隧道結構的常見病害及整治措施

蔡晶晶

摘要：在地鐵運行過程中，隧道結構病害對隧道的結構安全及地鐵正常運營有較大威脅，一旦出現病害，要及時分析其原因，采用合理的施工工藝進行處理，防止病害進一步發展，才能保證地鐵運營的安全。地鐵隧道中常見的病害一般是由材料缺陷、前期施工質量問題、疲勞折舊及人為因素等原因造成，而應對不同程度的故障病害，都應做到嚴把施工建設過程中的材料和質量關，并應長期定期的保養和檢查，通過合理指引減少人為因素損壞，才能減少病害故障，做到預防為主，防治結合。

關鍵詞：隧道結構；病害分析；病害整治

地鐵隧道是城市交通隧道的主要類型，自1965年北京地鐵一期工程開工至今已有近50年。隨著隧道設計理念、施工技術和檢測水平的不斷進步，地鐵隧道工程建設質量愈來愈高，更多城市也開始修建地鐵隧道。但是在我國早期建成的一些地鐵隧道，由于當時設計、施工等各方面原因，在其修建時期受到科技水平的限制，目前這些隧道結構已出現不同程度的破損。滲漏、混凝土劣化和鋼筋的腐蝕等病害很大程度的降低了隧道結構的安全可靠度，威脅到地鐵的安全運營。在我國，運營期在10年左右的隧道基本都進入到整治修復階段。

一、隧道工程常見病害

地鐵隧道按施工方法可分為明挖隧道、暗挖隧道、盾構隧道、沉管隧道。這些隧道結構常見病害有：隧道結構滲漏水、混凝土病害等。文章對此進行具體分析。

二、隧道結構滲漏水

隧道結構滲漏水是隧道中最常見的病害之一，滲漏水會增加空氣中的潮氣，容易使金屬構件生銹，結構滲漏水也容易導致帶電設備短路，影響行車安全，現對不同隧道類型滲漏水原因進行分析。

（一）明挖隧道結構滲漏水

明挖法隧道是指地下結構工程施工時，從地面向下分層、分段依次開挖，直至達到結構要求的尺寸和高程，然后在基坑中進行主體結構施工和防水作業，最后回填恢復地面而成的隧道。明挖法施工由于工法簡單，施工方便，一般出現病害較少。明挖隧道結構滲漏水是比較常見的結構病害，若不及時處理病害還會進一步發展，影響隧道使用壽命及隧道內的設備。明挖隧道滲漏水的原因大致有以下幾種。

1、結構外防水層破損。明挖隧道結構外層設置有一層防水層，將水封堵在結構之外，但在實際施工過程中會由于下列原因可會造成防水層破損：

①防水層質量不良，或防水層在施工工程中出現破損；

②防水層鋪設時與結構外基面不密貼，防水性能降低；

③防水層搭接處施工不嚴密，搭接質量不良；

④防水層老化腐蝕出現破損，在地下水壓作用下，地下水通過混凝土空隙滲入到隧道，出現滲漏現象。

2、裂縫。地鐵區間裂縫分為規范裂縫和非規范裂縫，前者指設計施工中的變形縫、施工縫等，后者則指因某種原因造成的對結構有害的受力裂縫或工藝裂縫，裂縫的存在是形成滲漏的主要原因之一。

首先，施工縫滲漏。施工縫指的是在混凝土澆筑過程中，因設計要求或施工需要分段澆筑，而在先、后澆筑的混凝土之間所形成的接縫。施工縫出現滲漏的原因：

①澆筑時，接縫處施工不嚴密，表面未清理干凈，混凝土搗鼓不密實，在縫處出現薄弱點；②施工時，未對施工縫中止水帶做保護，或在施工澆筑時被破壞或鋪設不順直；

③止水帶老化，失去防水作用。

其次，變形縫滲漏。變形縫往往是隧道結構滲漏水易發位置，變形縫出現滲漏的原因：①施工時，變形縫中鑲嵌的止水帶不易固定，澆筑中產生位移，降低止水效果；

②止水帶埋設位置偏移，當結構混凝土收縮時，因其變形能力差，被撕裂而失去防水功能；③止水帶老化，失去防水作用。

最后，隧道結構裂縫。隧道結構裂縫也易引發結構滲漏，結構中的裂縫往往容易發展成地下水滲入的通道，隧道結構產生裂縫的原因：

①混凝土收縮形成裂縫；

②混凝土施工質量不良、搗鼓不密實；

③混凝土養護不到位；

④混凝土振搗不當、局部澆筑速度過快、澆筑間歇等因素也容易導致混凝土結構開裂。

（二） 暗挖隧道結構滲漏水

暗挖法隧道是在地下環境中施工而成，主要用鉆眼爆破或切割巖石方法開挖斷面而修筑隧道。其施工過程相對復雜，對施工工藝要求較高，所以也往往容易發生各種病害。導致暗挖隧道滲漏水的原因有很多，主要分為施工質量不良導致和防水層破壞。

