重慶某隧道病害調查分析與治理對策

林亮倫，杜清超，徐志武

(重慶市建筑科學研究院，重慶 400016)

0 引言

隨著重慶基礎設施建設規模的逐步擴大，隧道建設迅猛發展。研究表明，相當比例的已建隧道不同程度地存在著襯砌裂縫、滲漏水和襯砌背后空洞等問題。隧道病害影響隧道結構的正常使用，甚至威脅到隧道內的行車安全。隧道襯砌結構型式種類多，所穿越的地區地質條件復雜多變。因此，結合隧道施工情況、圍巖條件和現場隧道病害調查統計，分析隧道病害產生的原因，并在此基礎上提出相應的治理對策十分必要，具有現實作用和指導意義。

2005年，代高飛等考慮勘察、設計和施工因素，結合隧道應力分布和受載情況，分析隧道病害原因和整治措施[1]。2011年陳健蕾等針對貴州省46座隧道滲漏水情況的調查，分析滲漏水病害產生的原因[2]。2012年徐學深對浙江某隧道裂縫調查，提出表面涂抹法、鑿槽封縫法的裂縫處治方法[3]。

1 隧道病害調查統計

重慶某隧道長1645m，為單洞雙車道隧道。隧道橫穿銅鑼峽背斜形成的背斜山。隧道出口坡角22°～30°，斜坡表層為厚3～6m的崩坡積塊碎石土覆蓋，塊碎石土呈松散結構，其下伏巖體為侏羅系中下統自流井組泥巖夾薄層砂巖，為極軟巖，為Ⅴ級圍巖。隧道進口坡角13°～18°，斜坡表層覆蓋殘坡積土層，厚度2.4～2.8m，基巖為三疊系下統嘉陵江組三段薄-中層狀灰巖，為較堅硬巖，為Ⅴ級圍巖。洞身段以灰巖為主，局部夾砂巖及煤線，圍巖級別為Ⅳ～Ⅴ級。隧道結構按新奧法原理進行設計，為單洞雙車道隧道，采用復合式襯砌。

1.1裂縫統計

現場對裂縫形態、寬度和分布位置進行調查統計，統計結果如表1、表2和表3所示。隧道裂縫主要集中于洞身段K0+500～600，裂縫種類主要為環向裂縫和斜向裂縫，裂縫寬度大多數小于0.5mm，為微觀裂縫。

表1 裂縫形態統計表

表2 裂縫寬度統計表

1.2滲漏水統計

現場對滲漏水部位、位置、滲水量和滲透形態進行調查，調查統計結果如表4、表5和表6所示。隧道滲漏水病害主要分布于洞口段K1+500～616。滲漏水主要發生在隧道邊墻部位，滲漏水形態為浸濕，主要表現為施工縫滲水和裂縫滲水。

表3 裂縫位置統計表

表4 滲漏水形態統計表

表5 滲漏水部位統計表

表6 滲漏水位置統計表

1.3襯砌背后空洞統計

隧道拱頂、左右拱腰及左右邊墻部位布置5條縱向測線進行連續檢測襯砌背后脫空情況，檢測結果見表7和表8。襯砌背后空洞主要分布于拱頂部位，空洞位置主要分布于隧道的洞口段K1+200～600。

表7 襯砌背后空洞部位統計表

表8 襯砌背后空洞位置統計表

2 病害原因分析

2.1裂縫

各種形式的裂縫出現的原因各不相同[4-5]。根據裂縫發育部位、形態及寬度等參數，初步分析隧道襯砌開裂原因如下：

1）隧道縱向沉降。隧道穿越銅鑼峽背斜、巖溶和煤層不良地質。隧道在施工過程中，由于各種原因導致隧道地基持力層不均勻。在運營過程中隧道可能出現縱向不均勻沉降，導致襯砌出現環向裂縫。

2）施工原因。檢測過程中，發現隧道襯砌背后脫空等質量缺陷，隧道襯砌在荷載作用下可能在缺陷部位產生開裂現象。

3）襯砌應力集中。隧道加寬段、預留洞室等交叉部位，可能導致應力集中、襯砌開裂。

4）混凝土劣化。由于隧道排水、通風條件的限制，容易引起混凝土劣化。在荷載和溫度變化等作用下，容易造成劣化襯砌開裂。

5）荷載作用。隧道裂縫主要集中于洞身段K0+500～600，該段隧道埋深為53～134 m，圍巖為角礫巖夾白云巖、白云質灰巖，巖溶發育，以溶洞、溶蝕裂隙、溶孔為主，多充填粘土夾石塊。隧道施工和運營過程中，可能發生松動或變形現象，形成圍巖荷載，作用于襯砌結構上后，可能使襯砌結構開裂。該影響因素下襯砌結構易出現斜向及縱向裂縫。

2.2滲漏水

隧道洞身襯砌存在施工縫滲水和裂縫滲水現象，初步分析主要原因如下：

1）防排水系統未充分發揮作用。隧道周圍裂隙水的含鈣化學物質和混凝土析出物易造成隧道排水系統堵塞，防水板施工質量未完全達到設計目的，存在破損、漏焊或松脫部位，導致地下水通過防水板存在縫隙的部位進入二次襯砌背后。施工縫部位存在施工質量問題，防水效果不佳。

