鄂西北干線公路既有隧道病害分析及處治措施

摘 要：本文聚焦于十堰市隧道典型病害的剖析與治理實踐，利用隧道檢測車與現場實地勘察，精準掌握隧道病害狀況，隨后深入剖析其成因，并據此提出針對性的治理策略。旨在為同類隧道的維護管理提供借鑒與參考。

關鍵詞：隧道；病害；成因分析；處治措施文章編號：2095-4085（2024）10-0067-03

0 引言

隨著公路建設蓬勃發展，隧道的作用日益凸顯，其規模持續增長^［1］。運營期隧道往往會出現各類病害，而此類病害如不能及時發現并進行處治，往往會影響隧道的耐久性和安全性^［2］。我國近年來在隧道病害的分析與處治領域已取得一些成果，如林國軍^［3］通過結合隧道建設過程中出現的襯砌破裂、水害、欠挖等隧道病害問題，提出在施工過程中重視對隧道病害的防治，嚴格把控施工流程，并制定相應的防治方案。袁玉娟^［4］通過山區高速公路沿線隧道進行病害統計，總結出隧道襯砌滲漏水等病害的成因及處治措施。任松^［5］等利用自主研發的隧道智能快速檢測車并結合隧道襯砌病害的成因及特點，提出離線式襯砌病害檢測方案。該方法不僅檢測精度較高，適用于隧道病害的后期處理，而且還能提高檢測效率。其他學者也有通過設計、地質因素、病害形式、模型試驗和理論分析等方面對隧道病害進行成因分析以及提出處治措施^［6-10］。

本文通過對十堰市2021年50座運營隧道進行病害檢測，統計病害的總體情況，并以此為依據對隧道的土建部分進行技術狀況評定。根據病害統計的結果，并結合實際情況，對十堰市國省道隧道的典型病害進行成因分析并給出相應處治建議。

1 隧道檢測內容及成果

抽取檢測的隧道主要分布于十堰市市區、鄖縣、鄖西縣、竹山縣、房縣、丹江口市。

1.1 檢測內容

通過隧道檢測車和現場踏勘觀察土建結構的表觀缺陷來反映隧道的狀況，具體檢測內容如下。

（1）洞口?；隆⑽r的前兆和發展態勢；邊坡、崩落臺、護坡的切槽、沖溝、涌水、下沉、坍塌等現象的發展規律；防護墻有無開裂、斷縫、滑動、下陷或表面風化、排水孔堵塞、墻后積水、周圍地基錯臺及空洞等。

（2）洞口。墻體裂縫的位置和長寬；建筑物傾斜、沉降、位移量及發展趨勢；混凝土表面剝落，鋼筋是否外露、有銹蝕。

（3）襯砌。襯砌裂縫部位、面積或程度，墻體結構縫的裂縫寬度和錯位程度；分析隧道施工過程中混凝土表面的起層、剝落程度及厚度；滲漏部位、混濁程度及凍結情況。

（4）路面。路面拱起、沉降、開裂及滑移等現象的發生范圍及程度；路面積水，結冰等情況。

（5）檢修道。檢查檢修道是否受損、覆蓋層缺陷的部位及情況；欄桿的變形、腐蝕及缺損等部位及情況。

（6）排水系統。建筑物破損情況、路塹罩等的完好情況、溝渠管道的裂縫及滲漏情況；排水渠（管）、積水井等發生淤堵、淤積、凍結等情況。

（7）天花板及預埋件。吊頂板的變形及缺陷部位和范圍；天花板等預埋件是否完好，有無腐蝕、脫落等危害人身安全的情況。

1.2 典型病害

1.2.1 洞口出現的典型病害

（1）山體滑坡。通常是由于地質條件復雜、地形陡峭、雨水沖刷等多種因素引起。山體滑坡不僅可能堵塞洞口，影響通風和排水，還可能對隧道結構造成直接破壞，威脅隧道的安全使用。

（2）洞頂排水溝、截水溝出現堵塞以及淤積現象。主要是由于長期積累的泥沙、落葉、雜物等導致。這些堵塞和淤積會影響排水系統的正常運行，增加洞口區域的水患風險。

（3）洞口左、右側巖體風化。風化作用是指巖石在自然環境因素（如水、溫度、氧氣等）的長期作用下逐漸分解和破壞的過程。風化會導致巖體強度降低，容易引發山體滑坡等災害。

1.2.2 襯砌出現的病害

（1）滲漏水。滲漏水問題在隧道中十分常見，主要是由于防水層老化、破損或是混凝土施工質量不佳導致。長期的滲漏水不僅會影響隧道的正常使用，還可能對隧道結構造成損害，降低其使用壽命。

