公路隧道襯砌裂損病害檢測及治理措施分析

張鵬

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著襯砌混凝土技術日趨成熟，已在公路隧道工程中獲得有效應用，并且整個施工過程簡單，技術應用成本低，但實際技術應用過程中，公路隧道工程經常發生各種襯砌裂損病害問題。基于確保公路隧道的使用質量，有必要加強公路隧道襯砌裂損病害檢測及治理措施的探討研究，其意義重大。

1 公路隧道襯砌裂損病害的成因分析

1.1 設計原因

公路隧道開展前，相關人員對于公路隧道工程區域及周邊的地質條件勘察不到位，襯砌類型選擇以及圍巖級別劃分不合理，會導致襯砌結構和巖層荷載差異性過大，這樣易引發裂損病害問題。同時，由于施工區域地質條件的復雜性，隧道設計初始階段，設計單位很難制定出完全滿足圍巖實際情況的設計方案，只能在具體施工過程中依據現場情況對于設計方案實施優化，但設計方案仍存在一些不足以及問題，影響公路隧道襯砌強度，進而導致襯砌局部裂損情況。同時，很多公路隧道工程設計階段，設計人員基于設計成本及工程安全穩定性等方面考慮，設計理念過于保守，使用先拱后墻的施工方式，致使隧道襯砌背后形成大量空洞，影響隧道襯砌受力情況，導致隧道襯砌開裂。并且一些公路隧道襯砌未布設防水板，混凝土型號選擇不當，導致其抗滲性能不足，均可能導致公路隧道襯砌裂損[1]。

1.2 施工原因

公路隧道施工作業過程中，施工單位前期爆破作業不到位或者部分坍塌未填補，均會導致公路隧道襯砌背后存在大量的空洞；施工過程操作不當，現場發生漏漿情況，均會影響施工質量。同時，在現場施工過程中，施工單位未依據標準要求進行作業，二次襯砌拆模時間過早，混凝土強度可能未達到設計值的75%，混凝土養護時間不夠，混凝土強度不達標，基于自重及圍巖荷載影響而產生大量裂縫。如果施工單位提前施做二次襯砌，初期支護變形未趨于穩定，圍巖應力未完全釋放，造成二次襯砌過早承受圍巖壓力而開裂，這在一定程度上也會影響襯砌結構耐久性及其他性能。另外，現場施工作業過程中，混凝土配合比以及泵送混凝土工藝均需要施工單位進行嚴格控制，但一些施工單位基于各種因素并未依據相關規范實施有效控制，材料性能不達標或者襯砌混凝土澆筑時混凝土供應量不夠，也會影響混凝土使用質量。如果仰拱超挖過多、仰拱基底存有虛渣，鎖腳錨桿施工質量不好會造成鋼拱架和二襯結構受力不均，造成應力集中和襯砌不均勻沉降，導致出現環向裂縫[2]。

1.3 地質條件原因

公路隧道工程施工區域地質條件尤為重要，當施工區域地質條件過于復雜，也會產生公路隧道襯砌裂損病害，如公路隧道圍巖風化度較高時，巖體節理裂隙數量多，如果前期工程勘探工作不到位，或者設計時未將該因素進行重點考慮，則會明顯降低公路隧道襯砌結構的安全性。如果公路隧道工程施工區域為泥質巖層時，隨著水分等因素影響，巖石容易軟化，從而導致圍巖穩定性變差，襯砌結構所承擔的荷載會顯著增大，而產生裂損。對于公路隧道工程來說，地下水文情況也是公路隧道襯砌裂損病害的主要形成因素之一，如果地下水位過高或者地下滲水情況嚴重時，公路隧道工程長時間處于這種環境下，會影響工程壽命。如果公路隧道工程施工區域內，巖層基礎出現不均勻沉降情況時，襯砌結構則會發生彎拉及扭曲，其實際結構應力超標則會引發彎張損裂出現。另外，圍巖壓力受力不均勻，也會引發隧道襯砌裂損病害，主要是隧道兩側襯砌結構受圍巖壓力程度不足，存在明顯的偏壓情況，導致襯砌結構出現變形，其中襯砌拱腰位置變形程度最大，其裂損可能性也最高[3]。

1.4 其他原因

侵蝕介質腐蝕也會導致隧道襯砌裂損，這主要是隧道環境內存在空氣、水及鹽分顆粒，基于這些物質的長期共同影響，襯砌混凝土逐步碳化以及鋼筋銹蝕，致使襯砌裂損。另外，公路隧道工程區域內發生自然災害問題，諸如地震、泥石流等，導致襯砌結構變形或損傷。