2）襯砌存在裂縫，且襯砌背后脫空。地下水進入防水板和二次襯砌間之后，通過襯砌上的貫通裂縫滲出。

隧道滲漏水病害主要分布于洞口段K1+500～616，隧道洞口為淺埋，上覆3～6m的崩坡積塊碎石土。施工過程中洞口邊坡曾出現垮塌，隧道上部用土回填，且未設置有效的截排水措施，造成地表降水于隧道頂部匯集。隧道襯砌水壓力大，引起滲漏水病害。

2.3二襯脫空

根據檢查報告脫空位置、長度，結合施工實際情況，初步分析二襯脫空主要原因如下：

1）二次襯砌脫空在拱頂，主要是因為封頂工藝控制未達到預期效果，及泵送混凝土的凝固收縮。

2）拱腰部位脫空是由于該部位局部平整度不滿足要求，防水板鋪掛沒有保留適當的松弛度，防水板未與初期支護緊貼，防水板緊繃導致個別部位二襯混凝土不能充分填充。

3）施工時二襯混凝土未振搗充分，混凝土供應量不足，又在混凝土未初凝前急于拆管，造成未自穩的混凝土掉落，形成漏斗或空洞。

4）隧道洞口段上覆回填土（圖1），回填土細顆粒伴隨滲漏水進入隧道洞內，造成隧道襯砌背后脫空。

圖1 隧道洞口上覆回填土

3 隧道病害治理對策

3.1裂縫治理

裂縫寬度為0.2～0.5mm，采用表面直接涂抹法處理，裂縫寬度大于0.5mm，采用鑿槽，填充環氧樹脂及環氧砂漿處理，裂縫寬度小于0.2mm，如若穩定且并未繼續發育，可不予處理。

鑿槽并填充環氧樹脂及環氧砂漿處理的施工步驟 （圖2、圖3）：

1）將待施工的混凝土表面及周圍清洗干凈。

圖2 鑿槽填充法示意圖

圖3 裂縫治理現場照片

2）沿裂縫方向開鑿6cm寬、5cm深的矩形槽。

3）在槽底充填10mm厚的環氧樹脂，再在環氧樹脂上填充上40mm厚的環氧砂漿。

3.2滲漏水治理

點滲漏處理采用瞬間堵漏劑和高效防水劑直接堵塞治理，并在出水點周圍不小于40cm的范圍內抹厚度1～2mm的水泥基滲透結晶性防水材料。面狀滲漏水處治采用直接涂抹法處治，抹面防水材料采用水泥基滲透結晶性防水材料。施工縫及環向縫滲水采用鑿槽埋管結合主動引流的方法治理。縱向及斜向縫滲水處治采用鑿槽埋管法進行處治(圖4，圖5）。

圖4 鑿槽埋管處治示意圖

圖5 鑿槽埋管處治現場照片

線滲漏水處治的施工步驟為：

1）將待施工的混凝土表面及周圍清洗干凈；

2）沿滲水部位水平方向左右兩側各50 cm開一外寬8cm內寬10cm、深5cm的梯形槽，將A50mm的半管嵌入槽中；

3）沿滲水點向下開一外寬8cm內寬10cm、5cm深的梯形槽，直至電纜槽底部，將A50mm的半管嵌入槽中，并引到縱向排水暗溝中；

4）用環氧樹脂填實半管周圍；

5）梯形槽其余空間用環氧砂漿充填實。

3.3襯砌背后脫空治理

二襯脫空處治采用二襯背后注漿法。注漿管采用鋼管，管徑42 mm，間距2m；拱頂脫空范圍內梅花形布置注漿孔，也可根據空洞分布情況沿空洞周邊設置；出氣孔鋼管應盡量頂至空洞最高貼近防水板處，防止空洞未充分注漿而出氣孔已出漿的情況發生。注漿孔深度根據隧道襯砌厚度、空洞范圍綜合確定。

空洞注漿壓力以不影響隧道襯砌及排水系統為原則，結合壓漿材料和施工方法，合理確定注漿壓力，具體宜控制在0.5～1.0MPa，并應控制壓漿影響范圍；有空洞有水的情況下，應先設置排水孔排水完全后，然后再進行壓注。注漿順序應從低處孔向高處孔進行。

4 結論

通過對重慶某隧道的病害全面調查統計、分析病害產生的原因以及治理對策，得出以下結論：

1）對隧道裂縫、滲漏水和襯砌背后空洞病害進行統計，隧道裂縫主要分布于洞身段，以環向裂縫為主，多數裂縫寬度小于0.5mm；隧道滲漏水和襯砌背后空洞病害主要分布于洞口段。

2）根據隧道病害的分布規律，結合施工過程和現場調查，綜合分析得出隧道病害產生的原因。

3）針對隧道裂縫、滲漏水以及襯砌背后脫空病害分布規律和產生的原因，提出了相應有針對性的治理對策。