，必須積極采取修復技術予以及時處理，在應用“襯砌裂縫”修復技術時，要根據不同的裂縫類型，合理選擇修復技術。例如對于一些細小、無危害的裂縫，可以采用噴混凝土加固的修復方式；對于一些復雜寬大，且具有一定危害性的裂縫，則需要考慮通過局部拆換或襯砌拆換的方法進行修復治理。“襯砌裂縫”修復技術類型眾多，如“鋼帶加固”、“套拱加固”“盆混凝土加固”等，“套拱加固”方式可用于修復隧道襯砌結構已出現了嚴重受損、剝落掉塊的現象，具有極好的耐久性以及承載能力，是一種非常有效的加固方法。（3）加強公路隧道的檢測、預防性養護。為了防止公路隧道各種病害的產生，就需要加強公路隧道的檢測、養護，需要相關人員合理“垂直反射檢測法”、“回彈檢測法”、“探地雷達檢測法”等檢測技術對公路隧道的展開有效的檢測，一旦發現存在病害問題，就要采取相應的修復技術，做好病害的修復處理工作，防止病害的繼續擴大，降低對公路隧道的運行影響。還要根據公路隧道病害的誘發機理及其特點進行合適的預防性養護工作，如對標志、標線缺失進行修復處理、對隧道襯砌輕微開裂進行封閉處理、對隧道襯砌滲水進行封堵或引排處理等一系列預防性養護措施，降低公路隧道病害的發生。

結語

綜上，公路隧道病害多種多樣，有“滲漏水”、“凍害”、“襯砌裂縫”、“襯砌變形”等，嚴重危害到公路隧道的質量，不利于公路隧道的安全、穩定運行，這就需要加強對公路隧道病害基本類型和成因機理的研究，合理應用“垂直反射檢測法”、“回彈檢測法”“探地雷達檢測法”等檢測技術，并采取針對性的措施予以預防、治理，并做好公路隧道的預防性養護工作，降低公路隧道病害的發生，減小病害對于公路隧道的危害，確保公路隧道的安全通行。