公路隧道病害成因分析及治理研究

程度均

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州　貴陽(yáng)　550001)

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公路隧道病害成因分析及治理研究

程度均

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng)550001)

文章結(jié)合工程實(shí)例，分析了公路隧道病害的主要類(lèi)型及其產(chǎn)生的原因，并提出錨桿加固、水害防治、拱背注漿、粘貼碳纖維等相應(yīng)的治理措施，為隧道的安全運(yùn)營(yíng)及發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

公路隧道；病害成因；治理措施

0　引言

伴隨我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展，公路隧道的規(guī)模與數(shù)量不斷增大，這在完善國(guó)內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)布局的同時(shí)，極大地提升了路網(wǎng)運(yùn)輸能力，更好地推動(dòng)了社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。盡管隧道建設(shè)耗時(shí)費(fèi)工，而且還存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，但這不足以抵擋隧道建設(shè)的發(fā)展步伐，隧道建設(shè)也必將成為交通事業(yè)未來(lái)發(fā)展的重心。但在實(shí)際情況中，公路隧道時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些病害，如襯砌裂損、水害、襯砌侵蝕等，這些病害一旦出現(xiàn)，將會(huì)對(duì)隧道運(yùn)行質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，甚至還會(huì)引發(fā)安全事故，為此需要在充分認(rèn)識(shí)隧道病害防治重要性的基礎(chǔ)上，及時(shí)采取科學(xué)有效的措施對(duì)各類(lèi)病害進(jìn)行防治，進(jìn)而從根本上保證隧道運(yùn)行質(zhì)量與效率，保障隧道安全。

1　工程概況

某公路隧道主體位于山區(qū)內(nèi)，進(jìn)出口坡角相對(duì)較大，其中出口坡角為37°，進(jìn)口坡角為20°，在進(jìn)出口處均發(fā)現(xiàn)殘坡積層，厚度為3～8 m。由于隧道施工與外界因素的影響，隧道多處裂縫，主要分布在拱部與墻部，如圖1～2所示。

圖1　隧道拱部裂縫示意圖

圖2　隧道墻部裂縫示意圖

通過(guò)進(jìn)一步檢查，本隧道的裂縫主要為微觀(guān)裂縫，通常按水平方向分布，且伴有一定自愈傾向。為更好地掌握隧道情況，現(xiàn)將病害具體位置、形態(tài)及主要部位作為主要對(duì)象在隧道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面調(diào)查。各對(duì)象調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表1～3。

表1　隧道裂縫具體位置調(diào)查結(jié)果表

表2　隧道裂縫形態(tài)調(diào)查結(jié)果表

表3　裂縫主要部位調(diào)查結(jié)果表

2　公路隧道病害成因分析

2.1水害及其成因

隧道開(kāi)挖施工打破了原本的水系平衡，使得賦存在隧道周邊的水逐漸匯集至圍巖，進(jìn)而引發(fā)不同程度的水害[1]。此外，如果圍巖和含水層直接連通，襯砌自帶防水系統(tǒng)將很難適應(yīng)這種情況，防水能力失效導(dǎo)致水害發(fā)生。調(diào)查顯示，使用年期超出8年的隧道中，有近70%的隧道存在水害問(wèn)題。而現(xiàn)存病害的公路隧道中，更有90%都存在不同程度的水害問(wèn)題。

隧道水害一旦發(fā)生，會(huì)大幅提升隧道中的濕度，使線(xiàn)路等不能繼續(xù)正常工作，直接降低隧道運(yùn)行安全性。另外，水害還會(huì)引發(fā)多種其他病害，如滲漏等現(xiàn)象導(dǎo)致的襯砌開(kāi)裂等，若水害現(xiàn)象始終沒(méi)有得到重視和解決，還有可能使裂縫進(jìn)一步蔓延和擴(kuò)大。

