公路隧道病害研究

高 輝

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 隧道病害的集中類型

目前隧道最集中的病害就是襯砌裂縫和滲水。

1.1 襯砌裂縫

筆者近幾年參與了多座隧道的病害處治，裂縫病害較為常見。襯砌裂縫主要出現在地基承載力低的區域，即巖層破碎、黃土地區以及煤層采空區，如圖1，隧道襯砌出現裂縫，且裂縫數量和寬度日益增長，將很快影響隧道的安全運營。

圖1 某隧道襯砌裂縫（隧道下腹有采空區）

1.2 隧道滲水

隧道滲水也是最常見的隧道病害。隧道滲水滴到路面，不但影響行車安全，而且長期會對隧道結構穩定產生影響。在北方襯砌滲水會引起襯砌結冰，如圖2，掉在車上或者路面，將會產生車毀人亡的慘劇，故隧道滲水在北方尤為重要。

圖2 某隧道襯砌結冰

2 隧道病害原因分析

2.1 襯砌裂縫

隧道襯砌裂縫的產生和發展受多種因素的影響，主要包括施工、設計及地質因素[1]。

2.1.1 施工

施工因素導致隧道裂縫主要有3點：a)襯砌厚度不足，造成圍巖的壓力過大，襯砌不足以支撐過大的壓力，導致襯砌開裂；b)襯砌澆筑不實，在靠近施工縫左右兩邊的混凝土澆搗不實，混凝土模塊不平，使得隧道襯砌在施工縫處產生裂縫，以及襯砌混凝土表面產生蜂窩磨面等；c)施工方法不合理，混凝土本身的材料性能以及外部溫度等因素使得施工縫附近出現開裂。施工時拱頂沒有處理好就直接澆筑拱部，導致拱頂和拱腰之間就存在著小空隙，最后發展成裂縫。

2.1.2 設計

受到地形以及建設費用的考慮，山西省內幾條隧道在設計時不得不經過采空區，隧道在施工前對采空區進行了處治，但是受采空區無序的分布以及處治效果有限，為后期的隧道病害發展埋下了隱患。筆者曾經負責大同周邊的一座煤炭專用公路隧道的病害處治，受采空區的影響，隧道襯砌變形嚴重，裂縫最寬處有2 cm多，并且多處發生了錯臺，由于養護管理部門沒有及時處理，導致局部拱頂及邊墻發生了嚴重的襯砌掉塊。

2.1.3 地質因素

地質因素在隧道病害中不是很突出，但是也有特殊情況，在一些偏壓區域，受后期人為或者自然原因導致偏壓受力發生變化，加大了側向壓力，從而導致隧道的襯砌受力發生變化，產生襯砌開裂。

2.2 隧道襯砌滲水

隧道襯砌滲水的原因主要為施工原因。

2.2.1 施工原因

筆者參與了國內多座隧道建設，對隧道防水設施的安裝過程比較了解。目前國內隧道施工過程較為粗放，隧道重要施工環節管理不到位，這樣為后期病害埋下了隱患。施工過程的影響主要在以下兩個方面。

2.2.1.1 管理不到位

隧道防水設施安裝最容易出現問題的環節是防水板接縫處的焊接和襯砌接縫處止水帶的安裝。在這兩個薄弱環節施工時，施工單位的技術人員以及監理人員很少旁站，并且在防水設施安裝完成后，很少親自去檢查施工質量。筆者見過很多鋪設完成的防水板上，為了后續二次襯砌中環向鋼筋施工的方便，直接將固定鋼筋的鐵釘或者較細的鋼筋釘在防水板上，等于說在施工時防水板已經被破壞。有的施工隊在襯砌施工縫處不安裝止水帶。有的隧道中央排水溝在路面施工時，由于管理不善，中央檢查井兩側的排水管沒有封閉，混凝土直接流進了排水管，堵塞了整個中央排水管。最終導致隧道襯砌背后水無法排出。久而久之，導致襯砌水位升高，最終將要從施工最薄弱的區域滲水。

2.2.1.2 施工水平參差不齊

施工隊伍技術水平參差不齊，施工質量不過關，也為隧道的滲水埋下隱患。筆者在施工現場見到有的施工隊伍剛開始從事隧道防水施工，工人對施工工序較為陌生，造成了施工的隨意性。防水板的接縫處，多處存在氣泡，造成了后期水流的通道，這樣的例子舉不勝舉。

