隧道病害及其防治措施分析

牛銀富

摘要：隧道災害對隧道工程和運營有很大影響。隧道施工時的泉水運營期間的浸水、腐蝕性環境的侵蝕，在使用過程中由于各種各樣的原因導致臺地的開裂、凍害等影響隧道的正常使用和安全運營。為此分析了國內外隧道水災和侵蝕的研究成果，從災害形成機制、預防方法、加強對策等方面總結并總結了隧道災害。

關鍵詞：隧道病害;防治措施分析

1隧道工程病害

隧道工程在提供交通便利的同時，還存在隧道水災、臺座斷裂等安全隱患。隧道健康問題的主要影響因素是隧道底座漏水、隧道底座裂縫、隧道底座變形、隧道底座剝落等病害。通過國內某地區盾構隧道病害分類、原因及處理措施發現，隧道滲漏水和裂縫是隧道病害的兩大主要原因是，根據位置的不同，病害的原因和處理方法有很大的不同，有時多個病害的共同作用會使隧道病害的原因更加復雜。目前，我國處于基礎建設快速發展時期，在快速建設隧道的同時，如何在隧道設計、施工和運營期間提高隧道抗病害的能力十分重要。此外，隨著隧道建設拓展，如何在海洋環境和寒冷環境等惡劣環境中保障隧道安全使用也是需要迫切解決的問題。為此，國內外學者采用理論分析、現場實際檢測調查數據、室內試驗和數值模擬等方法對隧道災害的成因、分布規律及機理進行了大量研究。

2 隧道水災害

2.1隧道水災害的原因及影響隧道水災害主要分為施工時的涌水災害和運營時的滲漏水災害，其中以隧道營運過程中滲漏水最為常見。為此，國內外學者對水災害的原因和影響進行了深入研究。張學富等研究了昆侖山隧道的實測數據，分析隧道在不同時期的滲漏水情況，提出了水災害鏈式發展理論并進行了合理設計。此外，根據熱力學和流體力學基本理論，建立凍土多物理場耦合的三維模型，推導出數值計算公式，建立三維有限元多物理場耦合模型進行非線性分析。賴金星等從襯砌施工縫垂直徑向漏水、縱向水平裂縫滲水、分析了隧道浸水病害的原因，提出了進一步重建隧道的提案。排水系統的治理方案，包括襯砌堵漏防水系統修補、在施工現場的漏水對策、橫向的裂縫處理、點狀漏水處理等方面，改善了施工工序。提供預防隧道病害的依據。張劍比較了我國東北地區、西北地區和青藏線等典型的隧道水災分析了隧道漏水的原因，總結了國外寒冷地區隧道的防凍措施。比較了多條排水的防凍形式，提出了具體的改善方案。劉庭金等對某淺埋箱形地鐵隧道病害機理進行分析，發現隧道不均勻沉降導致開裂是隧道水災害的直接原因，同時導致了道床的脫空等一系列附加災害造成了二次損傷。

2.2隧道水災處理是法國國內外學者對不同隧道浸水工作情況進行漏水機構分析。此外，還采取預防和管理隧道漏水災害的措施。現有隧道滲濾液病害機制的研究主要集中在數值研究和現場實測數據分析上。注水時隧道漏水對策的主要措施。毛華榮等利用注漿技術對百合隧道涌水現象進行封堵，總體達到了注漿堵水效果。鄭剛等針對注漿處治盾構下滲水沉降的效果分析，同時，研究了注漿區域、注漿量對注漿提升效果。J.H.Shin等通過對耦合非線性有限元結果的分析，考慮了不同隧道后流場條件下預測地基和襯砌長期響應的差異;幾何形狀采用地下20米制作的4個圓形隧道，根據英國倫敦和韓國首爾特別市的土壤條件我們提出并評估了一種構建有限分支滲透率模型的方法。除阻斷措施外水的吸收，排水也對泄漏的處理有效。王玉杰等提出了隧道滲漏水預防性收集系統，詳細介紹了該系統的組成、原理及實施流程，以鄭州市的一個隧道工程為例，證明了系統的可行性。袁超等通過對沈丹線使用期較早的隧道浸水病害的調查我們分析了寒冷地區隧道的里地劣化機制，結合工程實例，從治理原則和體系、表層管理、排放導向、鋪設了冷害治理后腔治理等方面提出了治理意見。隧道滲漏水是多種因素共同作用的結果，與地質環境、設計方案、施工過程和施工技術有關。病害的機制和理論研究很復雜。目前，隧道漏水理論的研究成果還不全面，提出的理論還沒有完成得到實際工程的驗證，我國隧道滲漏水病害的治理在一定程度上依賴工程經驗。與普通的隧道相比，寒區隧道滲漏水的病害機理和治理則更為復雜。