（2）裂縫。裂縫是隧道襯砌中常見的病害之一，包括環向裂縫、縱向裂縫和斜向裂縫。裂縫的產生通常與地質條件、施工質量、材料性能等因素有關。裂縫的存在不僅影響隧道的整體性和美觀性，還可能導致滲漏水、鋼筋銹蝕等問題，嚴重威脅隧道的安全使用。

為了有效應對這些病害，應采取一系列的措施，如加強地質勘察、優化設計方案、提高施工質量及加強維護保養等。同時，還需建立完善的監測和預警系統，以便及時發現和處理隧道病害，確保隧道的安全使用。

1.3 技術狀況評定

根據檢測成果按公式（1-1）對各個隧道土建部分進行技術狀況評定，隧道評定結果詳情（見圖1）。

式中：ω_i為分項權重；JGCI_i為分項狀況值（0～4）；JGCI_i=max（JGCI_ij）；JGCI_ij為各分項檢查段落狀況值。

2 隧道典型病害成因分析及危害

2.1 洞口病害

十堰地區位于中國湖北省西北部，地處秦嶺山脈和漢江中游的山區。該地區位于華北板塊和華南板塊的交界處，地殼活動頻繁，形成了多個斷裂帶和褶皺構造。這些地質構造的形成與演化是造成隧道出現山體滑坡的主要原因。

同時，洞口處山體由于風化作用以及水的侵蝕，山體容易形成較多且明顯的裂縫。部分隧道洞口處山體甚至未做錨固處理，一旦遇上雨水天氣，會造成水土流失，風化的巖石便容易形成滑坡。且大多數隧道位置較為偏僻，滑坡的泥石常常得不到及時清理，部分殘留在排水設施中，進而造成排水設施阻塞。

隧道洞口山體滑坡會造成線路和設備損壞，進而導致交通中斷，給人們的出行帶來極大不便，同時還可能引發交通事故，造成人員傷亡和財產損失。

2.2 襯砌滲漏水

隧道襯砌滲漏水形成的原因主要有以下幾個方面。

（1）結構設計問題。包括結構形式選擇不當、結構受力與實際需求不匹配等。這些設計問題可能導致隧道在使用過程中承受過大的外部壓力，從而導致襯砌破裂，進而出現滲漏。

（2）施工問題。如果施工過程中存在管理不善、質量控制不嚴格等問題，可能導致襯砌施工質量不佳，例如混凝土強度和襯砌厚度不足及蜂窩麻面等。這些問題可能導致襯砌在使用過程中出現裂縫或破裂，進而引發滲漏。

（3）地下水作用。地下水對襯砌的侵蝕和沖刷作用會導致混凝土強度降低，襯砌出現裂縫或破裂，進而引發滲漏。

（4）防水材料失效。防水材料選擇不當或施工質量不佳易導致防水層失效，進而引發滲漏。

（5）排水系統問題。如果隧道排水系統設計不合理或施工質量不佳，就會導致排水不暢，積水在襯砌背后形成靜水壓力，進而引發滲漏。

2.3 襯砌裂縫

襯砌裂縫主要分布于拱頂與拱腰位置，主要表現為環向裂縫、縱向裂縫及斜向裂縫3種。隧道縱向裂縫存在數量較多，多分布在拱頂與拱腰位置。

（1）環向裂縫形成原因。襯砌施工過程中的養護濕度不夠、圍巖壓力不均、襯砌背后局部空洞及襯砌厚度嚴重不足等，都會導致襯砌環向裂縫的產生；混凝土的碳化也是形成環向裂縫的原因，由于大氣中的CO₂與混凝土中堿金屬組分反應生成碳酸根，導致其堿化度下降，同時也會加速其腐蝕進程。此外，炭化也會加劇混凝土的收縮，引起開裂與失效。

（2）縱向裂縫形成的原因?；炷猎谟不^程中會由于水分蒸發而逐漸收縮，如果收縮產生的拉應力超過了混凝土的抗拉強度，就會產生裂縫。襯砌的縱向長度較長，因此更容易產生縱向裂縫；隧道襯砌受到車輛、巖土壓力等外部荷載的作用，如果這些荷載過大或者分布不均勻，可能導致襯砌縱向裂縫的產生。

（3）斜向裂縫形成的原因。隧道襯砌會受到車輛、巖土壓力等外部荷載的作用，如果這些荷載過大或者分布不均勻，會導致襯砌斜向裂縫的產生；襯砌厚度不均會導致受力不均，從而易在厚度較小的部位產生斜向裂縫；圍巖壓力不均會導致襯砌受力不均，從而在壓力較大的部位產生斜向裂縫。