1、混凝土施工質量不良。暗挖隧道處于復雜的地下環境中，加上施工時爆破切割等工藝會導致隧道周圍部分圍巖形成圍松動區，產生較多裂隙，導致隧道處于較大地下水壓力作用下，若施工質量不良，操作不細致，很容易導致隧道發生滲漏。施工質量不良的情況有以下幾種：

①混凝土施工時振搗不嚴密，導致不密實；

②拆模時間過早；

③養護不符合要求或養護時間不夠；

④細部操作不細致，尤其是在施工縫變形縫等隧道防水較薄弱的位置，混凝土施工不能使施工縫中的止水條破損。

2、防水層破損。暗挖隧道防水層設置在初襯與二襯之間，防水層是暗挖隧道中一道重要的防水防線，防水層破損的情況有：

①采用鐵釘等固定物將防水層固定在基面上時，未對空洞做防水處理；

②對防水層保護不夠，施工時存在扎破或損壞現象，在二襯施工前未對其進行修復；

③防水層與混凝土粘接不牢固。

（三）盾構隧道結構滲漏水

盾構隧道的防水設計與防水方法包括結構自防水和其他附屬設施，如管片外防水涂層及管片接縫防水等，盾構隧道容易發生滲漏的位置常為管片的接縫、管片的自身裂縫、注漿孔及鎖孔等。

1、盾構管片破損。盾構隧道是由盾構管片拼裝而成，盾構管片出現裂縫、

氣孔、破損等會直接導致隧道結構防水能力降低，盾構管片質量不良的原因有：

①管片在制作時或養護過程中出現砂眼、氣孔、龜縮裂紋、溫度應力裂紋等；

②在運輸、拼裝或推進過程中受擠壓、碰撞，破損。

2、盾構管片拼縫處理不良。盾構隧道中，管片拼縫處理不良，容易導致滲漏，管片拼縫處理不良大致以下情況：

①拼縫內止水條粘貼不牢，遇水膨脹，止水條過早浸水膨脹止水效果降低，拼裝過程中擠（壓）破止水條或止水條間夾雜異物；

②管片縫隙之間有渣土造成管片之間擠壓不密實，從而產生滲水現象；

③管片拼裝質量差，管片錯臺過大造成管片止水條失效，產生管片縫隙之間漏水。

3、管片后注漿補不充分。管片壁后注漿不充分、同步注漿效果不好，漿液注入管片后，很快被水稀釋，沒有起到及時固定管片的作用，二次補注漿沒有將管片背后的空隙完全填充。

4、注漿孔處理不良。注漿孔處理不良主要有幾點：

①注漿孔在同步注漿和補壓漿結束后，無法清理干凈、吊裝孔悶頭（形式為多紋牙寬絲口）擰不緊造成注漿孔滲水；

②管片注漿后，吊裝孔封孔施工質量差；

③注漿孔內未加防水墊圈。

（四）隧道結構漏水處理

隧道結構滲水主要為點漏、面漏、施工縫滲漏、變形縫滲漏等。隧道結構滲漏水處理原則為以堵為主、以排為輔助，不同滲漏采用不同的方法進行處理。點漏處理是指在滲漏點或裂縫中心位置用沖擊鉆深約 5cm 的空洞，用水對孔進行清洗，再埋設注漿管，注漿管離孔底保留有一定間隙，再用快干水泥對注漿管進行固定，最后注入化學漿液，對孔洞及裂縫進行封堵。

面漏由點漏密集而成，處理時先將漏水面鑿深約 3cm，用水對開鑿面進行清洗后涂刷環氧砂漿材料，基面干燥后涂刷聚氨酯涂料，最后用防水砂漿封閉。結構裂縫及施工縫施工流程大致相似，注漿鉆孔 - 開鑿 V 型槽或 U 型槽 -清理基面 - 沖洗注漿孔 - 插入注漿管-快干水泥封面 - 注入化學漿液 - 封閉注漿管 - 基面恢復，注漿完成一段時間后觀察是否還有滲漏，若有須返工處理，直至不再滲漏為止。

1、變形縫漏水的施工處理大致可分為以下步驟：

①剔槽：沿變形縫剔槽，清除原槽體內的老化的填充材料，并在槽體內兩邊各擴寬擴深，要求槽體平整；

②壓漿：先壓注水泥砂漿，再壓注化學漿（水溶性聚氨脂漿液或環氧樹脂），注漿做到變形縫干燥無水；

③清槽：將槽體內的殘漿清理干凈；

2、管片縫滲漏水處理：

①用鋼絲刷清出環縫及縱縫縫內的浮泥、泥垢；

②查清滲漏的部位，在滲漏部位的兩端鉆終止孔，孔深至管片密封橡膠條；

③對拼縫按 35cm 的距離布注漿孔，并插入 8mm的鋁管，鋁管埋入深度 20cm，采用氯丁膠乳聚合物水泥砂漿封縫嵌縫埋管；

④注入改性環氧化學灌漿液，依次注漿，注漿壓力0.4 ～ 0.5MPa，達到壓力后閉管待凝；⑤待凝結后拆除鋁管做縫面修飾處理，以確保管片結構的質量和外觀要求。

三、混凝土病害

（一）隧道混凝土常見的病害

隧道混凝土常見的病害有：裂縫、蜂窩、麻面、掉塊等，這些病害會降低混凝土結構的強度及穩定性，影響隧道使用壽命，是行車安全較大的隱患，現對這些常見病害形成原因進行分析。

