淺析公路隧道襯砌裂縫檢測(cè)和治理對(duì)策

覃慧

【摘 要】隧道工程屬于生命線工程，公路隧道開(kāi)鑿的主要目的就是繞過(guò)巖石和水體障礙，實(shí)現(xiàn)公路交通的暢通，公路隧道在人們的日常生活中發(fā)揮著極為重要的作用。文章以某隧道工程為例，介紹了公路隧道施工過(guò)程，分析了襯砌裂縫產(chǎn)生的原因和公路隧道襯砌裂縫的常規(guī)檢測(cè)方法，并提出了公路隧道襯砌裂縫的治理對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】公路隧道;襯砌裂縫;檢測(cè);治理對(duì)策

【中圖分類(lèi)號(hào)】U457.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）02-0110-03

1 工程概況

選取國(guó)內(nèi)某省公路段作為本文的研究對(duì)象，首先對(duì)該省內(nèi)的公路段進(jìn)行分析，深挖路埑為該省內(nèi)公路段的原設(shè)計(jì)方式，但是在削坡施工的過(guò)程中公路段上方山地出現(xiàn)滑坡、坍塌等事故，對(duì)于工程施工的安全造成嚴(yán)重的威脅。為此，該段公路暫停施工查明該段施工公路的工程地質(zhì)條件，從而為公路隧道設(shè)計(jì)或路埑邊坡設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)資料。經(jīng)過(guò)對(duì)該段公路施工區(qū)域地質(zhì)條件進(jìn)行全面的分析后，將原設(shè)計(jì)施工方案改為隧道方案，設(shè)置隧道里程為K345-745+K345-980。該公路段隧道開(kāi)裂主要發(fā)生在階段側(cè)墻和頂板位置，裂縫的寬度≥0.3 mm，裂縫的結(jié)構(gòu)形態(tài)為中間較寬，延伸逐漸變細(xì)。

1.1 隧道工程支護(hù)結(jié)構(gòu)

地下隧道工程所處的環(huán)境條件和地面道路橋梁工程建設(shè)截然不同，雖然地下隧道的修筑用途和修筑目的各有不同，但是公路隧道修筑的主要用途就是為交通運(yùn)輸服務(wù)，公路隧道的修筑環(huán)境主要是各種類(lèi)型的地質(zhì)體結(jié)構(gòu)，如巖石地質(zhì)體、土體等，公路隧道的結(jié)構(gòu)體系為“洞室”，如果從公路隧道的結(jié)構(gòu)體系角度看，公路隧道結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成主要是地質(zhì)體結(jié)構(gòu)與支護(hù)結(jié)構(gòu)。因此，公路隧道結(jié)構(gòu)體系的形成需要通過(guò)一系列的施工并利用力學(xué)原理才能實(shí)現(xiàn)。

1.2 公路隧道施工設(shè)計(jì)的基本思路

公路隧道施工環(huán)節(jié)中原始的巖體或者地質(zhì)結(jié)構(gòu)通過(guò)開(kāi)挖施工，會(huì)破壞原圍巖結(jié)構(gòu)的平衡應(yīng)力，而要想有效地控制巖體的變形發(fā)展，最直接的途徑就是利用巖體的承載能力及時(shí)地修筑支護(hù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員需要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)定和分析，結(jié)合本公路段隧道施工地質(zhì)條件，在各種類(lèi)型的支護(hù)結(jié)構(gòu)中選擇最合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)，例如模筑混凝土襯砌、鋼支撐等;最后針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的確定，還要針對(duì)不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的年限選擇合適的結(jié)構(gòu)材料及合理的施工技術(shù)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)參與的時(shí)間、圍巖壓力的時(shí)間效應(yīng)等施工影響因素進(jìn)行綜合分析[1]。公路隧道施工過(guò)程如圖1所示。

1.3 坑道開(kāi)挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)

開(kāi)挖坑道時(shí)，前后圍巖結(jié)構(gòu)會(huì)處于兩種不同的應(yīng)力狀態(tài)，前者屬于初應(yīng)力狀態(tài)，后者處于二次應(yīng)力狀態(tài)或者三次應(yīng)力狀態(tài)，一般情況下在二次應(yīng)力狀態(tài)和三次應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生的過(guò)程中存在較多的影響因素，例如巖體本身的構(gòu)造、坑道開(kāi)挖的形狀、開(kāi)挖的尺寸等。目前，學(xué)術(shù)界針對(duì)于二次應(yīng)力狀態(tài)和三次應(yīng)力狀態(tài)的理論研究雖多，但大都以假定為前提，然后通過(guò)進(jìn)一步分析去證實(shí)。綜合二次應(yīng)力狀態(tài)的影響因素分析該狀態(tài)主要存在兩種情況：第一，坑道開(kāi)挖后的圍巖依舊保持以往的彈性狀態(tài)，坑道的圍巖會(huì)存在微微的松弛，但不影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;第二，坑道開(kāi)挖后的應(yīng)力狀態(tài)超過(guò)了圍巖結(jié)構(gòu)的單軸抗壓強(qiáng)度，那么此時(shí)的坑道圍巖結(jié)構(gòu)的狀態(tài)為塑性、松弛，極易發(fā)生塑性滑移或圍巖結(jié)構(gòu)松弛損壞。

