公路隧道襯砌裂損病害檢測與治理對策

陳林

摘要：文章針對襯砌裂損病害對公路隧道結構的危害，結合六寨至河池高速公路龍里二號隧道工程實例，介紹了公路隧道襯砌裂損病害的檢測方法，分析了隧道襯砌裂損的原因，并提出了相應的治理對策。

關鍵詞：公路;隧道;襯砌裂損;病害檢測;治理

0 引言

我國社會經濟發展過程中，基礎設施建設越來越完善，公路事業迅猛發展，已經成為世界上隧道里程和數量最多的國家。我國幅員遼闊，公路工程項目施工建設過程中，施工質量非常容易受到氣候和地質災害等因素影響。隧道建成運行過程中容易有不同形式病害出現，尤其以襯砌裂損和滲漏水等問題最為嚴重。必須要做好對公路隧道襯砌裂損病害的檢測，并給予針對性的處理措施，本文就此展開了研究分析。

1 隧道襯砌裂損病害簡述

當前我國公路隧道病害主要集中在襯砌等方面，比如襯砌變形、襯砌開裂、襯砌移動、襯砌內外腐蝕等。襯砌主要是維持隧道結構穩定性，不管何種形式病害，都會對隧道的穩定性造成嚴重影響和威脅，進而影響隧道使用可靠性和安全性。因此，想要使隧道使用安全性和可靠性得到保證，必須要提高對隧道襯砌裂損和腐蝕等病害形式檢測方面的重視程度，給予針對性的維修加固措施。隧道工程襯砌病害會產生非常嚴重的后果，尤其是襯砌裂損病害，不僅對隧道結構的穩定性和安全性有嚴重影響，還會對行駛安全造成威脅，增大隧道維護成本。因此，定期做好隧道襯砌的檢測，不僅可以實現對隧道病害的有效控制，同時還能夠最大限度降低隧道病害發生率。

2 工程概況

廣西六寨至河池高速公路龍里二號隧道位于黔桂兩省區交界處，全長422m，洞身凈寬9m，設計為整體式雙連拱隧道，是貴州都新高速公路進入廣西境內接六寨至河池高速公路的“省門”。該隧道自2009-07-11順利貫通，目前隧道使用年限已達11年，圍巖襯砌結構存在有較多裂縫，滲漏水情況嚴重，尤其在冬季路面結冰條件下對行車安全有嚴重影響，拱頂上方位置裂損情況最為嚴重，甚至出現掉塊。

3 隧道襯砌裂損病害檢測

對龍里二號隧道的襯砌裂損病害檢測采用簡易測量和觀察相結合的方法，然后將檢測出來的結果以三維圖形的方式在電腦上展現出來，根據其裂損的形態，分析其產生的原因。具體方法如下：

（1）襯砌變形。將釬釘設在變形部位，并懸掛錘球，對應埋設在隧道底部的固定點，以此實現對襯砌形變情況的觀測和計算。襯砌變形問題的出現與襯砌承載能力不足等有關，導致周邊巖體受到壓力作用發生變形，襯砌變形會產生一定的危害，也是襯砌開裂的主要影響因素。

（2）襯砌開裂。襯砌變形發展到最后就會造成襯砌開裂，襯砌開裂會出現裂縫和裂紋兩種形式，襯砌的開裂還會有錯臺、張裂、壓潰等表現。本工程對襯砌裂縫的檢測方法采用超聲波測量、鉆孔測量、尺子測量等，對一些具有較強延展性的裂縫，采用金屬板測標檢測。①可采取灰塊測標觀測法，在裂縫起始處以及最寬處等位置設置;②用釬釘測標觀測法，在裂縫兩側位置植入一般釬釘和L型釬釘，釘尖相交，通過釘尖相對位置變化實現對裂縫錯距和擴張程度的準確測量;③采用金屬板測標觀測法，在裂縫兩側固定兩個薄金屬板，一個劃有刻度，另一個劃零點，通過金屬板位置移動明確裂縫情況;④利用讀數顯微鏡以及聲波檢測儀等設備檢測裂縫的深度和寬度等參數;⑤利用敲打以及中鉆探檢測法等檢測襯砌背后密實性。經過對該隧道的檢測發現，在襯砌邊墻分布有縱向和斜向的裂縫，這些裂縫的形態為網狀，最長5m，最短0.8m左右。在襯砌拱壁部分地方的裂縫分布為斜向和環向，呈現出較強的分離性，比較嚴重的區域分布有網狀的深度裂縫。拱頂的裂縫大大超出拱腰的裂縫，這些裂縫的寬度在1～7mm之間，長度在0.8～12m之間。總的來看，裂縫的出現與彎曲受拉和偏心受拉等因素有關，會存在有明顯的裂紋和裂面正交等特點，在裂縫邊緣位置存在有明顯壓碎狀，中間厚度厚，四周厚度薄。

4 隧道襯砌裂損的原因分析和治理對策

4.1 原因分析

龍里二號隧道地處廣西喀斯特地貌資源分布區內，地質結構復雜，巖溶廣布。通過對襯砌裂損病害實地勘查、檢測及查閱工程相關資料，并結合工程地質、水文情況，總結出襯砌裂損的原因，主要包含有以下幾個方面：