1、混凝土構件裂縫成因大致有如下幾種：

①各類變形引起，如由溫度升降導致的體積收縮和膨脹、混凝土干縮變化引起的裂縫；

②荷載作業用下引起，由地基不均勻沉降引起的裂縫、由于地震等外力作用引起的裂縫；

③混凝土結構養護不到位或發生有害的化學變化引起。

2、麻面是指混凝土表面呈現出無數綠豆般大小的不規則小凹點，形成的原因大致有以下幾種：

①混凝土攪拌時間短，加水量不準，混凝土和易性差，混凝土澆筑后有的地方砂漿少石子多，形成蜂窩麻面；

②混凝土入模后振搗質量差或漏振，造成蜂窩麻面新拌混凝土入模后；

③停留時間過長，振搗時已有部分凝固；

④澆筑前沒有在模板上撒水濕潤，或濕潤不足，混凝土的水分被模板吸去或模板；

⑤拼縫漏漿，靠近拼縫的構件表面漿少；

⑥模板表面未清理干凈，附有水泥漿渣等雜物。

3、蜂窩是指混凝土表面無水泥漿，骨料間有空隙存在，形成數量或多或少的窟窿，形狀不規則、大小如蜂窩，露出石子深度大于 5mm，深度不漏主筋，可能漏箍筋的現象，導致形成蜂窩原因有如下幾種：

①模板漏漿，加上振搗過度，跑漿嚴重；

②混凝土坍落度偏小，加上欠振或漏振形成；

③混凝土澆筑方法不當；

④混凝土攪拌與振搗不足，使混凝土不均勻，不密實，造成局部砂漿過少。

4、隧道結構掉塊是混凝土表面粘結力不強，在長期風化或震動下導致混凝土表面水泥塊掉落現象。導致掉塊的原因有：

①混凝土質量不良，含有雜質，泥塊；

②混凝土和易性較差，形成封層離析現象；

③混凝土振搗不足；

④混凝土碳化，鋼筋銹蝕。

（二）隧道混凝土常見病害處理

1、裂縫修補。根據裂縫的位置及展開寬度，在確保提高混凝土整體性和強度的前提下，對裂縫進行灌漿修補。處理方法有：

①表面處理法：對于區間邊墻上或整體道床上的細微裂縫，用鋼絲刷、棉紗等清除表面的灰塵、白灰、浮渣及松散層等，然后用水擦洗干凈并保持干燥；

②開槽封堵法：對于區間邊墻上或整體道床上的較寬的裂縫，應沿裂縫用鋼釬手工鑿成 V 型槽，其大小根據裂縫寬度和深度現場確定。鑿槽時先將原狀縫明確標出，然后以原狀縫為中線鑿槽，向兩側加寬，鑿完后用鋼刷及棉紗將混凝土碎屑、粉塵洗凈，再用環氧砂漿封閉；

③注漿法：為滿足使用要求，當裂縫較淺細且數量較多時，宜用環氧樹脂漿液或水泥漿液進行表面封閉。

2、麻面修補。將出現麻面的混凝土表面用鋼絲刷沖刷，再用水泥砂漿或環氧水泥砂漿抹面壓光，修補完后適時澆水養護。

3、蜂窩修補。對于較淺的區域，剔鑿松散蜂窩后，用水沖洗，除去表面浮灰，采用高標號水泥砂漿或環氧水泥砂漿修補表面，并灑水養護；對于較深的蜂窩，現將松散的石子鑿除，沖洗后用比原標號高一級的細石混凝土填補，使其強度達到要求。

4、破損、掉塊處理。敲除掉塊、破損處附近松散的混凝土，用水對基面進行沖洗，用環氧砂漿進行修補，表面進行壓實。若結構表面出現大面積破損，影響到結構承載能力，還需進行結構加固處理，如錨桿支護、設置鋼板加固等。

四、結束語

在地鐵運營過程中，隧道結構會隨著時間的推移而出現各種病害，其中典型的包括：結構滴水滲水、混凝土裂縫、剝落、掉塊等病害，且此類病害一般具有發生時間短、影響程度大、修復時間長等特點，尤其是在運營期間出現。上文根據工作期間的實踐以及查閱相關資料對地鐵運營隧道典型病害進行闡述及分析，重點對隧道中典型病害的成因及處理方法進行論述，做了相關歸納總結，提出思考，對以后的運營隧道病害整治工作提供一些參考。

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（作者單位：南京地鐵運營有限責任公司工務分公司）