公路隧道襯砌裂損病害檢測與治理對策

陳林

摘要：文章針對襯砌裂損病害對公路隧道結(jié)構(gòu)的危害，結(jié)合六寨至河池高速公路龍里二號隧道工程實例，介紹了公路隧道襯砌裂損病害的檢測方法，分析了隧道襯砌裂損的原因，并提出了相應的治理對策。

關鍵詞：公路;隧道;襯砌裂損;病害檢測;治理

0 引言

我國社會經(jīng)濟發(fā)展過程中，基礎設施建設越來越完善，公路事業(yè)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為世界上隧道里程和數(shù)量最多的國家。我國幅員遼闊，公路工程項目施工建設過程中，施工質(zhì)量非常容易受到氣候和地質(zhì)災害等因素影響。隧道建成運行過程中容易有不同形式病害出現(xiàn)，尤其以襯砌裂損和滲漏水等問題最為嚴重。必須要做好對公路隧道襯砌裂損病害的檢測，并給予針對性的處理措施，本文就此展開了研究分析。

1 隧道襯砌裂損病害簡述

當前我國公路隧道病害主要集中在襯砌等方面，比如襯砌變形、襯砌開裂、襯砌移動、襯砌內(nèi)外腐蝕等。襯砌主要是維持隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，不管何種形式病害，都會對隧道的穩(wěn)定性造成嚴重影響和威脅，進而影響隧道使用可靠性和安全性。因此，想要使隧道使用安全性和可靠性得到保證，必須要提高對隧道襯砌裂損和腐蝕等病害形式檢測方面的重視程度，給予針對性的維修加固措施。隧道工程襯砌病害會產(chǎn)生非常嚴重的后果，尤其是襯砌裂損病害，不僅對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性有嚴重影響，還會對行駛安全造成威脅，增大隧道維護成本。因此，定期做好隧道襯砌的檢測，不僅可以實現(xiàn)對隧道病害的有效控制，同時還能夠最大限度降低隧道病害發(fā)生率。

2 工程概況

廣西六寨至河池高速公路龍里二號隧道位于黔桂兩省區(qū)交界處，全長422m，洞身凈寬9m，設計為整體式雙連拱隧道，是貴州都新高速公路進入廣西境內(nèi)接六寨至河池高速公路的“省門”。該隧道自2009-07-11順利貫通，目前隧道使用年限已達11年，圍巖襯砌結(jié)構(gòu)存在有較多裂縫，滲漏水情況嚴重，尤其在冬季路面結(jié)冰條件下對行車安全有嚴重影響，拱頂上方位置裂損情況最為嚴重，甚至出現(xiàn)掉塊。

3 隧道襯砌裂損病害檢測

對龍里二號隧道的襯砌裂損病害檢測采用簡易測量和觀察相結(jié)合的方法，然后將檢測出來的結(jié)果以三維圖形的方式在電腦上展現(xiàn)出來，根據(jù)其裂損的形態(tài)，分析其產(chǎn)生的原因。具體方法如下：

（1）襯砌變形。將釬釘設在變形部位，并懸掛錘球，對應埋設在隧道底部的固定點，以此實現(xiàn)對襯砌形變情況的觀測和計算。襯砌變形問題的出現(xiàn)與襯砌承載能力不足等有關，導致周邊巖體受到壓力作用發(fā)生變形，襯砌變形會產(chǎn)生一定的危害，也是襯砌開裂的主要影響因素。

