淺析公路隧道襯砌裂縫檢測和治理對策

覃慧

【摘 要】隧道工程屬于生命線工程，公路隧道開鑿的主要目的就是繞過巖石和水體障礙，實現公路交通的暢通，公路隧道在人們的日常生活中發揮著極為重要的作用。文章以某隧道工程為例，介紹了公路隧道施工過程，分析了襯砌裂縫產生的原因和公路隧道襯砌裂縫的常規檢測方法，并提出了公路隧道襯砌裂縫的治理對策。

【關鍵詞】公路隧道;襯砌裂縫;檢測;治理對策

【中圖分類號】U457.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）02-0110-03

1 工程概況

選取國內某省公路段作為本文的研究對象，首先對該省內的公路段進行分析，深挖路埑為該省內公路段的原設計方式，但是在削坡施工的過程中公路段上方山地出現滑坡、坍塌等事故，對于工程施工的安全造成嚴重的威脅。為此，該段公路暫停施工查明該段施工公路的工程地質條件，從而為公路隧道設計或路埑邊坡設計提供可靠的地質資料。經過對該段公路施工區域地質條件進行全面的分析后，將原設計施工方案改為隧道方案，設置隧道里程為K345-745+K345-980。該公路段隧道開裂主要發生在階段側墻和頂板位置，裂縫的寬度≥0.3 mm，裂縫的結構形態為中間較寬，延伸逐漸變細。

1.1 隧道工程支護結構

地下隧道工程所處的環境條件和地面道路橋梁工程建設截然不同，雖然地下隧道的修筑用途和修筑目的各有不同，但是公路隧道修筑的主要用途就是為交通運輸服務，公路隧道的修筑環境主要是各種類型的地質體結構，如巖石地質體、土體等，公路隧道的結構體系為“洞室”，如果從公路隧道的結構體系角度看，公路隧道結構體系的構成主要是地質體結構與支護結構。因此，公路隧道結構體系的形成需要通過一系列的施工并利用力學原理才能實現。

1.2 公路隧道施工設計的基本思路

公路隧道施工環節中原始的巖體或者地質結構通過開挖施工，會破壞原圍巖結構的平衡應力，而要想有效地控制巖體的變形發展，最直接的途徑就是利用巖體的承載能力及時地修筑支護結構。設計人員需要對支護結構的設計和支護結構效應進行評定和分析，結合本公路段隧道施工地質條件，在各種類型的支護結構中選擇最合適的支護結構，例如模筑混凝土襯砌、鋼支撐等;最后針對支護結構進行設計方案的確定，還要針對不同的支護結構和支護結構的年限選擇合適的結構材料及合理的施工技術，對支護結構參與的時間、圍巖壓力的時間效應等施工影響因素進行綜合分析[1]。公路隧道施工過程如圖1所示。

1.3 坑道開挖后的二次應力狀態

開挖坑道時，前后圍巖結構會處于兩種不同的應力狀態，前者屬于初應力狀態，后者處于二次應力狀態或者三次應力狀態，一般情況下在二次應力狀態和三次應力狀態發生的過程中存在較多的影響因素，例如巖體本身的構造、坑道開挖的形狀、開挖的尺寸等。目前，學術界針對于二次應力狀態和三次應力狀態的理論研究雖多，但大都以假定為前提，然后通過進一步分析去證實。綜合二次應力狀態的影響因素分析該狀態主要存在兩種情況：第一，坑道開挖后的圍巖依舊保持以往的彈性狀態，坑道的圍巖會存在微微的松弛，但不影響整個結構的穩定性;第二，坑道開挖后的應力狀態超過了圍巖結構的單軸抗壓強度，那么此時的坑道圍巖結構的狀態為塑性、松弛，極易發生塑性滑移或圍巖結構松弛損壞。

1.4 坑道開挖后的三次應力狀態

二次應力狀態下的圍巖結構若保持以往的彈性狀態一般不需要進行支護，而當圍巖結構呈塑性或松弛狀態時就需要進行支護。一般情況下，支護結構對圍巖結構的阻力效果取決于支護結構的大小和方向。實際上，支護阻力的存在能促使圍巖周邊的徑向應力得到提升，從而降低切向應力。在三次應力狀態中，圍巖結構周邊的應力狀態多為單相向雙向或雙向向三向轉變，所以圍巖結構的承載能力會隨著應力狀態的轉變而增強。

