某公路運營隧道結構病害檢測及安全分析

習小華 鄧明偉

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.026

摘 要：運用無損探測技術如探地雷達法、極坐標法、回彈法等和常規探測技術對某公路隧道出現的病害進行了詳細的調查、檢測，確定了各類病害的分布特征及部位。運用荷載結構法對該隧道二襯病害的典型斷面進行了結構安全性分析。分析結果表明，隧道結構病害斷面的安全系數小于規范值，不安全；隧道拱頂的安全系數最小。

關鍵詞：隧道 病害 檢測 安全分析

中圖分類號：U457 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（b）-0026-02

隧道的主體是人工地下結構，長期處于天然介質的環境中，由于受設計水平、施工質量、材料老化以及賦存環境等影響，隧道在運營過程中，不可避免地會出現如滲漏水、襯砌裂損、斷面變形、隧道路面開裂等病害。這些病害和對隧道的安全、健康、正常運營有重要影響和威脅[1，2]。因此，在隧道的運營過程中需要對隧道病害情況進行檢測，了解病害的類型及其分布情況，進而對隧道結構安全性進行分析，以便掌握隧道結構安全狀況，為隧道病害處治提供依據[3，4]。

1 工程概況

某公路隧道位于萍鄉市境內，全長440 m，進出口為翼墻式洞口形式。隧道內平面為直線，縱面設置了2.9%的縱坡，為單心圓拱曲墻襯砌。隧道穿越的圍巖主要為中厚層千枚狀粉砂巖、細砂巖、泥灰巖，距出洞口190～200 m范圍內巖層破碎、地下水較多。該隧道建成通車已經10余年，出現了襯砌滲水、裂縫、路面開裂等病害。該文運用無損檢測技術和常規檢測技術對某公路隧道的各類病害進行詳細的調查、檢測，并計算了其結構的安全系數，對隧道結構病害的安全性能進行了分析。

2 檢測結果

采用無損檢測技術如探地雷達法、極坐標法等以及常規檢測技術對公路運營隧道的病害情況進行了檢測，具體檢測結果如下。

2.1 探地雷達檢測

（1）二襯混凝土厚度，二襯混凝土檢測部位實測厚度與設計厚度差值為-4.7 cm（-表示小于設計值）～+3.5 cm（+表示高于設計值），厚度比較均勻。厚度不足的地段主要拱頂附近，其主要原因隧道圍巖欠挖或初期支護厚度不夠；超厚的地段主要分布在拱腳附近，其主要原因隧道圍巖超挖。（2）二襯混凝土膠結情況，探地雷達檢測結果表明，6處襯砌混凝土背后存在空洞，主要分布在拱頂；18處襯砌混凝土不密實，主要分布在邊墻；其主要原因振搗不均勻、不夠密實或振搗壓力不夠。

2.2 隧道斷面檢測

該隧道11個斷面輪廓線檢測結果表明，隧道實際內輪廓線與設計輪廓線基本一致，部分斷面內輪廓線在拱腰附近侵入設計內輪廓 ，但均未侵入建筑限界。

2.3 襯砌混凝土強度檢測

采用回彈法對隧道襯砌混凝土抗壓強度進行了檢測，共檢測了9個斷面，9個斷面的混凝土混凝土抗壓強度的推定值均大于設計值。

2.4 襯砌裂縫檢測

該次檢測共發現隧道襯砌裂縫19條，其中14條環向裂縫，3條縱向裂縫，1條斜向裂縫。環向裂縫主要分布在側墻與拱腳范圍，長約0.80～5.00 m，寬約0.20～0.40 mm，以小裂縫為主，深約44～185 mm。縱向裂縫主要分布拱腰附近，長約3.00～5.00 m，寬約0.16～0.30 mm，以小裂縫為主，深約76～1 113 mm。

2.5 襯砌滲漏水檢測

該次檢測發現53處隧道襯砌滲漏水，其中30處施工縫滲水、12處裂縫滲水、4處點滲，14處面滲，以施工縫滲漏水為主，水量較少。

各段的病害情況見表1。

3 結構安全分析

3.1 計算方法及原則

目前，公路隧道的結構設計計算方法，按襯砌與地層相互作用方式的不同，分為荷載結構法和地層結構法。《公路隧道設計規范》JTG D70-2004中規定，深埋隧道中的整體式襯砌、淺埋隧道中的整體或復合式襯砌及明洞襯砌等應采用荷載結構法計算。深埋隧道中復合式襯砌的二次襯砌也可采用荷載結構法計算。

根據隧道的工程特點以及結合《公路隧道設計規范》JTG D70-2004中的相關規定，采用荷載結構法對隧道二次襯砌的內力進行計算，對結構安全性進行評價。針對裂縫及二襯厚度不足厚度，根據實際厚度與設計厚度比，進行剛度折減計算出實際襯砌材料參數；未配筋斷面，按照素混凝土進行驗算；配筋斷面按照實際配筋面積進行驗算。

3.2 斷面的選取及計算參數

該隧道圍巖級別主要有Ⅲ級（K0+096～K0+381）、Ⅳ級（K0+044～K0+096）、Ⅴ級（K0+000～K0+044、K0+381～K0+440）。結合現場調查及質量檢測結果，選取了3個典型斷面即K0+210、K0+335、K0+375、K0+435進行安全分析，以K0+435斷面安全系數計算為例進行說明。

K0+381～K0+440段范圍圍巖級別為V級，襯砌類型為V級圍巖襯砌，二襯配有鋼筋，強度滿足設計要求。該段隧道二襯在頂拱、拱腰以及墻腳部位分布有若干豎向和縱向裂縫，寬度在0.16～0.3 mm，深度在63～94 mm之間，大多集中于邊墻部位。K0+435斷面的右側墻處存在1.6 m的裂縫，寬0.3 mm，深度94 mm。其計算參數見表2～表4。

3.3 計算結果

K0+435斷面的計算結果見圖1、圖2，依據圖1及圖2的計算結果可以計算出不同部位的安全系數，拱頂的安全系數最小，處于不穩定狀態，需要進行加固處治。

4 結語

在隧道的運營過程中，由于受到施工質量水平、設計能力、地質環境、運行車輛等的影響，不可避免地會產生襯砌裂縫、滲漏水、襯砌混凝土劣化等病害。因此，在隧道運營過程經常采用無損檢測技術和常規檢測技術對隧道病害進行檢測，確定隧道病害的分布特征及相關參數，進而對隧道結構的安全性進行分析，為隧道的維修、養護及加固處治設計提供依據。

參考文獻

[1] 王春景.運營公路隧道結構病害安全性評估及綜合處治技術研究[D].中南大學，2010.

[2] 代高飛，竇慶峰.某公路隧道健康狀態診斷研究[J].采礦與安全工程學報，2007，24（1）：65-69.

[3] 王芳其，劉永華，王連成.重慶八一隧道病害檢測與整治[J].公路交通技術，2008，4（2）：112-116.

[4] 胡偉，曾雄鷹.老木峪隧道病害檢測分析評估[J].企業技術開發，2008，27（3）：26-29.