2 公路隧道工程襯砌裂損病害問題的主要檢測內容

2.1 滲漏水病害檢測

公路隧道工程日常使用過程中，滲漏水病害問題發生頻次較高，因此工程技術人員需將滲漏水病害檢測作為基礎檢測項目之一。實際病害檢測過程中，工作人員應當依據相關檢測標準以及工程指標要求，參考襯砌腐蝕以及鋼筋銹蝕情況，明確具體的檢測范圍、檢測指標及檢測頻次等，這樣確保滲漏水病害檢測的質量。同時，因為滲漏水病害檢測工作專業性較強，所以要求工程人員具有良好的專業知識積累量，專業檢測技能達標以及檢測工作經驗豐富。一般情況，滲漏水的檢測需使用地質雷達對襯砌背后的富水區域進行詳細探測，而技術人員可通過滲漏水病害檢測確定具體的滲漏水病害產生原因，及時制定針對性病害處理措施，從而確保公路隧道工程使用質量[4]。

2.2 結構裂縫檢測

公路隧道工程襯砌裂縫病害較為常見，裂縫類型按分布形式可分為環向裂縫、斜向裂縫和橫向裂縫；按受力狀況可分為受力裂縫和非受力裂縫。對裂縫進行全面檢測，觀測其發展趨勢，分析裂縫產生原因，對判斷裂縫的受力狀況尤為重要。裂縫寬度觀測采用裂縫測寬儀進行觀測，初次觀測時對典型裂縫進行標記，固定量測位置，然后根據量測頻率進行觀測，對測量值進行比較。由于裂縫長度不規則，較難準確測量，一般檢測時對裂縫末端進行標記，后續觀測過程中，讀取超過裂縫標記末端的增量ΔL 來記錄裂縫的變化情況。裂縫深度采用超聲波無損檢測，并輔助以裂縫取芯驗證。由于隧道結構的裂縫部位只有一個可測表面，因此采用單面平測法。平測時應在裂縫的被測部位，以不同的測距，按跨縫和不跨裂縫布置測點（布置測點時應避開鋼筋的影響）進行檢測，圖1為裂縫寬度檢測。

圖1 裂縫寬度檢測

2.3 基底類病害檢測

基底類病害檢測作為公路隧道工程襯砌裂損病害的重點檢測項目之一，如果公路隧道基底存在虛渣或基底承載力不足時，會使得襯砌產生沉降變形，局部產生空洞，易引發襯砌開裂破損問題。實際基底類病害檢測工作實施過程中，工作人員應評估不同襯砌結構形式的相關影響，然后對于襯砌結構受力情況實施精確計算，如果結構受力差異性過大時，便會引發襯砌開裂問題。另外，基底類病害檢測時，工作人員也應檢測評估現場施工方法對于施工質量的具體影響，這可減少施工過程中的安全隱患。

2.4 混凝土病害檢測

與其他病害問題比較來說，混凝土病害危害性較大，公路隧道發生混凝土病害時，會影響工程使用的安全性和耐久性，嚴重時會影響隧道內行車安全，甚至導致隧道坍塌。混凝土病害檢測過程中，工作人員應首先對于混凝土配合比、攪拌時間、振搗強度、水泥含量等方面進行全面檢測，其次對隧道襯砌結構的厚度、強度及密實性進行詳細檢測，這樣可為公路隧道襯砌裂損問題防治處理提供數據參考。

2.5 圍巖穩定性分析檢測

公路隧道斷面面積大，襯砌結構會承受較大的圍巖荷載，產生裂損一般不僅僅是結構自身存在質量缺陷，如果圍巖不穩定，施加的圍巖荷載超過混凝土結構承載力，也會產生大量的隧道裂縫。因此，在隧道施工過程中，要有專業的地質工程師對圍巖穩定性進行綜合分析。目前判斷圍巖穩定性最可靠的檢測方法是監控量測技術，監控量測也是“新奧法”施工理念的核心。通過對隧道開挖后圍巖的變形情況進行監測，可以準確地掌握圍巖穩定狀況，在圍巖變形速率降低，變形基本穩定后，再施做二次襯砌，可以極大的減少結構受力，確保結構安全穩定。

3 公路隧道工程襯砌裂損病害問題治理措施

3.1 公路隧道工程襯砌裂損病害問題的解決措施

3.1.1 空洞注漿處理法

很多公路隧道工程建設過程中，隧道襯砌結構背后位置存在大量空洞和空隙，造成應力集中，導致結構承擔的應力過大，針對這種情況，施工單位可利用注漿作業方法重點處理襯砌結構背后病害問題，提升襯砌結構的綜合承載力。而空洞注漿處理法應用過程中，施工單位應選擇合適的注漿孔，確定具體的注漿孔數量，確保孔洞間距合適，并在兩個注漿孔的中間位置設置排氣孔，適當調整孔道深度，確保孔道穿過隧道襯砌結構。為確保注漿作業施工效率及施工質量，應重點控制漿液質量及注漿量，盡量采用單液注漿材料，并依據工程需求調整水泥及粉煤灰配比，再額外添加一定量的膨脹劑。漿液配制完成后，工作人員應當進行試漿實驗，確保膠結率及抗壓強度等級等性能指標達標。同時，工程人員還可利用物探技術探測空洞及空隙情況，并根據物探結果評估滲透系數、損失系數，從而精準控制注漿量。并且整個施工作業實施階段，還需對于注漿壓力進行控制，確保注漿質量滿足工程要求。

