云南省普通國(guó)省道干線公路隧道滲漏水病害調(diào)查及成因分析

吳斌

摘 要：滲漏水作為山區(qū)隧道結(jié)構(gòu)病害中存在的主要問(wèn)題，對(duì)行車(chē)安全具有一定的安全隱患。通過(guò)對(duì)干線公路隧道進(jìn)行定期檢查，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法探究干線公路隧道滲漏水病害成因。認(rèn)為導(dǎo)致干線公路隧道滲漏水病害的主要因素有3個(gè)方面：自然因素、設(shè)計(jì)因素、施工因素。研究成果對(duì)于開(kāi)展云南片區(qū)隧道病害防治及處治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可為其他地區(qū)或全國(guó)干線公路隧道滲漏水病害的統(tǒng)計(jì)分析提供參考。

關(guān)鍵詞：運(yùn)行隧道；滲水裂縫；滲漏水；病害調(diào)查；統(tǒng)計(jì)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0164-04

1 概述

隧道作為道路上的重要構(gòu)筑物，在山區(qū)道路上修建隧道縮短線路總長(zhǎng)。但是，目前有很多干線公路隧道出現(xiàn)了襯砌開(kāi)裂和滲漏水等病害，嚴(yán)重威脅著道路的通行安全。

云南地形、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，地震烈度高，斷裂帶縱橫交錯(cuò)，這就導(dǎo)致隧道病害較多[1]。目前，干線公路隧道所面臨的病害情況越來(lái)越復(fù)雜，隧道襯砌開(kāi)裂、滲漏水等病害也越來(lái)越多。截止2015年底，我國(guó)大陸已建成公路隧道14006座，總里程12683.9千米，同比凈增1602座，1927.2千米，其增長(zhǎng)率分別為11.4%、15.2%，隧道里程增長(zhǎng)率高于高速公路本身增長(zhǎng)率。隨著隧道數(shù)量增多，運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，隧道病害逐步顯現(xiàn)，運(yùn)行隧道滲漏水病害成為未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)研究的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)建成10年以上的隧道，約80%存在襯砌開(kāi)裂、滲漏水病害現(xiàn)象[2]。通過(guò)對(duì)云南省干線公路隧道的定期檢查，探究了干線公路隧道滲水裂縫、滲漏水的原因。

2 云南省干線公路隧道滲漏水調(diào)查

2.1 云南省干線公路隧道概況

云南省作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的高原山區(qū)邊疆省份，占全省92%的運(yùn)輸依靠公路運(yùn)輸完成，顯然云南省的公路交通應(yīng)該兩條腿走路，一方面基礎(chǔ)設(shè)施要實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，另一方面公路運(yùn)輸保障能力必須得到大幅度的提升，這樣才能支持全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，也方便人民群眾安全便捷出行。云南省94%的國(guó)土面積為山區(qū)、半山區(qū)，作為一個(gè)公路大省，其公路上的隧道結(jié)構(gòu)物占了相當(dāng)大的比例，截止2012年底，隧道里程數(shù)達(dá)338356米，共有565處隧道，其中本次隧道檢查合計(jì)69223.78m。

2.2 檢查方式及內(nèi)容

本次檢查采用了隧道智能檢測(cè)車(chē)（新橋牌BDK5070XJC

01）、裂縫測(cè)寬儀、照相機(jī)、皮尺等設(shè)備，對(duì)隧道滲水裂縫等病害進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。檢查的主要內(nèi)容為：滲水裂縫情況：裂縫走向、寬度、所在位置等。

2.3 檢查范圍

根據(jù)隧道的線路分布、建造時(shí)間以及維護(hù)情況等因素的考慮，選取云南省普通國(guó)省道35條干線公路隧道進(jìn)行了檢查。本次所選取的干線公路覆蓋了省內(nèi)滇東、滇中、滇西3個(gè)地質(zhì)分區(qū)。此次檢查的干線公路位置分布情況如圖1所示，典型隧道的滲水裂縫、滲漏水基本信息如表1所示。