1.4 坑道開(kāi)挖后的三次應(yīng)力狀態(tài)

二次應(yīng)力狀態(tài)下的圍巖結(jié)構(gòu)若保持以往的彈性狀態(tài)一般不需要進(jìn)行支護(hù)，而當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)呈塑性或松弛狀態(tài)時(shí)就需要進(jìn)行支護(hù)。一般情況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的阻力效果取決于支護(hù)結(jié)構(gòu)的大小和方向。實(shí)際上，支護(hù)阻力的存在能促使圍巖周邊的徑向應(yīng)力得到提升，從而降低切向應(yīng)力。在三次應(yīng)力狀態(tài)中，圍巖結(jié)構(gòu)周邊的應(yīng)力狀態(tài)多為單相向雙向或雙向向三向轉(zhuǎn)變，所以圍巖結(jié)構(gòu)的承載能力會(huì)隨著應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變而增強(qiáng)。

1.5 支護(hù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型

（1）防護(hù)型支護(hù)。防護(hù)型支護(hù)并沒(méi)有支護(hù)的作用，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中并不能夠承受巖體的壓力，同時(shí)也不能夠組織巖體的壓力，而且防護(hù)性支護(hù)僅用于封閉巖面，其基本的作用就是防止坑道周?chē)鷰r體結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)一步發(fā)生惡化;防護(hù)型支護(hù)的施工一般為噴漿、單獨(dú)錨桿。

（2）構(gòu)造型支護(hù)。構(gòu)造型支護(hù)主要是針對(duì)圍巖中局部大塊巖體掉落崩塌而采用的支護(hù)措施，構(gòu)造性支護(hù)的相應(yīng)參數(shù)并不能夠按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算而得，還應(yīng)該結(jié)合公路隧道的施工需求和構(gòu)造需求進(jìn)行確定，噴混凝土、金屬網(wǎng)等為構(gòu)造性支護(hù)的主要施工方式。

（3）承載型支護(hù)。在坑道支護(hù)中，承載型支護(hù)是主要的類(lèi)型，承載型支護(hù)在實(shí)際的施工中主要是結(jié)合坑道圍巖的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行材料的選擇和支護(hù)輕重型的確定。輕型到重型的承載型支護(hù)分別為木支護(hù)、鋼支護(hù)、錨桿金屬網(wǎng)支護(hù)、混凝土支護(hù)和噴混凝土支護(hù)、組合支護(hù)。其中，組合支護(hù)是結(jié)合坑道圍巖的結(jié)構(gòu)需求和施工需求將上述不同承載功能的支護(hù)方式混合應(yīng)用，以達(dá)到保證公路隧道順利施工的目的。

2 公路隧道襯砌裂縫發(fā)生的原因分析

綜合分析該段公路隧道裂縫發(fā)生的原因，首先隧道的階段側(cè)墻處多發(fā)裂縫且裂縫的形狀不一，結(jié)合施工過(guò)程和實(shí)際的裂縫大小，考慮與混凝土的配合比例存在直接的關(guān)系。通過(guò)具體的結(jié)構(gòu)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，部分頂部的混凝土結(jié)構(gòu)厚度未達(dá)到原設(shè)計(jì)的要求，當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)承載受力時(shí)，隧道拱頂?shù)目斩磳?huì)因非受力變形而誘發(fā)襯砌裂縫。同時(shí)，圍巖的二次應(yīng)力和三次應(yīng)力所承受的圍巖壓力較大，支護(hù)施工和抗?jié)B施工等工藝問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致圍巖局部應(yīng)力、水壓力集中且過(guò)大，繼而引發(fā)公路隧道襯砌裂縫的發(fā)生[2]。圍巖承載能力的變化圖如圖2所示。