3 襯砌腐蝕

隧道除了遭受水災害之外，還遭受各種腐蝕物質的侵蝕。多數工程實際調查顯示，腐蝕侵蝕對襯砌混凝土產生極大破壞，造成混凝土開裂、疏松多孔甚至成層脫落，影響隧道的實用性和安全性，縮短隧道壽命并造成極大的經濟損失。

3.1襯砌腐蝕分類隧道易被水中侵蝕性離子腐蝕，如氯離子、硫酸基離子和碳酸基離子導致基板材料的剝離和裂縫的發展。襯砌混凝土腐蝕劣化形式為鹽害、碳化、堿骨材反應及生物侵蝕中，鹽害是混凝土凝固腐蝕的最常見的形式。腐蝕劣化的原因化學過程劣化現象鹽害C1_、SO24、H2O的滲透擴散—保護膜破壞—超過腐蝕發生的界限濃度—鋼筋腐蝕鋼筋膨脹、銹蝕，混凝土剝落，鋼筋碳化CO2的滲透-保護膜的破壞-發生鋼筋腐蝕混凝土表面破裂，堿骨料反應骨料中堿性材料和金屬離子剝離。

3.2對襯里腐蝕的機理及影響，國內外學者通過人工模擬來腐蝕環境。、現場實測數據調查、數值模擬等手段展開了大量的研究。試驗方面，多數學者采用加速劣化的室內實驗對隧道侵蝕環境下的劣化機理進行分析。由于石膏巖中含有大量硫酸鹽成分，會造成混凝土膨脹開裂，因此對于石膏巖環境下的隧道需特別注意。陳釩等分析石膏圍欄隧道的二次瓷磚結構破壞模式（膨脹破壞、腐蝕破壞、綜合破壞）基于塑性區域體積比解，建立了石膏圍巖隧道間隔結構不同破壞模式的時間模型，Ma等研究了西南部長達40年以上被含硫磺的地下水曝曬的鐵路隧道的混凝土臺地，結果是：根據隧道混凝土的臺地結構和環境條件，硫酸鹽溶液滲透到混凝土的臺地，儲存在混凝土臺地堆積的風上表面。導致硫酸鹽離子含量增加并從隨著風向水面擴散，混凝土的上風面嚴重受損，保存在混凝土的另一面，許多學者使用數值模擬研究了有害鹽和環境相互作用的隧道退化機制和負載下降行為，Argyroudis等提出了考慮到土壤-結構-相互作用（SSI）和鋼筋腐蝕時效效果的淺埋地鐵隧道的地震脆性曲線的數值計算方法。

4結論

隧道在施工和運營過程中會發生水災害和臺座腐蝕等病害。過幾年隧道的浸出水和臺座裂縫是影響隧道運行的最普遍的，也是最大的病害。另外，和其他病害有共同作用。因此，對于漏水及臺座裂紋計劃和設計階段采取合理的預防和處理措施，施工階段重視提高施工質量采用合理的方法和耐久性材料，在隧道運行階段及時檢查，防患于未然，對已有的隧道病害，要分析病害的成因和機制，采用適當的加固措施，降低病害的影響。只有在各個階段預防和控制病害的發生，才能降低隧道施工和運營成本，延長隧道的使用壽命。

參考文獻：

[1] 何川，封坤，孫齊，等.盾構隧道結構耐久性問題思考[J].隧道建設（中英文），2017（11）：1351–1363.

[2] 孫吉堂.青藏鐵路關角隧道病害的綜合整治[J].現代隧道技術，2001（5）：45–49.

[3] 陳建勛，昝勇杰.寒冷地區公路隧道防凍隔溫層效果現場測試與分析[J].中國公路學報，2001

（作者單位：中鐵四局集團有限公司第七工程分公司）