3.1.2 無壓排水系統

當前很多公路隧道工程長時間使用過程中，其隧道結構內產生大量的斜向裂縫與環向裂縫，其形成一定的滲透通道，而地下水通過這些裂縫進行滲漏，甚至部分區域出現嚴重的積水情況。因此針對這種情況，公路隧道工程襯砌裂損病害處理過程中，施工單位可使用無壓排水系統方案，具體利用特殊性半圓排水管，其順著裂縫方式實施敷設作業，構建完整的排水系統，這樣可有效防止地下水滲入隧道，并可利用隧道現有襯砌以及補強層的通道，地下水可流入公路隧道兩側的排水溝。當公路隧道工程滲水位置面積過大時，施工單位可布設一定數量的鉆水孔實現有效排水，而隧道拱腳墻底位置應設置集水孔，用于墻后排水需要。同時，施工單位可在裂縫四周加裝排水管，然后使用水泥釘固定方式，并在管道表面敷設一定厚度的環氧砂漿，這樣可有效防止噴射混凝土的沖擊影響，并且排水管可連接邊墻內縱向排水管，而縱向排水管與隧道外邊溝連接，構建高效穩定的無壓排水系統。

3.1.3 襯砌結構補強

為了解決公路隧道工程襯砌裂損病害問題，施工單位可采用襯砌結構補強方式，其應對于隧道襯砌結構補強層厚度實施精準控制，補強層厚度應滿足工程結構補強要求，確保公路隧道使用的安全性。實際拱部澆筑作業實施過程中，由于整個作業難度較大且空洞產生數量多，這樣難以確保施工質量，因此可利用噴射混凝土方式進行施工，可減少空洞產生的數量。襯砌結構補強作業時，施工單位應采取拱部噴射及邊墻澆筑的施工方案開展作業，這樣既可保證整體補強作業質量，還可降低施工作業的困難程度，達到良好的病害治理效果。同時，為了提升公路隧道拱部結構穩定性，施工單位應優化新增邊墻受力情況，并利用錨桿實施拱腳加固處理，具體作業時，施工人員應在拱腳位置布錨桿及鋼筋，并控制鋼筋間距及排距。另外，水泥砂漿封堵時，施工人員可在合適位置加裝鋼筋網，并將鋼筋網與連接鋼筋進行焊接，如果病害問題較為嚴重時，其根據現場情況增加鋼筋網層數。

3.2 提升襯砌裂損病害問題治理的優化措施

3.2.1 落實治理技術交底

公路隧道工程襯砌裂損病害出現后，施工單位應組織相關部門分析病害類型以及成因，然后依據現場情況制訂切實可行的病害治理方案，然后開展技術交底工作，確保現場施工人員均可了解治理作業重點內容及相關注意事項，尤其能夠將病害檢測及治理方法步驟等內容熟練掌握，提升施工人員的工作責任心以及工作熱情，做好施工人員培訓工作，禁止治理過程中出現隨意性操作行為。

3.2.2 提升治理工作質量控制力度

如果公路隧道襯砌裂損治理作業質量不達標，不僅影響現有隧道襯砌結構穩定性，也會導致材料、人力資源及資金嚴重的浪費，因此施工單位應當提升治理工作質量控制力度。襯砌裂損病害問題治理過程中，如現場使用混凝土，盡量選取合適的骨料以及低含堿量水泥，合理選擇水灰比，避免由于堿-骨科反應產生二次裂縫，并確保混凝土拌和作業治理，控制混凝土運輸時間，防止混凝土提前凝結或結塊，施工人員也應重點做好混凝土保溫養護工作，精準控制溫度變化，減少二次裂縫產生量。另外，施工單位應組織專業的質量管控團隊，并對于施工過程實施嚴格監管，督促現場施工人員嚴格依據操作規程實施作業。襯砌裂損病害問題治理作業完成后，施工單位應當組織專項質檢隊伍，重點對于治理作業進行全面檢查，針對查找到的質量問題，及時制定相應的解決措施，實施有效處理。

4 結語

綜上所述，隨著當前我國公路交通運輸行業的快速發展，公路隧道建設規模及數量隨之增多，這在很大程度上方便了大眾出行及貨物運輸，但公路隧道長期使用時易發生各種襯砌裂損病害問題，影響公路隧道正常使用。因此施工單位應依據現場情況檢測病害成因，然后制定相應措施用于治理公路隧道裂損問題，這樣可提升隧道襯砌結構整體穩定性，做好施工質量管控工作，確保公路隧道通行順暢及安全。