隧道襯砌背后空洞成因探究

周 宇 陳良銳

（重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074）

1 研究背景

這幾年以來，中國一直致力于加大交通基礎設施建設的規模，高速公路的發展得到了有效增強，為改善西部山地的線路類型和減少縱坡，以確保安全、舒適與駕駛速度，公路隧道的數量和總里程呈現出逐年上漲的大趨勢。據交通部發布的《2016年交通行業發展統計公報》可以知道，到2016年為止，全國的公路總里程為469.63萬公里，跟上一年相比增加了11.90萬公里。全國的公路隧道有15181處、1403.97萬米，跟上一年相比增加了1175處、135.58萬米，在這當中特長隧道有815處、362.27萬米，長隧道有3520處、604.55萬米。根據國內外調查研究可以知道，很大一部分的公路隧道襯砌背后都有空洞病害等現象，它的存在對隧道內行車的安全、交通運營有著不小影響。隧道襯砌背后的空洞如果在發現的第一時間不對它進行加固等處理會造成襯砌結構進一步破壞，從財力方面來說是極大的浪費，又會對社會產生不好的影響。

2 空洞病害特點

2.1 空洞出現的因素多種多樣。

自然和人為等多方面因素不斷作用于襯砌結構所導致產生襯砌裂損。占主導作用的自然和人為因素不同時，隧道襯砌空洞破壞類型和外觀特點也一定相同，而且在實際工程中主導因素往往不止一種。

2.2 成因不確定。

由于隧道深埋于圍巖當中生存環境往往是不清楚的，不同類型襯砌破壞的外觀表現形式可能大同小異，但是造成襯砌背后出現空洞的原因可能完全不同。隧道襯砌空洞破壞特征與病害成因之間并不是我們想象的相對應的關系。另一方面，在自然和人為多種不利因素相互影響下，不同因素對空洞影響的程度難以量化，導致病害的主導因素不好辨別，找不出空洞形成的真正原因。

2.3 空洞引起的襯砌破壞具有發展性。

由于空洞導致襯砌出現裂縫時，如果不及時對出現的裂縫進行整治處理，那么在各種因素的共同作用下會加速襯砌結構的劣化，承載能力會快速喪失，造成隧道功能不能滿足運營條件。最常見的有襯砌出現裂縫，地下水沿裂縫從圍巖滲漏到二襯里面，造成襯砌結構混凝土出現碳化，鋼筋遇水的銹蝕等材料和結構劣化的產生，從而更加有利于隧道破壞，導致隧道還沒有達到設計基準期就要進行大修。可以了解到襯砌破壞時要特別注意它的發展性，一旦發現及時展開工作對其進行檢測、加固以及日常的維護保養，避免病害進一步擴大影響到人民群眾的日常生產生活。空洞病害的形成有三種情況：第一種情況是在施工時產生的空洞沒有及時發現并得到治理，所以繼續發展擴大；第二種情況是現目前表現出暫時穩定或者經過處理的空洞受到外界擾動有了新的變化；第三種情況是完好的襯砌混凝土后產生了新的空洞。他們的成因多種多樣大都跟下文所述原因有關系。

3 襯砌背后空洞出現原因

3.1 混凝土收縮

由于受溫度應力、干燥收縮影響造成的空洞大多發生在橫斷面方向。另外，隨著時間的推移，有時在縱向也會發生。溫度應力的產生時間大致在混凝土澆注結束后7天左右，干燥收縮大致在混凝土澆注以后10天產生。總的來說，這兩種因素產生的空洞大都出現在混凝土澆筑初期并且產生的空洞較小，同時與混凝土施工條件有關。

3.2 混凝土澆筑期間技術不當

混凝土泵將二襯所需要的混凝土壓入建筑模板時，由于輸送泵壓力達不到設計要求會導致模板內流動混凝土壓力不足造成模板不能被充分灌注，特別是對于離泵送孔較遠的部位。輸送泵是液態混凝土流動的動力來源，阻力來源有輸送管的摩阻力、混凝土上升過程中勢能的損失和模板及鋼筋對混凝土的阻礙作用。

3.3 采用的地壓理論及計算方法不符合實際

對于老隧道來說在設計時采用的是以前的普氏地壓公式，在現階段的隧道設計中采用的是規范里面的地層壓力計算公式，這兩種不同的計算公式都是依據拱形地壓理論為基礎。圍巖種類只要一明確，地壓大小也隨之明確，這是不夠完善的。在特殊的地質、巖性、和地下水破壞作用明顯的圍巖情況下，比如常見的膨脹性圍巖、凍脹性圍巖以及進水后可能軟化、浸析崩解的巖層，它們要是用拱形理論來計算地層壓力大小、分布和增長規律都是有所欠缺的。

4 結束語

本文對隧道襯砌結構背后空洞的成因研究方法主要集中在成因分析基礎上，為隧道空洞病害方面做了最基本的一些探究，在今后我們需要更深入的研究。除了對空洞病害進行分析之外還要對實際工程中的常見病害，如厚度不足、裂縫、材料劣化等進行研究。本文的不足之處是沒有工程實際進行依托并針對空洞病害進行有限元仿真，這也是今后進一步完善的方向。

[1]關寶樹．隧道工程維修管理要點集[M]，人民交通出版社，2004，北京

[2]吉林鐵路局工務處．鐵路工務技術手冊(隧道) [M]，人民鐵道出版社，1980，北京