1.5 支護結構的類型

（1）防護型支護。防護型支護并沒有支護的作用，在實際應用的過程中并不能夠承受巖體的壓力，同時也不能夠組織巖體的壓力，而且防護性支護僅用于封閉巖面，其基本的作用就是防止坑道周圍巖體結構狀態進一步發生惡化;防護型支護的施工一般為噴漿、單獨錨桿。

（2）構造型支護。構造型支護主要是針對圍巖中局部大塊巖體掉落崩塌而采用的支護措施，構造性支護的相應參數并不能夠按照相應的標準計算而得，還應該結合公路隧道的施工需求和構造需求進行確定，噴混凝土、金屬網等為構造性支護的主要施工方式。

（3）承載型支護。在坑道支護中，承載型支護是主要的類型，承載型支護在實際的施工中主要是結合坑道圍巖的力學狀態進行材料的選擇和支護輕重型的確定。輕型到重型的承載型支護分別為木支護、鋼支護、錨桿金屬網支護、混凝土支護和噴混凝土支護、組合支護。其中，組合支護是結合坑道圍巖的結構需求和施工需求將上述不同承載功能的支護方式混合應用，以達到保證公路隧道順利施工的目的。

2 公路隧道襯砌裂縫發生的原因分析

綜合分析該段公路隧道裂縫發生的原因，首先隧道的階段側墻處多發裂縫且裂縫的形狀不一，結合施工過程和實際的裂縫大小，考慮與混凝土的配合比例存在直接的關系。通過具體的結構檢測發現，部分頂部的混凝土結構厚度未達到原設計的要求，當隧道結構承載受力時，隧道拱頂的空洞將會因非受力變形而誘發襯砌裂縫。同時，圍巖的二次應力和三次應力所承受的圍巖壓力較大，支護施工和抗滲施工等工藝問題也會導致圍巖局部應力、水壓力集中且過大，繼而引發公路隧道襯砌裂縫的發生[2]。圍巖承載能力的變化圖如圖2所示。

3 公路隧道襯砌裂縫的常規檢測方法

3.1 隧道襯砌裂縫常規檢測方法

隧道襯砌裂縫常規檢測方法（見表1）。

3.2 公路隧道襯砌裂縫無損檢測方法

（1）頻譜分析技術的應用。頻譜技術的原理和傳統的敲擊法原理大致相同，都是通過對原隧道結構進行敲擊判斷建筑是否有裂紋。但與傳統的敲擊法不同的是，頻譜分析技術的精確性和檢測效率更理想，并且不會在檢測的過程中二次傷害原隧道結構。頻譜檢測技術主要借助聲波在不同介質中的傳遞速度，通過對傳播速度的分析推斷檢測對象的實際情況。頻譜分析技術的準確率能夠作為一個可靠的依據，該技術需要在待測對象的表面施加一個垂直壓力，在路橋工程中通過垂直壓力的施加形成帶有頻率差異的瑞雷波面，工作人員需要在隧道結構上安裝多個傳感器，并分別對不同部位的檢測對象施加壓力，以達到對公路隧道結構裂痕的整體檢測需求。該技術在應用的過程中最重要的一點就是施加壓力的方向，一定要保證壓力是垂直方向的，否則檢測結果的準確性會受到一定程度的影響。該技術的優勢是檢測速度快、適用范圍廣，但是技術應用的前期需要施工人員做好傳感器安裝等準備。

（2）圖像技術的應用。圖像技術在隧道襯砌裂縫檢測中最常用的為紅外成像和激光全息成像。其中，紅外成像的主要原理就是利用分子構成物質，分子在變化的過程中會釋放出相應的熱量，所以不同結構的物質所釋放出的熱量會存在一定的差異。在道路橋梁工程質量檢測中，紅外成像技術就是對不同結構進行掃描，通過分析物質所釋放出的熱量來判定工程施工結構，所以紅外成像的應用主要是針對結構物質的形態進行辨別。工程施工人員可以利用相應的紅外檢測儀器分析隧道結構表面的溫度，明確隧道結構內部是否存在裂紋和破損問題。而激光全息成像技術的應用基礎就是對攝像結果的分析，工作人員利用相應的攝像設備儀器對特定區域范圍的隧道結構進行攝影，并對攝像所得到的全息圖像進行綜合性的分析，再利用相應的計算公式判斷公路隧道工程中存在的問題和缺陷。

