公路隧道常見病害分析及治理對策

吳繼禮

（寧夏公路管理局固原分局 寧夏 固原 756000）

1 基本情況

寧夏六盤山隧道地理位置非常特殊， 始建于1991 年6月，1997 年3 月竣工交付使用， 由甘肅省交通規(guī)劃設(shè)計院設(shè)計、武警交通第五支隊承建，是國道312 線上的重要工程。 隧道全長2385m，呈東西走向貫穿六盤山脊，區(qū)域山體東陡西緩，西高東低，洞口高差57.24m，當(dāng)?shù)睾０胃?、氣溫低，年最低氣?25.7℃～-28.7℃，最大凍深113cm～137cm，常年降雨量在2000mm 左右，所經(jīng)地質(zhì)為暗紅色鈣質(zhì)砂巖、泥巖，有構(gòu)造斷層、逆斷層和破碎帶、巖石層理、節(jié)理發(fā)育，圍巖自穩(wěn)定性差，隧道內(nèi)流水屬強(qiáng)堿性水類，礦化度高，對混凝土具有中強(qiáng)等腐蝕作用，可以說六盤山隧道集滲漏水、低溫凍害、水體腐蝕、圍巖破碎自穩(wěn)定性差等最不利因素于一體。

2 常見病害及治理對策

1）滲漏水

（1）六盤山隧道滲漏水分為大致三類

①隧道洞身（包括拱部、側(cè)墻、拱腳）滲漏水，主要成因是：修建隧道破壞了山體原始的水系統(tǒng)平衡，隧道成為所穿越山體附近地下水積聚的通道，圍巖體內(nèi)的地下水在圍巖自重壓力作用下沿巖體裂隙自由活動， 流入到隧道襯砌表面，通過一、二襯滲漏到洞身。 六盤山隧道防排水系統(tǒng)構(gòu)造是在開挖初期支護(hù)后先鋪掛無紡布、 聚乙炔防水板和安裝Φ110mm 縱橫向排水盲管，然后進(jìn)行一、二襯施工，防水板和排水管安裝的目的是防滲漏和進(jìn)行組織排水。 但在具體施工中，從防水板的鋪設(shè)搭接、縱橫排水管安裝上都存在著一些問題：一是防水板破裂或搭接錯位、變形脫落，形成防水空白區(qū)。二是縱向排水管周圍未設(shè)有效濾水層，致使排水管花孔堵塞，無組織排水作用。三是在施工縫上二次襯砌時未設(shè)止水帶。四是部分圍巖段（六盤山隧道襯砌分11 個類型斷面）為了治理斷層、塌方及涌水段，進(jìn)行鉆孔注漿，所注水泥漿淤塞了縱向排水管，極大地破壞了組織排水效果，形成排水阻滯區(qū)，襯砌周圍積水，致使洞身襯砌受壓不均，影響結(jié)構(gòu)安全。

②明洞沉降縫滲漏水，主要成因是：明洞全長38m，其中18m 為增加抗震設(shè)防長度， 每10m 設(shè)沉降縫 （縫寬1cm）一道，原隧道施工時由于防水板鋪設(shè)不是有效焊接或二襯施工致使防水板破損、并且二襯未設(shè)橡膠止水帶，導(dǎo)致水體沿沉降縫下瀉形成滲漏水。 水體來源是隧道圍巖裂隙水沿一襯上表面向東流出和自然降雨下灌所致。

③隧道路面滲漏水，主要成因是：隧道仰拱以上蓄積水在壓力作用下沿路面伸縮縫上溢， 滲水主要來源有兩處：一是隧道中央排水溝縱向穿過仰拱。 造成仰拱不連續(xù)，水體沿仰拱與中央水溝外側(cè)接縫處上瀉，在仰拱上方蓄積。 二是隧道兩側(cè)與縱向排水盲管相連接的橫向排水管穿越仰拱上緣，多達(dá)100 處，在隧道仰拱混凝土澆筑施工時，由于混凝土振搗不密實或漏漿，形成蜂窩孔洞，使襯砌外水體進(jìn)入仰拱上方，造成路面滲漏水。

（2）危害程度：六盤山隧道漏水促使襯砌混凝土腐蝕泥化、凍脹開裂和剝落，造成襯砌結(jié)構(gòu)破壞，尤其在冬季容易路面結(jié)冰和掛冰，嚴(yán)重影響行車安全，滲漏水還會軟化圍巖，引起圍巖變形，對隧道供電線路、燈具、風(fēng)機(jī)預(yù)埋件、電纜橋架、消防管道等設(shè)施造成不同程度的損害。