3 公路隧道襯砌裂縫的常規(guī)檢測(cè)方法

3.1 隧道襯砌裂縫常規(guī)檢測(cè)方法

隧道襯砌裂縫常規(guī)檢測(cè)方法（見(jiàn)表1）。

3.2 公路隧道襯砌裂縫無(wú)損檢測(cè)方法

（1）頻譜分析技術(shù)的應(yīng)用。頻譜技術(shù)的原理和傳統(tǒng)的敲擊法原理大致相同，都是通過(guò)對(duì)原隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行敲擊判斷建筑是否有裂紋。但與傳統(tǒng)的敲擊法不同的是，頻譜分析技術(shù)的精確性和檢測(cè)效率更理想，并且不會(huì)在檢測(cè)的過(guò)程中二次傷害原隧道結(jié)構(gòu)。頻譜檢測(cè)技術(shù)主要借助聲波在不同介質(zhì)中的傳遞速度，通過(guò)對(duì)傳播速度的分析推斷檢測(cè)對(duì)象的實(shí)際情況。頻譜分析技術(shù)的準(zhǔn)確率能夠作為一個(gè)可靠的依據(jù)，該技術(shù)需要在待測(cè)對(duì)象的表面施加一個(gè)垂直壓力，在路橋工程中通過(guò)垂直壓力的施加形成帶有頻率差異的瑞雷波面，工作人員需要在隧道結(jié)構(gòu)上安裝多個(gè)傳感器，并分別對(duì)不同部位的檢測(cè)對(duì)象施加壓力，以達(dá)到對(duì)公路隧道結(jié)構(gòu)裂痕的整體檢測(cè)需求。該技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中最重要的一點(diǎn)就是施加壓力的方向，一定要保證壓力是垂直方向的，否則檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到一定程度的影響。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是檢測(cè)速度快、適用范圍廣，但是技術(shù)應(yīng)用的前期需要施工人員做好傳感器安裝等準(zhǔn)備。

（2）圖像技術(shù)的應(yīng)用。圖像技術(shù)在隧道襯砌裂縫檢測(cè)中最常用的為紅外成像和激光全息成像。其中，紅外成像的主要原理就是利用分子構(gòu)成物質(zhì)，分子在變化的過(guò)程中會(huì)釋放出相應(yīng)的熱量，所以不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)所釋放出的熱量會(huì)存在一定的差異。在道路橋梁工程質(zhì)量檢測(cè)中，紅外成像技術(shù)就是對(duì)不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，通過(guò)分析物質(zhì)所釋放出的熱量來(lái)判定工程施工結(jié)構(gòu)，所以紅外成像的應(yīng)用主要是針對(duì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)的形態(tài)進(jìn)行辨別。工程施工人員可以利用相應(yīng)的紅外檢測(cè)儀器分析隧道結(jié)構(gòu)表面的溫度，明確隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在裂紋和破損問(wèn)題。而激光全息成像技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)就是對(duì)攝像結(jié)果的分析，工作人員利用相應(yīng)的攝像設(shè)備儀器對(duì)特定區(qū)域范圍的隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行攝影，并對(duì)攝像所得到的全息圖像進(jìn)行綜合性的分析，再利用相應(yīng)的計(jì)算公式判斷公路隧道工程中存在的問(wèn)題和缺陷。

（3）探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。雷達(dá)波主要由設(shè)備自身的激振產(chǎn)生，工作人員利用相應(yīng)的設(shè)備向待檢測(cè)區(qū)域發(fā)射電磁波，并通過(guò)電磁波的反射與接收獲取路面路基的采樣信號(hào)，同時(shí)將所獲得的采樣信號(hào)利用相應(yīng)的軟件、硬件和圖文顯示系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。在該技術(shù)中，雷達(dá)脈沖能夠在傳播的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)檢測(cè)區(qū)域地下介質(zhì)的差異，一部分的雷達(dá)脈沖會(huì)從檢測(cè)區(qū)域反射回來(lái)用作信息的接收，另一部分雷達(dá)脈沖則用以檢測(cè)區(qū)域介質(zhì)信號(hào)的采集。探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)z測(cè)區(qū)域的缺陷深度、缺陷大小及缺陷形狀進(jìn)行準(zhǔn)確的判定，在工程檢測(cè)環(huán)節(jié)中，該技術(shù)具備操作便捷、檢測(cè)范圍廣的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)常用于淺層和超淺層工程質(zhì)量的檢測(cè)。