（2）襯砌開裂。襯砌變形發(fā)展到最后就會造成襯砌開裂，襯砌開裂會出現(xiàn)裂縫和裂紋兩種形式，襯砌的開裂還會有錯臺、張裂、壓潰等表現(xiàn)。本工程對襯砌裂縫的檢測方法采用超聲波測量、鉆孔測量、尺子測量等，對一些具有較強延展性的裂縫，采用金屬板測標檢測。①可采取灰塊測標觀測法，在裂縫起始處以及最寬處等位置設置;②用釬釘測標觀測法，在裂縫兩側(cè)位置植入一般釬釘和L型釬釘，釘尖相交，通過釘尖相對位置變化實現(xiàn)對裂縫錯距和擴張程度的準確測量;③采用金屬板測標觀測法，在裂縫兩側(cè)固定兩個薄金屬板，一個劃有刻度，另一個劃零點，通過金屬板位置移動明確裂縫情況;④利用讀數(shù)顯微鏡以及聲波檢測儀等設備檢測裂縫的深度和寬度等參數(shù);⑤利用敲打以及中鉆探檢測法等檢測襯砌背后密實性。經(jīng)過對該隧道的檢測發(fā)現(xiàn)，在襯砌邊墻分布有縱向和斜向的裂縫，這些裂縫的形態(tài)為網(wǎng)狀，最長5m，最短0.8m左右。在襯砌拱壁部分地方的裂縫分布為斜向和環(huán)向，呈現(xiàn)出較強的分離性，比較嚴重的區(qū)域分布有網(wǎng)狀的深度裂縫。拱頂?shù)牧芽p大大超出拱腰的裂縫，這些裂縫的寬度在1～7mm之間，長度在0.8～12m之間?？偟膩砜矗芽p的出現(xiàn)與彎曲受拉和偏心受拉等因素有關，會存在有明顯的裂紋和裂面正交等特點，在裂縫邊緣位置存在有明顯壓碎狀，中間厚度厚，四周厚度薄。

4 隧道襯砌裂損的原因分析和治理對策

4.1 原因分析

龍里二號隧道地處廣西喀斯特地貌資源分布區(qū)內(nèi)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，巖溶廣布。通過對襯砌裂損病害實地勘查、檢測及查閱工程相關資料，并結(jié)合工程地質(zhì)、水文情況，總結(jié)出襯砌裂損的原因，主要包含有以下幾個方面：

（1）圍巖壓力受力不均。查閱地質(zhì)勘查資料后，發(fā)現(xiàn)該隧道兩側(cè)襯砌裂損部位的外圍覆土厚度存在不均勻情況，從而產(chǎn)生偏壓，導致隧道兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)承受不對稱的圍巖壓力，出現(xiàn)寬度較小的剪切裂縫等，存在有明顯錯臺等表現(xiàn)，仔細檢查可見滑移痕跡。在這種情況下，襯砌拱腰位置就會產(chǎn)生裂損。一般在覆土較深的襯砌拱腰部位發(fā)生變形最大，拱腰部位也是裂損分布數(shù)量最多的地方。

（2）襯砌背后局部存在空腔。隧道襯砌背后有空腔存在，會產(chǎn)生凸向圍巖一側(cè)的自由變形，同時空腔部位的襯砌裂損分布集中?？涨坏拇笮∈菦Q定裂縫數(shù)量和深度的最直接因素，空腔的尺寸越大，襯砌發(fā)生變形的區(qū)域就越大，裂縫的數(shù)量和深度就越大。裂縫進一步發(fā)展過程中，會出現(xiàn)較為明顯的混凝土擠壓掉塊的現(xiàn)象。

（3）巖層基礎不均勻沉降。隧道巖層基礎不均勻沉降作用下，導致襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彎拉變形及扭曲變形，其應力超過混凝土抗拉強度極限，進而有彎張損裂出現(xiàn)。其破口位置表現(xiàn)出鋸齒狀，這種形式的裂縫由多條方向相似裂縫組成，呈斜向發(fā)展趨勢。

（4）在設計方面，隧道設計前，受到隧道周邊復雜地質(zhì)條件等因素影響，為襯砌類型選擇和圍巖級別劃分造成較大難度，容易有襯砌結(jié)構(gòu)與巖層荷載不一致等情況出現(xiàn)，從而出現(xiàn)裂損病害。實際上，隧道設計初期階段很難設計出絕對適合圍巖實際情況的設計方案，只能在施工過程中結(jié)合實際情況不斷優(yōu)化和調(diào)整，這些設計方面問題的出現(xiàn)容易導致隧道襯砌強度下降，造成襯砌局部裂損現(xiàn)象。