（3）治理對策：針對隧道滲漏水的具體情況，治理措施有防、排、堵、截相結(jié)合、剛?cè)嵯酀?jì)、因地制宜、綜合治理，使之既能自成體系，又能互相配合，形成一個完整的隧道防治水體系，主要處置方法是：

防（截）：說到防水，就要在隧道建設(shè)之即優(yōu)化設(shè)計方案、優(yōu)化防水結(jié)構(gòu)形式，在施工時，監(jiān)理與施工方要密切配合，嚴(yán)格按照設(shè)計文件進(jìn)行施工，嚴(yán)把隧道防水關(guān)。

排：隧道排水系統(tǒng)至關(guān)重要，六盤山隧道在排水系統(tǒng)設(shè)計上不盡完善，現(xiàn)在看來存在很多弊端：一是原設(shè)計只在拱腳設(shè)置兩道Φ110mm 縱向排水盲管， 未設(shè)置排水收集支管，使隧道側(cè)墻、拱部襯砌外圍沒有排水通道，積水無法排出。 應(yīng)該設(shè)置柔性透水性好的排水支管，呈肋型環(huán)向布置，間距控制在10m 范圍之內(nèi)，并在初期支護(hù)時設(shè)置隔離板，防止襯砌混凝土握裹排水管； 二是原設(shè)計防水板選型用材料不當(dāng)，在六盤山隧道施工中所用防水板厚度僅為1.2mm 聚乙炔板材，強(qiáng)度小，抗老化性能差，通過不到6 年的使用，防水板嚴(yán)重老化，并且搭接錯位，形成截水盲區(qū)。 通過2002 年隧道滲漏水治理工程施工便一目了然。 做為隧道轄養(yǎng)單位，只能立足于現(xiàn)實進(jìn)行病害處置：一是對于隧道洞身滲漏水的地方，盡最大可能采取排水的處置方式，即打孔埋管引流，在滲漏水點(diǎn)周圍，分析找準(zhǔn)積水點(diǎn)，用風(fēng)鉆打Φ6cm 孔，穿透一、二襯混凝土，放出積水，在隧道壁用風(fēng)鉆刻槽，連通鉆孔，埋置半硬塑料泄水管，用速凝砂漿封口（槽），引水到中央排水溝；二是對于仰拱以上，路面以下積水，要經(jīng)常疏通路面排水地漏及排水管，防止淤塞。 三是在路面板塊接縫與中央排水溝上方交點(diǎn)用風(fēng)鉆垂直打孔， 讓路面蓄積水下泄至中央排水溝內(nèi)，絕不能讓積水溢出路面。 四是對于滲漏水面積大，混凝土襯砌腐蝕嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)受到破壞的情況爭取很大投資，要采取專項治理措施。 比如象2001 提至2002 年六盤山隧道滲漏水治理工程，拆除原一、二襯混凝土，重新鋪設(shè)防水板，排水管和襯砌，徹底改善防排水系統(tǒng)。

2）低溫凍害，主要成因是：前面提到六盤山隧道年最低氣溫在攝氏零下25℃～28.7℃， 且持續(xù)時間長， 最大凍深在1.13m～1.37m 之間，六盤山隧道11 個類型襯砌斷面襯砌厚度在60cm～85cm 之間，均在冰凍圈范圍之內(nèi)。 一是滲漏水點(diǎn)出口受低溫影響，在拱部形成冰柱，倒掛在拱部。 二是路面滲水低溫結(jié)冰。 三是襯砌外圍積水在凍深范圍內(nèi)結(jié)冰。