此次檢查任務(wù)重、時(shí)間緊，在隧道滲水裂縫調(diào)研中主要依靠隧道智能檢測(cè)車(chē)檢測(cè)，隧道智能檢測(cè)車(chē)通過(guò)線性相機(jī)對(duì)隧道襯砌進(jìn)行掃描，隨后通過(guò)軟件將掃描圖像展開(kāi)成隧道整體圖像，可清晰看到隧道中的每一處病害，隧道智能檢測(cè)車(chē)裂縫識(shí)別精度為0.2mm，因此在隧道襯砌裂縫統(tǒng)計(jì)時(shí)難免有疏漏，但并不影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果的科學(xué)性。

3 隧道滲水裂縫檢查分析

隧道滲漏水是由于多種因素造成的，隧道襯砌作為重要結(jié)構(gòu)層，在隧道防水時(shí)起到了重要作用。隧道滲漏水會(huì)使結(jié)構(gòu)潮濕、路面積水濕滑、地面摩擦力降低，影響行車(chē)舒適及安全，長(zhǎng)期滲漏水會(huì)導(dǎo)致襯砌侵蝕破壞，影響隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全及耐久性；在寒冷地區(qū)，冰錐會(huì)威肋人車(chē)安全，且反復(fù)凍融會(huì)造成襯砌開(kāi)裂破壞等[3]。

3.1 裂縫的幾何形態(tài)

滲水裂縫是隧道病害的主要方式，降低了隧道結(jié)構(gòu)的安全性和損壞了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，影響隧道的正常通行，甚至危及行人、行車(chē)安全。滲水裂縫的特作主要包括裂縫寬度、走向、位置等。裂縫走向根據(jù)裂縫與隧道軸向的關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)，有環(huán)向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫、網(wǎng)狀裂縫4類(lèi)，此次調(diào)查結(jié)果如圖2所示。

圖2 隧道襯砌裂縫走向分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

由圖2可以看出：隧道滲水裂縫中數(shù)量最多的是環(huán)向裂縫，占所有裂縫總數(shù)的63.26%；其次為縱向裂縫，所占比例為28.49%。在檢查中發(fā)現(xiàn)，環(huán)向裂縫一般發(fā)生在沉降縫。施工縫的位置，常發(fā)生在洞口或不良地質(zhì)帶與完整巖石地層交接處，而縱向裂縫在邊墻部位居多。

3.2 滲水裂縫所占比例

隧道裂縫寬度根據(jù)規(guī)范[4]中關(guān)于不同裂縫控制等級(jí)所容許的裂縫寬度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查及隧道智能檢測(cè)車(chē)的檢測(cè)情況，將裂縫寬度分為3類(lèi)：小于等于1.0mm的小裂縫、1.0～3.0mm的中裂縫、大于等于3.0mm的大裂縫，隧道裂縫中有一部分存在滲漏水，其滲水裂縫占裂縫總數(shù)的具體情況如圖3所示。

由圖3可以看出：滲水裂縫主要存在于中裂縫和大裂縫中，據(jù)試驗(yàn)資料，當(dāng)裂縫寬度為0.1～0.2mm時(shí)，裂縫雖然不能完全膠合，但可逐漸自封，當(dāng)裂縫寬度超過(guò)自愈范圍后，裂縫漏水量和裂縫寬度呈三次方比例。由此可知，并不是所有的裂縫都會(huì)產(chǎn)生滲漏水，但隧道滲漏水病害卻主要取決于裂縫寬度和匯水通道的形成[5]。其中小裂縫形成的主要原因在于混凝土水灰比不當(dāng)，養(yǎng)護(hù)不周，使水泥石在硬化過(guò)程中物理化學(xué)收縮引起干縮裂縫；還有施工過(guò)程中較大的溫差導(dǎo)致了混凝土的收縮裂縫，混凝土的早期抗拉強(qiáng)度較低，因此，如果混凝土的水泥用量、澆筑溫度、水泥規(guī)格使用不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致混凝土的早期溫度過(guò)高，隨著混凝土溫度的下降，裂縫也就隨之產(chǎn)生[6]。并不是所有的小裂縫都會(huì)形成滲漏水，但在長(zhǎng)期作用下由于混凝土徐變，水分子進(jìn)入混凝土內(nèi)部腐蝕鋼筋，影響隧道的耐久性。