2.2雪害、凍害及其成因

在我國(guó)，凍土地區(qū)的分布十分廣泛，常年凍土面積為陸地總面積的20%左右，為陸上工程建設(shè)，尤其是公路、隧道建設(shè)帶來(lái)了極大的不便。在凍土地區(qū)修筑的隧道經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)凍害問(wèn)題，而且在北方等寒冷地區(qū)還會(huì)出現(xiàn)雪害。這些病害一旦發(fā)生，不僅會(huì)對(duì)隧道穩(wěn)定性等造成顯著影響，還會(huì)中斷交通運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)交通事故。

2.3襯砌裂損及其成因

按照裂損形式及損壞程度的不同，可將襯砌裂損分為以下幾類(lèi)，變形、開(kāi)裂、腐蝕、空洞、下沉與破損等。造成襯砌裂損的原因極其復(fù)雜，襯砌自身原因、土體擠壓以及水害等都會(huì)引起裂損。如果隧道出現(xiàn)裂損問(wèn)題，不僅會(huì)造成地下水外滲，還會(huì)加劇侵蝕，造成一系列不良情況，嚴(yán)重威脅隧道安全。

2.4襯砌侵蝕

對(duì)于襯砌侵蝕而言，由于其存在一定不可預(yù)見(jiàn)性和隱藏性，所以準(zhǔn)確檢測(cè)是預(yù)防侵蝕的關(guān)鍵，常用的檢測(cè)手段有：鉆孔取樣、地探雷達(dá)等。其中，地探雷達(dá)的使用頻率最高，且效果突出，其主要利用沖擊波傳播原理，通過(guò)向地層中發(fā)射高頻電磁脈沖，根據(jù)反射波掌握地層基本情況，再進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和分析，了解動(dòng)態(tài)模量等相關(guān)信息，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷出襯砌的實(shí)際侵蝕程度，為后續(xù)治理工作提供可靠的數(shù)據(jù)參考和依據(jù)[2]。

3　公路隧道病害治理措施

3.1錨桿加固

充分利用錨桿系統(tǒng)所具有的擠壓與加固作用，使完成加固后的圍巖可以和病害部位形成一體，達(dá)到有效抑制病害擴(kuò)大的效果。在對(duì)錨桿加固進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需先查清拱背回填與襯砌的情況及厚度等信息，保證所用錨桿可以完全穿越回填材料，并深入到圍巖的一定深度內(nèi)。與此同時(shí)，在對(duì)錨桿進(jìn)行安裝設(shè)置以前，還要對(duì)襯砌后方存在的孔洞進(jìn)行充填，填料選用與襯砌材料相適應(yīng)的泥漿，確保襯砌的實(shí)際抗壓系數(shù)處在規(guī)范限度內(nèi)。

3.2隧道水害防治

(1)優(yōu)化材料選取

通過(guò)對(duì)材料的進(jìn)一步優(yōu)化和完善可有效提升混合料綜合性能，如盡量使用級(jí)配優(yōu)良的石料，適當(dāng)添加一定量的抗剝落外加劑等。

(2)結(jié)構(gòu)防治措施

對(duì)隧道內(nèi)的防排水系統(tǒng)進(jìn)行完善，必要時(shí)增設(shè)排水暗管，確保水體不會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)層造成侵蝕。

(3)切實(shí)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

制定合理的定期養(yǎng)護(hù)制度，并嚴(yán)格執(zhí)行，通過(guò)規(guī)范有效的養(yǎng)護(hù)措施起到預(yù)防水害發(fā)生和控制水害進(jìn)一步發(fā)展的作用，時(shí)刻保障隧道安全。

3.3拱背注漿

針對(duì)損壞情況較為嚴(yán)重或拱背部出現(xiàn)空洞的情況，可采取注漿措施進(jìn)行治理和加固。通過(guò)注漿，既能使襯砌和圍巖更好地結(jié)合，確保荷載作用的均勻性，提高圍巖抗力，還能對(duì)襯砌約束條件進(jìn)行改善，達(dá)到約束圍巖有效松弛的目的；此外，還可以促進(jìn)隧道防排水。施工過(guò)程中，大多使用長(zhǎng)度為2.5～4.5 m的小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，導(dǎo)管環(huán)向與縱向的間隔需要根據(jù)空隙進(jìn)一步確定，通?！?.0～3.0 m，按照梅花形進(jìn)行布置。漿液的選擇對(duì)象主要有三種，分別為水泥單液漿、水泥與水玻璃雙液漿和水泥砂漿。在本隧道中，主要選用水泥砂漿。具體的施工設(shè)計(jì)參數(shù)為：注漿孔孔深將穿越襯砌實(shí)際厚度為基準(zhǔn)，50 mm孔徑，注漿壓力≥0.75 MPa。