（4）襯砌裂縫的危害。裂縫的產生會引起襯砌結構的受力能力下降，容易出現變形，使襯砌結構向隧道內傾斜，從而影響隧道的凈空空間、車輛的通行安全以及隧道的穩定性和安全性；降低隧道的平整度，使車輛在通過隧道時產生顛簸和噪音，影響行車舒適性；破壞隧道內的設施，影響隧道的正常運行和維護；加速襯砌結構的劣化過程，降低隧道的使用壽命，增加隧道的維修和更換頻率及運營成本。

3 處治措施

3.1 洞口病害處治

當前，在洞口段和仰坡采用主被動防護網防護系統是一種常見的防控措施。防護網的建設通常對已有的隧道洞口和鄰近的建筑物造成的沖擊較少，如果在施工過程中不發生掉石，就可以防止對線路運營造成影響。當有落石威脅時，還可以通過延長明洞來防治，明洞的長度可以按落石的滾動距離來計算。

3.2 襯砌滲漏水處治

要解決隧道襯砌滲漏水問題，需要從結構設計、施工管理、防水材料選擇、排水系統設計等方面采取相應的措施，以提高襯砌的耐久性和抗滲性能，確保隧道的安全和正常運行。同時，也應加強隧道運營期的監測和維護，以便及時發現和處理問題，進而確保隧道的安全和正常運行。

對于滲漏水，建議在日常巡查與檢查過程中，加強對滲漏水狀態的觀察，如滲漏水存在進一步發展的趨勢，應及時采取針對性措施，以確保行車安全。若四季均為輕微的襯砌表面浸潤型或襯砌表面點狀滲水，可采用表面封堵方式處理；若雨季出現噴射、涌流類較大型滲水可在襯砌上設置排水暗槽或排水管。

3.3 襯砌裂縫處治

隧道襯砌裂縫的危害是十分嚴重的，因此，需及時采取有效措施進行預防和治理，如加強襯砌結構的監測和維護、定期進行防水和排水設施的檢查和維修等，以確保隧道的安全和正常運行。

對于襯砌裂縫，建議對寬度≥0.30mm的非結構性裂縫進行灌縫處理；對裂縫寬度lt;0.30mm的裂縫進行封閉處理，以恢復混凝土的整體性。對于結構性裂縫需選取典型裂縫對其發展變化進行觀測，如裂縫發展較快，裂縫寬度較大時，應考慮進行加固處理^［11］。

4 結論

本文深入剖析了鄂西北地區50座在役隧道的典型病害，結合地質環境復雜性，指出隧道病害成因多元，需從設計、施工、養護等多維度綜合考量。針對十堰市國省道隧道，歸納了典型病害及其根源，并提出了相應的有效治理措施。同時得出如下結論：運營期隧道出現病害除了各種不利因素以外，隧道所處的地理位置以及氣候，在對病害成因進行分析時也需考慮在內；隧道出現病害除了設計不夠合理規范、施工過程中控制不到位等因素外，養護單位沒有及時對隧道進行定期保養維護，也是造成隧道病害繼續發展的原因之一；隧道病害的處治需“因地制宜”，要結合實際情況進行加固維修，同時也應定期檢查并養護。

參考文獻：

［1］邱成虎，劉涇堂，胡金鑫.隧道病害診斷分析與維修加固［J］.施工技術（中英文），2021，50（16）：42-46.

［2］黃宏偉，李慶桐.基于深度學習的盾構隧道滲漏水病害圖像識別［J］.巖石力學與工程學報，2017，36（12）：2861-2871.

［3］林國軍.隧道病害及其防治措施分析［J］.運輸經理世界，2020（13）：50-51.

［4］袁玉娟，袁鈺波，張紅鋒.高速公路隧道滲漏水病害分析與防治［J］. 工程建設與設計，2008（2）：85-88.

［5］任松，朱倩雯，涂歆玥，等.基于深度學習的公路隧道襯砌病害識別方法［J］.浙江大學學報（工學版），2022，56（1）：92-99.

［6］葉飛，何川，夏永旭.公路隧道襯砌裂縫的跟蹤監測與分析研究［J］.土木工程學報，2010，43（7）：97-104.

［7］黃宏偉，劉德軍，薛亞東，等.基于擴展有限元的隧道襯砌裂縫開裂數值分析［J］.巖土工程學報，2013，35（2）：266-275.

［8］林亮倫，杜清超，徐志武.重慶某隧道病害調查分析與治理對策［J］. 重慶建筑，2018，17（8）：50-53.

［9］王亞瓊，劉占良，張素磊，等.在役公路隧道素混凝土襯砌裂縫穩定性分析［J］.中國公路學報，2015，28（7）：77-85.

［10］漆江，譚展.淺談公路隧道排水設計與隧道路基病害防治［J］.價值工程，2020，39（4）：76-78.

［11］重慶市交通委員會.公路隧道養護技術規范（JTG H12—2015）［S］.北京：人民交通出版社，2015.