鄂西北干線公路既有隧道病害分析及處治措施

摘 要：本文聚焦于十堰市隧道典型病害的剖析與治理實踐，利用隧道檢測車與現(xiàn)場實地勘察，精準(zhǔn)掌握隧道病害狀況，隨后深入剖析其成因，并據(jù)此提出針對性的治理策略。旨在為同類隧道的維護管理提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：隧道；病害；成因分析；處治措施文章編號：2095-4085（2024）10-0067-03

0 引言

隨著公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，隧道的作用日益凸顯，其規(guī)模持續(xù)增長^［1］。運營期隧道往往會出現(xiàn)各類病害，而此類病害如不能及時發(fā)現(xiàn)并進行處治，往往會影響隧道的耐久性和安全性^［2］。我國近年來在隧道病害的分析與處治領(lǐng)域已取得一些成果，如林國軍^［3］通過結(jié)合隧道建設(shè)過程中出現(xiàn)的襯砌破裂、水害、欠挖等隧道病害問題，提出在施工過程中重視對隧道病害的防治，嚴格把控施工流程，并制定相應(yīng)的防治方案。袁玉娟^［4］通過山區(qū)高速公路沿線隧道進行病害統(tǒng)計，總結(jié)出隧道襯砌滲漏水等病害的成因及處治措施。任松^［5］等利用自主研發(fā)的隧道智能快速檢測車并結(jié)合隧道襯砌病害的成因及特點，提出離線式襯砌病害檢測方案。該方法不僅檢測精度較高，適用于隧道病害的后期處理，而且還能提高檢測效率。其他學(xué)者也有通過設(shè)計、地質(zhì)因素、病害形式、模型試驗和理論分析等方面對隧道病害進行成因分析以及提出處治措施^［6-10］。

本文通過對十堰市2021年50座運營隧道進行病害檢測，統(tǒng)計病害的總體情況，并以此為依據(jù)對隧道的土建部分進行技術(shù)狀況評定。根據(jù)病害統(tǒng)計的結(jié)果，并結(jié)合實際情況，對十堰市國省道隧道的典型病害進行成因分析并給出相應(yīng)處治建議。

1 隧道檢測內(nèi)容及成果

抽取檢測的隧道主要分布于十堰市市區(qū)、鄖縣、鄖西縣、竹山縣、房縣、丹江口市。

1.1 檢測內(nèi)容

通過隧道檢測車和現(xiàn)場踏勘觀察土建結(jié)構(gòu)的表觀缺陷來反映隧道的狀況，具體檢測內(nèi)容如下。

（1）洞口。滑坡、危巖的前兆和發(fā)展態(tài)勢；邊坡、崩落臺、護坡的切槽、沖溝、涌水、下沉、坍塌等現(xiàn)象的發(fā)展規(guī)律；防護墻有無開裂、斷縫、滑動、下陷或表面風(fēng)化、排水孔堵塞、墻后積水、周圍地基錯臺及空洞等。

（2）洞口。墻體裂縫的位置和長寬；建筑物傾斜、沉降、位移量及發(fā)展趨勢；混凝土表面剝落，鋼筋是否外露、有銹蝕。

（3）襯砌。襯砌裂縫部位、面積或程度，墻體結(jié)構(gòu)縫的裂縫寬度和錯位程度；分析隧道施工過程中混凝土表面的起層、剝落程度及厚度；滲漏部位、混濁程度及凍結(jié)情況。

（4）路面。路面拱起、沉降、開裂及滑移等現(xiàn)象的發(fā)生范圍及程度；路面積水，結(jié)冰等情況。

（5）檢修道。檢查檢修道是否受損、覆蓋層缺陷的部位及情況；欄桿的變形、腐蝕及缺損等部位及情況。

（6）排水系統(tǒng)。建筑物破損情況、路塹罩等的完好情況、溝渠管道的裂縫及滲漏情況；排水渠（管）、積水井等發(fā)生淤堵、淤積、凍結(jié)等情況。

（7）天花板及預(yù)埋件。吊頂板的變形及缺陷部位和范圍；天花板等預(yù)埋件是否完好，有無腐蝕、脫落等危害人身安全的情況。

1.2 典型病害

1.2.1 洞口出現(xiàn)的典型病害

（1）山體滑坡。通常是由于地質(zhì)條件復(fù)雜、地形陡峭、雨水沖刷等多種因素引起。山體滑坡不僅可能堵塞洞口，影響通風(fēng)和排水，還可能對隧道結(jié)構(gòu)造成直接破壞，威脅隧道的安全使用。

（2）洞頂排水溝、截水溝出現(xiàn)堵塞以及淤積現(xiàn)象。主要是由于長期積累的泥沙、落葉、雜物等導(dǎo)致。這些堵塞和淤積會影響排水系統(tǒng)的正常運行，增加洞口區(qū)域的水患風(fēng)險。

