某公路運營隧道結(jié)構(gòu)病害檢測及安全分析

習(xí)小華 鄧明偉

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.026

摘 要：運用無損探測技術(shù)如探地雷達(dá)法、極坐標(biāo)法、回彈法等和常規(guī)探測技術(shù)對某公路隧道出現(xiàn)的病害進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查、檢測，確定了各類病害的分布特征及部位。運用荷載結(jié)構(gòu)法對該隧道二襯病害的典型斷面進(jìn)行了結(jié)構(gòu)安全性分析。分析結(jié)果表明，隧道結(jié)構(gòu)病害斷面的安全系數(shù)小于規(guī)范值，不安全；隧道拱頂?shù)陌踩禂?shù)最小。

關(guān)鍵詞：隧道 病害 檢測 安全分析

中圖分類號：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（b）-0026-02

隧道的主體是人工地下結(jié)構(gòu)，長期處于天然介質(zhì)的環(huán)境中，由于受設(shè)計水平、施工質(zhì)量、材料老化以及賦存環(huán)境等影響，隧道在運營過程中，不可避免地會出現(xiàn)如滲漏水、襯砌裂損、斷面變形、隧道路面開裂等病害。這些病害和對隧道的安全、健康、正常運營有重要影響和威脅[1，2]。因此，在隧道的運營過程中需要對隧道病害情況進(jìn)行檢測，了解病害的類型及其分布情況，進(jìn)而對隧道結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行分析，以便掌握隧道結(jié)構(gòu)安全狀況，為隧道病害處治提供依據(jù)[3，4]。

1 工程概況

某公路隧道位于萍鄉(xiāng)市境內(nèi)，全長440 m，進(jìn)出口為翼墻式洞口形式。隧道內(nèi)平面為直線，縱面設(shè)置了2.9%的縱坡，為單心圓拱曲墻襯砌。隧道穿越的圍巖主要為中厚層千枚狀粉砂巖、細(xì)砂巖、泥灰?guī)r，距出洞口190～200 m范圍內(nèi)巖層破碎、地下水較多。該隧道建成通車已經(jīng)10余年，出現(xiàn)了襯砌滲水、裂縫、路面開裂等病害。該文運用無損檢測技術(shù)和常規(guī)檢測技術(shù)對某公路隧道的各類病害進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查、檢測，并計算了其結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，對隧道結(jié)構(gòu)病害的安全性能進(jìn)行了分析。

2 檢測結(jié)果

采用無損檢測技術(shù)如探地雷達(dá)法、極坐標(biāo)法等以及常規(guī)檢測技術(shù)對公路運營隧道的病害情況進(jìn)行了檢測，具體檢測結(jié)果如下。

2.1 探地雷達(dá)檢測

（1）二襯混凝土厚度，二襯混凝土檢測部位實測厚度與設(shè)計厚度差值為-4.7 cm（-表示小于設(shè)計值）～+3.5 cm（+表示高于設(shè)計值），厚度比較均勻。厚度不足的地段主要拱頂附近，其主要原因隧道圍巖欠挖或初期支護(hù)厚度不夠；超厚的地段主要分布在拱腳附近，其主要原因隧道圍巖超挖。（2）二襯混凝土膠結(jié)情況，探地雷達(dá)檢測結(jié)果表明，6處襯砌混凝土背后存在空洞，主要分布在拱頂；18處襯砌混凝土不密實，主要分布在邊墻；其主要原因振搗不均勻、不夠密實或振搗壓力不夠。

2.2 隧道斷面檢測

該隧道11個斷面輪廓線檢測結(jié)果表明，隧道實際內(nèi)輪廓線與設(shè)計輪廓線基本一致，部分?jǐn)嗝鎯?nèi)輪廓線在拱腰附近侵入設(shè)計內(nèi)輪廓 ，但均未侵入建筑限界。

2.3 襯砌混凝土強度檢測

采用回彈法對隧道襯砌混凝土抗壓強度進(jìn)行了檢測，共檢測了9個斷面，9個斷面的混凝土混凝土抗壓強度的推定值均大于設(shè)計值。

2.4 襯砌裂縫檢測

該次檢測共發(fā)現(xiàn)隧道襯砌裂縫19條，其中14條環(huán)向裂縫，3條縱向裂縫，1條斜向裂縫。環(huán)向裂縫主要分布在側(cè)墻與拱腳范圍，長約0.80～5.00 m，寬約0.20～0.40 mm，以小裂縫為主，深約44～185 mm。縱向裂縫主要分布拱腰附近，長約3.00～5.00 m，寬約0.16～0.30 mm，以小裂縫為主，深約76～1 113 mm。