（5）在施工管理方面，隧道在施工技術方面的要求相對較為嚴格，施工方法特殊，施工建設過程中容易受到多個方面因素干擾和影響，比如施工過程中存在有超欠挖、拱架支撐變形過大、過早拆除模板支撐等風險，使襯砌承受超容許的荷載，容易產(chǎn)生裂損。這些風險未能及時有效處理，則在襯砌厚度方面會出現(xiàn)一定的偏差。另外，拱背背后有局部空腔，如果圍巖出現(xiàn)變形，非常容易導致襯砌局部存在過大受力出現(xiàn)裂損，在圍巖未能穩(wěn)定情況下展開襯砌施工，襯砌負荷會有明顯增大，進而造成損傷。

（6）侵蝕介質(zhì)腐蝕。隧道所處環(huán)境地下空氣濕度大，同時空氣和水等介質(zhì)中存在有酸堿鹽粒子，這些侵蝕性介質(zhì)的存在非常容易造成襯砌腐蝕。比如氣態(tài)介質(zhì)侵蝕等，導致混凝土逐漸發(fā)生碳化并造成鋼筋的銹蝕，最終發(fā)展為襯砌裂損。

（7）其他原因。受到地震、泥石流等災害因素影響，或者隧道運營過程中未能做好相關維護工作等，沒有及時發(fā)現(xiàn)存在的病害并采取有效預防措施，最終導致病害惡化。

4.2 治理對策

襯砌損裂病害的治理需要從損裂的寬度、長度、受力以及發(fā)展趨勢等方面綜合分析考慮，不同損裂區(qū)域采取針對性的處理措施，確保圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，最大限度減少對原襯砌的擾動，使襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和整體性得到保證?，F(xiàn)階段，常見的襯砌損裂病害治理對策主要有提高襯砌后背圍巖穩(wěn)定性和補強襯砌本身強度兩種。而龍里二號隧道主要以提高襯砌后背圍巖穩(wěn)定性進行處置。針對該隧道襯砌后背存在空腔和裂縫，且表面有水漬的現(xiàn)象，為了增強襯砌后背圍巖穩(wěn)定性，本工程采用騎縫注漿法施工，取得了良好效果。其原理就是利用高壓注漿泵產(chǎn)生的壓力，將水性聚氨酯注漿材料通過止回針頭注入襯砌后背的空腔和裂縫中，使其從空隙間向四周擴散。由于水性聚氨酯材料有遇水快速膨脹的特性，當它遇水后會立即進行聚合反應，分散乳化或發(fā)泡膨脹硬化，并與砂石泥土固結(jié)成一種彈性固結(jié)體，使襯砌背后形成一個整體結(jié)構(gòu)，起到提高襯砌后背圍巖穩(wěn)定性和堵水的作用。同時，在相對封閉的注漿體系中，聚合反應放出的CO2氣體會產(chǎn)生較大的內(nèi)壓力，推動漿液向疏松的孔隙、裂縫深入擴散，使空隙完全被漿液所填充，增強了堵水效果，漿液膨脹受到限制越大，所形成的固結(jié)體越緊密，使襯砌背圍巖穩(wěn)定性和堵水能力越高，從而降低了襯砌裂損病害的發(fā)生概率。

5 結(jié)語

公路隧道襯砌裂損病害的出現(xiàn)不僅會使隧道的正常使用受到影響，同時在很大程度上會縮短隧道運營周期以及使用壽命，導致隧道使用人員的生命財產(chǎn)安全受到影響和威脅。針對公路隧道襯砌裂損病害，必須要明確問題出現(xiàn)的原因，做好各項檢測工作，結(jié)合實際情況采取針對性的處理措施，實現(xiàn)對裂損問題的有效解決和處理，最大限度降低隧道襯砌損裂的影響和危害，維持公路正常運行。

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