3 隧道病害處治

3.1 隧道裂縫

隧道出現裂縫時，不要急于處治。先進行變形監測，使用專業的監測儀器，例如裂縫檢測儀進行觀測。同時在隧道拱頂以及邊墻設置沉降觀測點（這種方案建議僅采用在黃土地區、隧道圍巖底部巖層破碎區域以及煤層采空區區域）。分為以下幾種情況進行處治。

a)襯砌裂縫不再發生變化時，對襯砌裂縫僅采取環氧樹脂結構劑進行封堵。

b)裂縫仍在發展，但發展較慢。建議繼續觀測，直到裂縫不再發展，且不影響行車安全的情況下，對裂縫僅采取環氧樹脂結構劑進行封堵。

c)裂縫發展速度較快，且將很快危及行車安全時，應立即進行病害處治。在隧道凈空允許的情況下，可在原襯砌套拱，即采用工字鋼＋鋼筋網進行加固，最后噴射混凝土。此時應加密工字鋼，采用保守設計，避免襯砌裂縫的再次出現。當隧道凈空有限時，此時應立即封閉隧道，拆除原來的襯砌（在拆除的過程中，兩側應做臨時支撐，且拆除的斷面不易過大），重新施做隧道襯砌，必要時在新襯砌內架設工字鋼。

3.2 隧道滲水

a)隧道滲水來至地表水時，處治方案為對地表進行疏通，用黏土做一層防水層，阻止地表水下沉進入隧道。

b)隧道滲水來至地下水時，當二次襯砌為素混凝土時處治方案為僅在洞內進行處治，即在隧道襯砌上布設排水管，同時對裂縫進行封堵。當二次襯砌為鋼筋混凝土時也僅在洞內進行處治，即對襯砌采用注漿封閉，再對裂縫進行封堵，最后在襯砌上布設排水管進行處治。當滲水十分嚴重時，在隧道凈空允許的情況下，可考慮重新布設防水設施。

c)隧道襯砌滲水為地表水和地下水的雙重作用,可采用以上兩種洞頂和洞內的處治方案綜合進行處治。

在進行隧道滲水處治前，必須做詳細的勘察，弄清地下水的源頭，這樣才能很有針對性地進行病害處治方案的設計。國內很多滲水隧道，由于病害勘察不夠詳盡，處治完成后，很短時間內又出現了滲水，這樣的處治不僅是對經濟的浪費，而且會對隧道的結構穩定性產生影響。在病害勘察時，勘察設計單位應多請一些水文地質專家現場進行指導，同時可采用一些檢測手段進行探測。

4 建議

4.1 對隧道設計的建議

易出現裂縫的建議：在隧道底部承載力不足的區域，應增加仰拱的厚度；在一些采空區區域，建議不僅要在隧道施工前進行采空區處治，在隧道施工過程中，在洞內對處治效果不好的區域進行二次處治。同時如果有必要，建議增加隧道的半徑長度，可在原來的基礎上增加30 cm，一旦隧道襯砌出現較大開裂，套拱為最有效的方案，在設計時做到未雨綢繆。目前很多公路隧道兩側的采空區還在開采，建議在設計時就根據相關技術規范，給出隧道的安全紅線，保證隧道的安全。

易出現隧道滲水嚴重的區域，建議增加環向排水管的數量，對灰巖區域建議增大環向排水管、縱向排水管以及橫向引水管的管徑，防止灰巖水垢堵塞水管。中央排水管的兩頭設計塑料管塞，防止施工過程中，路面的混凝土以及其他雜物通過中央檢查井進入中央排水管內，防止出現堵塞現象。

4.2 隧道施工管理的建議

再好的設計，沒有有效的監管，也將是一個豆腐渣工程，隧道施工管理至關重要。在隧道施工重要的環節，如襯砌的澆筑、防水設施的安裝等，施工單位技術主管以及監理工程師應負起責任，一旦發現質量問題，必須嚴懲。

5 結論

隧道設計時做到未雨綢繆，在施工過程中加強監管，那么隧道病害將會大面積地減少，這樣既能減少國家的經濟支出，又能保證人民的生命財產安全。