2.5 襯砌滲漏水檢測

該次檢測發(fā)現(xiàn)53處隧道襯砌滲漏水，其中30處施工縫滲水、12處裂縫滲水、4處點滲，14處面滲，以施工縫滲漏水為主，水量較少。

各段的病害情況見表1。

3 結(jié)構(gòu)安全分析

3.1 計算方法及原則

目前，公路隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法，按襯砌與地層相互作用方式的不同，分為荷載結(jié)構(gòu)法和地層結(jié)構(gòu)法。《公路隧道設(shè)計規(guī)范》JTG D70-2004中規(guī)定，深埋隧道中的整體式襯砌、淺埋隧道中的整體或復(fù)合式襯砌及明洞襯砌等應(yīng)采用荷載結(jié)構(gòu)法計算。深埋隧道中復(fù)合式襯砌的二次襯砌也可采用荷載結(jié)構(gòu)法計算。

根據(jù)隧道的工程特點以及結(jié)合《公路隧道設(shè)計規(guī)范》JTG D70-2004中的相關(guān)規(guī)定，采用荷載結(jié)構(gòu)法對隧道二次襯砌的內(nèi)力進(jìn)行計算，對結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行評價。針對裂縫及二襯厚度不足厚度，根據(jù)實際厚度與設(shè)計厚度比，進(jìn)行剛度折減計算出實際襯砌材料參數(shù)；未配筋斷面，按照素混凝土進(jìn)行驗算；配筋斷面按照實際配筋面積進(jìn)行驗算。

3.2 斷面的選取及計算參數(shù)

該隧道圍巖級別主要有Ⅲ級（K0+096～K0+381）、Ⅳ級（K0+044～K0+096）、Ⅴ級（K0+000～K0+044、K0+381～K0+440）。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及質(zhì)量檢測結(jié)果，選取了3個典型斷面即K0+210、K0+335、K0+375、K0+435進(jìn)行安全分析，以K0+435斷面安全系數(shù)計算為例進(jìn)行說明。

K0+381～K0+440段范圍圍巖級別為V級，襯砌類型為V級圍巖襯砌，二襯配有鋼筋，強度滿足設(shè)計要求。該段隧道二襯在頂拱、拱腰以及墻腳部位分布有若干豎向和縱向裂縫，寬度在0.16～0.3 mm，深度在63～94 mm之間，大多集中于邊墻部位。K0+435斷面的右側(cè)墻處存在1.6 m的裂縫，寬0.3 mm，深度94 mm。其計算參數(shù)見表2～表4。

3.3 計算結(jié)果

K0+435斷面的計算結(jié)果見圖1、圖2，依據(jù)圖1及圖2的計算結(jié)果可以計算出不同部位的安全系數(shù)，拱頂?shù)陌踩禂?shù)最小，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行加固處治。

4 結(jié)語

在隧道的運營過程中，由于受到施工質(zhì)量水平、設(shè)計能力、地質(zhì)環(huán)境、運行車輛等的影響，不可避免地會產(chǎn)生襯砌裂縫、滲漏水、襯砌混凝土劣化等病害。因此，在隧道運營過程經(jīng)常采用無損檢測技術(shù)和常規(guī)檢測技術(shù)對隧道病害進(jìn)行檢測，確定隧道病害的分布特征及相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而對隧道結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行分析，為隧道的維修、養(yǎng)護(hù)及加固處治設(shè)計提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王春景.運營公路隧道結(jié)構(gòu)病害安全性評估及綜合處治技術(shù)研究[D].中南大學(xué)，2010.

[2] 代高飛，竇慶峰.某公路隧道健康狀態(tài)診斷研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2007，24（1）：65-69.

[3] 王芳其，劉永華，王連成.重慶八一隧道病害檢測與整治[J].公路交通技術(shù)，2008，4（2）：112-116.

[4] 胡偉，曾雄鷹.老木峪隧道病害檢測分析評估[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2008，27（3）：26-29.