4 隧道滲漏水調(diào)查結(jié)果及分析

4.1 隧道滲漏水類(lèi)型endprint

根據(jù)隧道襯砌滲水量，將隧道滲漏水類(lèi)型分為5類(lèi)：即噴射（滲漏成線呈噴水狀態(tài)）、掛冰（形成冰錐）、涌流（水直接從襯砌裂縫或施工縫涌出）、滴漏（襯砌漏水成水滴狀態(tài)，間斷下滴，有明顯漏水點(diǎn)）、浸滲（襯砌表面呈面狀濕潤(rùn)狀態(tài)）。在此次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研中，未發(fā)現(xiàn)水直接從襯砌裂縫中噴涌，因此將云南省干線公路隧道滲漏水的類(lèi)型分為4類(lèi)：涌流、掛冰、滴漏、浸滲。

隧址區(qū)的自然環(huán)境決定了地下水是否富集在隧道區(qū)域，而隧道開(kāi)挖后使地下水滲流路徑發(fā)生改變，集中滲向隧道方向，同時(shí)隧道圍巖發(fā)生應(yīng)力重分布，壓力直接作用于襯砌結(jié)構(gòu)上從而形成裂縫，而裂縫為地下水進(jìn)入隧道提供了通道，此次統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。

由圖5看出：云南省干線公路隧道滲漏水類(lèi)型主要以浸滲、滴漏為主，分別占71.1%和26.5%的比例，其滲漏水量相對(duì)較小，涌流所占比例僅為2.3%，其滲水量較大，易形成路面積水，道路濕滑，使行車(chē)不安全。在云南西北部，冬季氣溫較低，隧道滲漏水則易形成掛冰，對(duì)行車(chē)安全造成極大威脅。

4.2 隧道滲漏水部位

隧道滲漏水根據(jù)所在的位置將其大致分為拱頂滲漏水、拱肩滲漏水、邊墻滲漏水、拱腳滲漏水四類(lèi)，不同位置隧道滲漏水產(chǎn)生的原因也不相同，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示。

由圖6看出：隧道滲漏水主要集中在邊墻處，占滲漏水總數(shù)34.5%，然后是拱肩、拱腳，分別占26.22%和25.95%，拱頂所占比例較低，僅占13.3%。其主要原因在于襯砌防排水失效，混凝土密實(shí)度不夠，泌水通道發(fā)育，且拱肩、邊墻、拱腳是裂縫易產(chǎn)生部位，為地下水滲入隧道提供了路徑，還有地下水對(duì)襯砌混凝土的化學(xué)腐蝕[7]。從受力方面分析，拱頂混凝土一般是內(nèi)側(cè)受壓，從而導(dǎo)致開(kāi)裂、剝落；拱腳裂縫則會(huì)形成襯砌錯(cuò)動(dòng)；拱腰主要是因?yàn)榛炷羶?nèi)側(cè)受拉張開(kāi)；邊墻裂縫由于混凝土襯砌內(nèi)側(cè)受拉張開(kāi)錯(cuò)動(dòng)，使隧道失穩(wěn)。環(huán)向裂縫因?yàn)榭v向受到不均勻荷載，以及沉降縫處理不當(dāng)、圍巖地質(zhì)變化等因素，往往發(fā)生在洞口或不良地質(zhì)帶交接處；斜向裂縫一般由于混凝土襯砌的環(huán)向應(yīng)力和縱向受力組合而成的拉應(yīng)力造成。

5 隧道滲漏水原因探究

對(duì)云南省干線公路隧道滲漏水病害進(jìn)行檢查，并根據(jù)云南地區(qū)的氣象、地形地貌、水文地質(zhì)條件，隧道的施工工藝等資料，綜合分析后，認(rèn)為導(dǎo)致干線公路隧道滲漏水主要有以下三個(gè)因素：