（1）圍巖壓力受力不均。查閱地質勘查資料后，發現該隧道兩側襯砌裂損部位的外圍覆土厚度存在不均勻情況，從而產生偏壓，導致隧道兩側的襯砌結構承受不對稱的圍巖壓力，出現寬度較小的剪切裂縫等，存在有明顯錯臺等表現，仔細檢查可見滑移痕跡。在這種情況下，襯砌拱腰位置就會產生裂損。一般在覆土較深的襯砌拱腰部位發生變形最大，拱腰部位也是裂損分布數量最多的地方。

（2）襯砌背后局部存在空腔。隧道襯砌背后有空腔存在，會產生凸向圍巖一側的自由變形，同時空腔部位的襯砌裂損分布集中。空腔的大小是決定裂縫數量和深度的最直接因素，空腔的尺寸越大，襯砌發生變形的區域就越大，裂縫的數量和深度就越大。裂縫進一步發展過程中，會出現較為明顯的混凝土擠壓掉塊的現象。

（3）巖層基礎不均勻沉降。隧道巖層基礎不均勻沉降作用下，導致襯砌結構出現彎拉變形及扭曲變形，其應力超過混凝土抗拉強度極限，進而有彎張損裂出現。其破口位置表現出鋸齒狀，這種形式的裂縫由多條方向相似裂縫組成，呈斜向發展趨勢。

（4）在設計方面，隧道設計前，受到隧道周邊復雜地質條件等因素影響，為襯砌類型選擇和圍巖級別劃分造成較大難度，容易有襯砌結構與巖層荷載不一致等情況出現，從而出現裂損病害。實際上，隧道設計初期階段很難設計出絕對適合圍巖實際情況的設計方案，只能在施工過程中結合實際情況不斷優化和調整，這些設計方面問題的出現容易導致隧道襯砌強度下降，造成襯砌局部裂損現象。

（5）在施工管理方面，隧道在施工技術方面的要求相對較為嚴格，施工方法特殊，施工建設過程中容易受到多個方面因素干擾和影響，比如施工過程中存在有超欠挖、拱架支撐變形過大、過早拆除模板支撐等風險，使襯砌承受超容許的荷載，容易產生裂損。這些風險未能及時有效處理，則在襯砌厚度方面會出現一定的偏差。另外，拱背背后有局部空腔，如果圍巖出現變形，非常容易導致襯砌局部存在過大受力出現裂損，在圍巖未能穩定情況下展開襯砌施工，襯砌負荷會有明顯增大，進而造成損傷。

（6）侵蝕介質腐蝕。隧道所處環境地下空氣濕度大，同時空氣和水等介質中存在有酸堿鹽粒子，這些侵蝕性介質的存在非常容易造成襯砌腐蝕。比如氣態介質侵蝕等，導致混凝土逐漸發生碳化并造成鋼筋的銹蝕，最終發展為襯砌裂損。

（7）其他原因。受到地震、泥石流等災害因素影響，或者隧道運營過程中未能做好相關維護工作等，沒有及時發現存在的病害并采取有效預防措施，最終導致病害惡化。

4.2 治理對策

襯砌損裂病害的治理需要從損裂的寬度、長度、受力以及發展趨勢等方面綜合分析考慮，不同損裂區域采取針對性的處理措施，確保圍巖結構穩固，最大限度減少對原襯砌的擾動，使襯砌結構穩定性和整體性得到保證。現階段，常見的襯砌損裂病害治理對策主要有提高襯砌后背圍巖穩定性和補強襯砌本身強度兩種。而龍里二號隧道主要以提高襯砌后背圍巖穩定性進行處置。針對該隧道襯砌后背存在空腔和裂縫，且表面有水漬的現象，為了增強襯砌后背圍巖穩定性，本工程采用騎縫注漿法施工，取得了良好效果。其原理就是利用高壓注漿泵產生的壓力，將水性聚氨酯注漿材料通過止回針頭注入襯砌后背的空腔和裂縫中，使其從空隙間向四周擴散。由于水性聚氨酯材料有遇水快速膨脹的特性，當它遇水后會立即進行聚合反應，分散乳化或發泡膨脹硬化，并與砂石泥土固結成一種彈性固結體，使襯砌背后形成一個整體結構，起到提高襯砌后背圍巖穩定性和堵水的作用。同時，在相對封閉的注漿體系中，聚合反應放出的CO2氣體會產生較大的內壓力，推動漿液向疏松的孔隙、裂縫深入擴散，使空隙完全被漿液所填充，增強了堵水效果，漿液膨脹受到限制越大，所形成的固結體越緊密，使襯砌背圍巖穩定性和堵水能力越高，從而降低了襯砌裂損病害的發生概率。

5 結語

公路隧道襯砌裂損病害的出現不僅會使隧道的正常使用受到影響，同時在很大程度上會縮短隧道運營周期以及使用壽命，導致隧道使用人員的生命財產安全受到影響和威脅。針對公路隧道襯砌裂損病害，必須要明確問題出現的原因，做好各項檢測工作，結合實際情況采取針對性的處理措施，實現對裂損問題的有效解決和處理，最大限度降低隧道襯砌損裂的影響和危害，維持公路正常運行。

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