3.4碳纖維粘貼

使用樹(shù)脂材料在襯砌表面粘貼碳纖維，以此形成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，CFRP)[3]。這種復(fù)合材料可以和混凝土材料進(jìn)行協(xié)同工作，在裂縫封閉、改善受力性能等方面，使用效果十分顯著。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，采取這種措施對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，可大幅提升被補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載力，并且碳纖維本身是一種具有高強(qiáng)度、高耐腐蝕性的材料，在隧道病害防治工作中極其適用，有著良好的推廣與使用價(jià)值。

3.5裂縫處治

(1)表面涂抹

如果裂縫寬度<0.5 mm，且不存在剪切錯(cuò)動(dòng)與滲漏水現(xiàn)象，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)使用造成影響，則可在實(shí)際情況中運(yùn)用表面涂抹的方法進(jìn)行處治。

(2)鑿槽封縫

針對(duì)較大的裂縫，其縫寬≥0.5 mm，最大縫寬在3 mm以?xún)?nèi)，可運(yùn)用鑿槽的方法進(jìn)行處治，鑿槽完成以后進(jìn)行沖洗和風(fēng)干，并使用環(huán)氧樹(shù)脂等材料實(shí)施封縫，具體操作過(guò)程如圖3所示。

圖3　裂縫鑿槽封縫處治圖

3.6加強(qiáng)隧道健康監(jiān)測(cè)

條件允許的情況下，建議在隧道關(guān)鍵位置裝設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析。既可以通過(guò)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)及時(shí)掌握各結(jié)構(gòu)層基本情況，保證隧道處于安全狀態(tài)，以有效延長(zhǎng)其使用壽命；同時(shí)，也可以借助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)盡早發(fā)現(xiàn)病害，做到“早發(fā)現(xiàn)早處理”，可在控制病害發(fā)展的同時(shí)節(jié)約成本。除此之外，還可運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)完善的報(bào)警系統(tǒng)，進(jìn)而從根本上提升隧道安全管理的科學(xué)性與有效性。

4　結(jié)語(yǔ)

公路隧道是一項(xiàng)復(fù)雜且系統(tǒng)的工程，不僅施工難度大、影響因素多，在使用階段還極有可能產(chǎn)生各種病害?；诖?，為有效防止病害的產(chǎn)生，需先對(duì)病害成因進(jìn)行深入的分析，再根據(jù)病害的程度和類(lèi)型，選出有效的治理方法，從而將病害造成的影響與損失降低到最小限度，確保隧道通行安全、通暢。

[1]代高飛，朱合華，夏才初.某公路隧道病害成因分析與治理研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005(12)：89-92，139.

[2]虞文錦，陳武威，周韻鴻，等.高速公路隧道病害的成因與治理[J].低溫建筑技術(shù)，2012(4)：120-122.

[3]肖望成.高速公路隧道病害成因及治理技術(shù)分析[J].交通建設(shè)與管理，2015(6)：247-249.

Cause Analysis and Control Study of Highway Tunnel Diseases

CHENG Du-jun

(Guizhou Bridge Construction Group Co.，Ltd.，Guiyang，Guizhou，550001)

Combined with project practices，this article analyzed the main types of highway tunnel diseases as well as their causes，and proposed the corresponding control measures such as anchor bolt strengthening，flood control，arch-back grouting，and pasting the carbon fiber，thereby laying a good foundation for the safe operation and development of tunnels.

Highway tunnel；Disease causes；Control measures

U457+.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.017

1673-4874(2016)08-0064-03

2016-06-10

程度均(1962—)，工程師，研究方向：巖土工程；路基、隧道地質(zhì)及隧道施工技術(shù)。