5.1 自然因素

從自然因素方面考慮，隧道地質(zhì)環(huán)境和強(qiáng)降雨是導(dǎo)致隧道滲漏水的直接原因。一方面是地表水通過(guò)地下巖溶管道或圍巖裂隙滲入地下，并排入暗河，當(dāng)遇到強(qiáng)降雨時(shí)，巖溶管道、圍巖裂隙滲漏水能力有限，使得大量雨水無(wú)法及時(shí)排走，涌向隧道處，使得隧道防排水設(shè)施超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。另一方面是隧道穿越暗河、溶洞及斷層區(qū)域，在強(qiáng)降雨情況下，暗河流量驟增、溶洞積水和斷層大量漏水，從而使得隧道防排水設(shè)施超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)法及時(shí)排除涌入的地下水，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)滲漏水[8]。另外在本次檢查中，有極少數(shù)的裸洞存在，根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果表明，裸洞隧道病害是損傷和滲流耦合強(qiáng)度因子在0.5左右產(chǎn)生的，隨著隧道圍巖裂隙的擴(kuò)展和損傷程度的加劇，圍巖塑性區(qū)半徑隨水壓力的增加而迅速增大，導(dǎo)致了滲漏水的產(chǎn)生[9]。

5.2 設(shè)計(jì)因素

（1）由于隧道勘察設(shè)計(jì)主要傾向于隧道結(jié)構(gòu)部分，對(duì)隧道防排水有所忽視。雖然防水板采用全包形式，并且設(shè)計(jì)了相應(yīng)的排水系統(tǒng)，但是對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)區(qū)段，特別是穿越破碎帶、溶洞以及軟-硬圍巖交接段等，未進(jìn)行全面防排水處理，即沒(méi)有采用初支背后圍巖注漿堵水或未設(shè)置泄水孔等措施，從而使隧道出現(xiàn)滲漏水病害[3]。

（2）短隧道防排水設(shè)計(jì)往往忽視水文地質(zhì)條件的變化，整個(gè)隧道采用同一種防排水措施，可能隧道圍巖局部分布有富水層、破碎帶等，未進(jìn)行相應(yīng)處理。

5.3 施工因素

在山區(qū)和半山區(qū)，地形多為“雞爪形”地形，在隧道建設(shè)技術(shù)中，有不同地質(zhì)環(huán)境下的技術(shù)方法。一般來(lái)說(shuō)，自然地質(zhì)病害在隧道勘察設(shè)計(jì)階段，往往采取了相應(yīng)的工程處治對(duì)策，重大地質(zhì)病害往往也引起各級(jí)的高度重視，采取的工程技術(shù)對(duì)策一般也相對(duì)合理有效，可以起到很好的防治作用。但是，在隧道建設(shè)過(guò)程中，誘發(fā)的問(wèn)題往往不可預(yù)見(jiàn)，具有隱蔽性和突發(fā)性，因此，往往給隧道建設(shè)帶來(lái)一定的病害隱患。

隧道施工時(shí)，隨著二次襯砌和噴射混凝土，支護(hù)結(jié)構(gòu)承受較大圍巖壓力導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。目前修建的公路隧道襯砌常為復(fù)合式襯砌，在隧道施工過(guò)程中，止水條設(shè)置預(yù)留不合理，在預(yù)留縫里布設(shè)止水條后被水污染，影響后期止水條的性能，止水條固定不牢固導(dǎo)致澆筑混凝土?xí)r脫落或無(wú)法保證止水條與襯砌截面垂直。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的交通行業(yè)得到很大的提升。隧道逐漸成為主要的地下交通形式，為確保隧道通行安全，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)隧道滲漏水裂縫病害的研究，對(duì)其原因進(jìn)行分析，并提出尋找解決辦法。通過(guò)對(duì)云南省干線公路隧道襯砌裂縫、滲漏水的統(tǒng)計(jì)和機(jī)理分析，揭示了導(dǎo)致干線公路隧道滲漏水的主要原因，為干線公路隧道維護(hù)和病害防治提供重要的資料，并具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和參考價(jià)值。

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