（1）危害程度，高寒地區(qū)隧道內(nèi)滲漏水和蓄積水結(jié)冰，將嚴(yán)重危及隧道結(jié)構(gòu)和行車安全。 一是拱部和路面滲漏水在低溫環(huán)境下很容易結(jié)冰，形成掛冰，一旦負(fù)荷過大，將形成自由落體垂直砸向路面，路面上溢滲水和拱部未凍結(jié)的滲水滴到路面形成冰溜子，極大地降低路面抗滑系數(shù)，涌量大的漏水在路面上形成冰坎，嚴(yán)重危及行車安全。 二是襯砌周圍積水在凍深范圍內(nèi)低溫結(jié)冰，容易發(fā)生圍巖及襯砌凍脹，致使隧道路面錯臺。 在隧道運(yùn)行之初，錯臺現(xiàn)象十分嚴(yán)重，拱部和側(cè)墻發(fā)生變形與開裂，尤其在積水臨界點(diǎn)，產(chǎn)生凍脹應(yīng)力傳遞，會造成拱腳移動，或者側(cè)墻頂內(nèi)移、破壞隧道結(jié)構(gòu)。 三是積水滲入混凝土毛細(xì)孔蓄積，尤其是在襯砌滲漏點(diǎn)，冬季水在混凝土內(nèi)外結(jié)冰，膨脹產(chǎn)生凍脹壓力，產(chǎn)生凍融現(xiàn)象，使襯砌結(jié)構(gòu)混凝土變酥、泥化、強(qiáng)度降低。 比六盤山隧道凍害現(xiàn)象發(fā)生嚴(yán)重的隧道較多，新疆的天山二號隧道因滲漏侵蝕和凍脹破壞而報廢；青海的大坂山隧道由于滲漏水而成為“冰河”，襯砌結(jié)構(gòu)因凍脹而開裂變形，在2004 年采用20cm 厚保溫泡沫板加三合板進(jìn)行全斷面裝修保溫。2006 年5 月青海交通廳專家攜帶大阪山隧道管理處人員一行12 人到分局進(jìn)行實地調(diào)研參觀學(xué)習(xí)， 吸取六盤山隧道治理滲漏水經(jīng)驗進(jìn)行治理，并于2008 年9 月2 日在《中國公路網(wǎng)》上發(fā)表了題為《淺談大坂山隧道滲漏水病害治理》論文；還有甘肅的七道梁隧道因滲漏水和冰凍而被迫向隧道送暖氣；遼寧的八盤嶺隧道和吉林的密江隧道因滲漏水而被迫在混凝土襯砌內(nèi)加復(fù)襯。 對于低溫凍害，臨近省份的隧道加襯和送暖氣，都不能從根本上解決問題，只能是加大凍害面積。 前面提到，隧道防排治水的原則是：“防、排、堵、截”，筆者認(rèn)為盡管隧道在防水和排水做到完善有很大困難，只要隧道防排水設(shè)計方案合理、接養(yǎng)單位精心管理、 就能夠處置好隧道滲漏水問題， 同時有效防止凍害發(fā)生。 解決好隧道排水問題，不讓水體在襯砌周圍積聚，是解決隧道凍害的有效措施，也是解決隧道凍害的根本途徑之一。

（2）治理對策，要解決低溫凍害問題，還是要從隧道防排治水上做起，只要隧道排水暢通，擺脫水體蓄積問題，就不會有凍害發(fā)生。

3）水體腐蝕

（1）水體腐蝕的成因：隧道周圍環(huán)境水體對襯砌混凝土和金屬材料的侵蝕作用主要可歸納為三種：溶出性侵蝕（非結(jié)晶性侵蝕）、結(jié)晶性侵蝕和復(fù)合性侵蝕（溶出性結(jié)晶性兩種侵蝕同時作用或交替作用）， 六盤山隧道水體腐蝕病害主要是復(fù)合性侵蝕，即溶出型和結(jié)晶性同時作用，六盤山地區(qū)下水礦化度很高， 襯砌混凝土的水泥中化合物與水體中的鹽類、硫酸根離子接觸，產(chǎn)生結(jié)晶體析出，發(fā)生體積膨脹而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，這類腐蝕加上冷凍破壞，在高寒地區(qū)隧道病害中相當(dāng)普遍， 尤其以新疆天山二號隧道為典型，六盤山隧道也是如此。

（2）治理對策：通過病害成因的分析，不難看出，六盤山隧道襯砌混凝土被水體侵蝕破壞存在三個要素： 一是腐蝕介質(zhì)的存在。 二是混凝土抗腐蝕能力差。 三是有害水體的自由活動。 具體治理對策有：一是提高混凝土澆筑的密實性和襯砌的整體性。 二是混凝土外摻添加劑。 三是選用耐酸防腐水泥。 四是加強(qiáng)襯砌外防排水措施。 五是向襯砌外壓注防腐蝕漿液。

3 結(jié)束語

公路隧道滲漏水、低溫凍害、水體腐等病害的治理是世界性的難題，病害產(chǎn)生的成因有隧道勘察設(shè)計、工程施工、自然環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件和養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀等多方面原因造成，隧道病害不會是單獨(dú)存在的，而是互相影響、相互作用的。 分局現(xiàn)轄養(yǎng)10 座隧道，可以說是一個隧道群，管理好這個隧道群，意義十分巨大，任務(wù)十分艱巨，隧道病害的分析與治理值得我們?nèi)ド顚哟蔚奶接懪c研究。

［1］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JTGH12-2003 公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

［2］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JTGD70-2004 公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

［3］六盤山隧道工程竣工文件[Z].

［4］六盤山隧道滲漏水整治工程設(shè)計文件[Z].