（4）超聲波技術(shù)的應(yīng)用。超聲波技術(shù)在公路隧道工程中的應(yīng)用主要是通過(guò)對(duì)特定區(qū)域結(jié)構(gòu)發(fā)射超聲波，然后工作人員利用超聲波接收設(shè)備將所接收的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而達(dá)到對(duì)路橋建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量檢測(cè)的目的。與頻譜分析技術(shù)相同的是，超聲波技術(shù)因聲波接收環(huán)節(jié)的限制需要在相應(yīng)距離裝置傳感器，工作人員可通過(guò)傳感器對(duì)聲波在隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳播速度和傳播時(shí)間進(jìn)行確定。在超聲波技術(shù)的應(yīng)用中，傳感器、聲波的發(fā)射、標(biāo)準(zhǔn)的參考參數(shù)和準(zhǔn)確的計(jì)算是最關(guān)鍵的4個(gè)要素，該技術(shù)以聲波的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)對(duì)象缺陷和問(wèn)題的檢測(cè)，滿足無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的需求，但是該技術(shù)具備一定的專(zhuān)業(yè)難度。

4 公路隧道襯砌裂縫的治理對(duì)策

4.1 排水系統(tǒng)的科學(xué)施工與管理

（1）設(shè)計(jì)圖紙的完善。設(shè)計(jì)圖紙的完善，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合施工項(xiàng)目的需求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的實(shí)地勘察后，再開(kāi)展項(xiàng)目圖紙的繪制。在這一環(huán)節(jié)中，施工單位要加強(qiáng)實(shí)地勘察力度，主要勘察地質(zhì)情況、重要管道線路情況等，此外應(yīng)重視各部門(mén)人員的交流和協(xié)調(diào)配合。

（2）管道安裝質(zhì)量管理。首先要保證管材的質(zhì)量，保證接口材料的性能與配比規(guī)范，合理地選擇管道安裝施工工藝，利用鑿毛的處理方法進(jìn)行接縫口的清理;其次要注意基礎(chǔ)表面的清理施工，管道安裝順序應(yīng)從下游至上游且精確測(cè)定高程樣板的中心位置和具體的標(biāo)高距離。下管的過(guò)程中，翼板應(yīng)用大型吊裝設(shè)備，如遇特殊情況大型設(shè)備無(wú)法運(yùn)作時(shí)，則采用人工壓繩的方式施工，并保證下管位置的準(zhǔn)確性。

（3）回填工作?；靥钍┕け仨氃诠艿罍y(cè)試合格填滿水的基礎(chǔ)上施工，不能將施工完成的排水管道長(zhǎng)期暴露在空氣和陽(yáng)光下，回填環(huán)節(jié)中要保證回填土質(zhì)量，管道附近不能出現(xiàn)積水、淤泥及有機(jī)物質(zhì)等，回填后壓力機(jī)碾壓速度應(yīng)保持每小時(shí)不超過(guò)2 000 m。

4.2 施工管理及其裂縫處理

首先在混凝土配比過(guò)程中加入引氣型外加劑，以達(dá)到強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能和提高混凝土結(jié)構(gòu)密度的目標(biāo)。其次對(duì)混凝土的水灰比例進(jìn)行控制。一般情況下，水灰比在0.6以下為最佳。施工管理人員還應(yīng)重視混凝土振搗質(zhì)量和混凝土的接縫施工質(zhì)量。最后要分析公路隧道襯砌裂縫的處理，針對(duì)襯砌空洞進(jìn)行注漿處置，應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)襯砌裂縫進(jìn)行處理。重點(diǎn)分析襯砌裂縫處理施工工藝，工作人員應(yīng)對(duì)裂紋進(jìn)行標(biāo)記，清除混凝土表面的水漬、雜物，選用細(xì)針工具向裂縫內(nèi)注入配置好的環(huán)氧樹(shù)脂，待裂縫表面干燥后利用銼刀抹平鑿深，并在原裂縫處布置間距為20～40 cm的注漿嘴，一般情況下，每一個(gè)裂縫應(yīng)該至少布置2個(gè)注漿嘴。

5 結(jié)語(yǔ)

在研究公路隧道襯砌裂縫的檢測(cè)方法與治理技術(shù)的環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)在于檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)方法的應(yīng)用、施工環(huán)節(jié)中混凝土施工技術(shù)的管理、裂縫的重新修復(fù)。襯砌裂縫是公路隧道施工中最為常見(jiàn)的施工問(wèn)題，襯砌裂縫不僅影響了公路隧道的使用年限，而且會(huì)對(duì)交通的暢行和往來(lái)車(chē)輛的安全造成一定程度的威脅，所以做好公路隧道的檢測(cè)與治理，是延長(zhǎng)公路隧道使用壽命、提高公路隧道安全性和穩(wěn)定性的必要手段。

參 考 文 獻(xiàn)

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