（3）探地雷達檢測技術的應用。雷達波主要由設備自身的激振產生，工作人員利用相應的設備向待檢測區域發射電磁波，并通過電磁波的反射與接收獲取路面路基的采樣信號，同時將所獲得的采樣信號利用相應的軟件、硬件和圖文顯示系統進行轉換，并對檢測結果進行分析。在該技術中，雷達脈沖能夠在傳播的過程中發現檢測區域地下介質的差異，一部分的雷達脈沖會從檢測區域反射回來用作信息的接收，另一部分雷達脈沖則用以檢測區域介質信號的采集。探地雷達檢測技術能夠對檢測區域的缺陷深度、缺陷大小及缺陷形狀進行準確的判定，在工程檢測環節中，該技術具備操作便捷、檢測范圍廣的優勢，經常用于淺層和超淺層工程質量的檢測。

（4）超聲波技術的應用。超聲波技術在公路隧道工程中的應用主要是通過對特定區域結構發射超聲波，然后工作人員利用超聲波接收設備將所接收的參數與標準參數進行對比，從而達到對路橋建筑結構施工質量檢測的目的。與頻譜分析技術相同的是，超聲波技術因聲波接收環節的限制需要在相應距離裝置傳感器，工作人員可通過傳感器對聲波在隧道結構內的傳播速度和傳播時間進行確定。在超聲波技術的應用中，傳感器、聲波的發射、標準的參考參數和準確的計算是最關鍵的4個要素，該技術以聲波的方式實現對待測對象缺陷和問題的檢測，滿足無損檢測技術的需求，但是該技術具備一定的專業難度。

4 公路隧道襯砌裂縫的治理對策

4.1 排水系統的科學施工與管理

（1）設計圖紙的完善。設計圖紙的完善，需要設計人員結合施工項目的需求和設計標準，進行認真仔細的實地勘察后，再開展項目圖紙的繪制。在這一環節中，施工單位要加強實地勘察力度，主要勘察地質情況、重要管道線路情況等，此外應重視各部門人員的交流和協調配合。

（2）管道安裝質量管理。首先要保證管材的質量，保證接口材料的性能與配比規范，合理地選擇管道安裝施工工藝，利用鑿毛的處理方法進行接縫口的清理;其次要注意基礎表面的清理施工，管道安裝順序應從下游至上游且精確測定高程樣板的中心位置和具體的標高距離。下管的過程中，翼板應用大型吊裝設備，如遇特殊情況大型設備無法運作時，則采用人工壓繩的方式施工，并保證下管位置的準確性。

（3）回填工作。回填施工必須在管道測試合格填滿水的基礎上施工，不能將施工完成的排水管道長期暴露在空氣和陽光下，回填環節中要保證回填土質量，管道附近不能出現積水、淤泥及有機物質等，回填后壓力機碾壓速度應保持每小時不超過2 000 m。

4.2 施工管理及其裂縫處理

首先在混凝土配比過程中加入引氣型外加劑，以達到強化混凝土結構抗滲性能和提高混凝土結構密度的目標。其次對混凝土的水灰比例進行控制。一般情況下，水灰比在0.6以下為最佳。施工管理人員還應重視混凝土振搗質量和混凝土的接縫施工質量。最后要分析公路隧道襯砌裂縫的處理，針對襯砌空洞進行注漿處置，應用環氧樹脂對襯砌裂縫進行處理。重點分析襯砌裂縫處理施工工藝，工作人員應對裂紋進行標記，清除混凝土表面的水漬、雜物，選用細針工具向裂縫內注入配置好的環氧樹脂，待裂縫表面干燥后利用銼刀抹平鑿深，并在原裂縫處布置間距為20～40 cm的注漿嘴，一般情況下，每一個裂縫應該至少布置2個注漿嘴。

5 結語

在研究公路隧道襯砌裂縫的檢測方法與治理技術的環節中，重點在于檢測技術和檢測方法的應用、施工環節中混凝土施工技術的管理、裂縫的重新修復。襯砌裂縫是公路隧道施工中最為常見的施工問題，襯砌裂縫不僅影響了公路隧道的使用年限，而且會對交通的暢行和往來車輛的安全造成一定程度的威脅，所以做好公路隧道的檢測與治理，是延長公路隧道使用壽命、提高公路隧道安全性和穩定性的必要手段。

參 考 文 獻

[1]賴金星，吳啟勇，李寧軍.碳纖維布在公路隧道襯砌裂縫治理中的應用[J].建筑技術，2006（4）：35-37.

[2]潘洪科，楊林德，黃慷.公路隧道偏壓效應與襯砌裂縫的研究[J].巖石力學與工程學報，2005，24（18）：3311-

3315.

[3]卓益平.某隧道病害原因分析及整治加固技術[J].公路交通技術，2010（4）：114-116.