（3）洞口左、右側(cè)巖體風(fēng)化。風(fēng)化作用是指巖石在自然環(huán)境因素（如水、溫度、氧氣等）的長期作用下逐漸分解和破壞的過程。風(fēng)化會導(dǎo)致巖體強度降低，容易引發(fā)山體滑坡等災(zāi)害。

1.2.2 襯砌出現(xiàn)的病害

（1）滲漏水。滲漏水問題在隧道中十分常見，主要是由于防水層老化、破損或是混凝土施工質(zhì)量不佳導(dǎo)致。長期的滲漏水不僅會影響隧道的正常使用，還可能對隧道結(jié)構(gòu)造成損害，降低其使用壽命。

（2）裂縫。裂縫是隧道襯砌中常見的病害之一，包括環(huán)向裂縫、縱向裂縫和斜向裂縫。裂縫的產(chǎn)生通常與地質(zhì)條件、施工質(zhì)量、材料性能等因素有關(guān)。裂縫的存在不僅影響隧道的整體性和美觀性，還可能導(dǎo)致滲漏水、鋼筋銹蝕等問題，嚴重威脅隧道的安全使用。

為了有效應(yīng)對這些病害，應(yīng)采取一系列的措施，如加強地質(zhì)勘察、優(yōu)化設(shè)計方案、提高施工質(zhì)量及加強維護保養(yǎng)等。同時，還需建立完善的監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理隧道病害，確保隧道的安全使用。

1.3 技術(shù)狀況評定

根據(jù)檢測成果按公式（1-1）對各個隧道土建部分進行技術(shù)狀況評定，隧道評定結(jié)果詳情（見圖1）。

式中：ω_i為分項權(quán)重；JGCI_i為分項狀況值（0～4）；JGCI_i=max（JGCI_ij）；JGCI_ij為各分項檢查段落狀況值。

2 隧道典型病害成因分析及危害

2.1 洞口病害

十堰地區(qū)位于中國湖北省西北部，地處秦嶺山脈和漢江中游的山區(qū)。該地區(qū)位于華北板塊和華南板塊的交界處，地殼活動頻繁，形成了多個斷裂帶和褶皺構(gòu)造。這些地質(zhì)構(gòu)造的形成與演化是造成隧道出現(xiàn)山體滑坡的主要原因。

同時，洞口處山體由于風(fēng)化作用以及水的侵蝕，山體容易形成較多且明顯的裂縫。部分隧道洞口處山體甚至未做錨固處理，一旦遇上雨水天氣，會造成水土流失，風(fēng)化的巖石便容易形成滑坡。且大多數(shù)隧道位置較為偏僻，滑坡的泥石常常得不到及時清理，部分殘留在排水設(shè)施中，進而造成排水設(shè)施阻塞。

隧道洞口山體滑坡會造成線路和設(shè)備損壞，進而導(dǎo)致交通中斷，給人們的出行帶來極大不便，同時還可能引發(fā)交通事故，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。

2.2 襯砌滲漏水

隧道襯砌滲漏水形成的原因主要有以下幾個方面。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。包括結(jié)構(gòu)形式選擇不當(dāng)、結(jié)構(gòu)受力與實際需求不匹配等。這些設(shè)計問題可能導(dǎo)致隧道在使用過程中承受過大的外部壓力，從而導(dǎo)致襯砌破裂，進而出現(xiàn)滲漏。

（2）施工問題。如果施工過程中存在管理不善、質(zhì)量控制不嚴格等問題，可能導(dǎo)致襯砌施工質(zhì)量不佳，例如混凝土強度和襯砌厚度不足及蜂窩麻面等。這些問題可能導(dǎo)致襯砌在使用過程中出現(xiàn)裂縫或破裂，進而引發(fā)滲漏。

（3）地下水作用。地下水對襯砌的侵蝕和沖刷作用會導(dǎo)致混凝土強度降低，襯砌出現(xiàn)裂縫或破裂，進而引發(fā)滲漏。

（4）防水材料失效。防水材料選擇不當(dāng)或施工質(zhì)量不佳易導(dǎo)致防水層失效，進而引發(fā)滲漏。

（5）排水系統(tǒng)問題。如果隧道排水系統(tǒng)設(shè)計不合理或施工質(zhì)量不佳，就會導(dǎo)致排水不暢，積水在襯砌背后形成靜水壓力，進而引發(fā)滲漏。

2.3 襯砌裂縫

襯砌裂縫主要分布于拱頂與拱腰位置，主要表現(xiàn)為環(huán)向裂縫、縱向裂縫及斜向裂縫3種。隧道縱向裂縫存在數(shù)量較多，多分布在拱頂與拱腰位置。

（1）環(huán)向裂縫形成原因。襯砌施工過程中的養(yǎng)護濕度不夠、圍巖壓力不均、襯砌背后局部空洞及襯砌厚度嚴重不足等，都會導(dǎo)致襯砌環(huán)向裂縫的產(chǎn)生；混凝土的碳化也是形成環(huán)向裂縫的原因，由于大氣中的CO₂與混凝土中堿金屬組分反應(yīng)生成碳酸根，導(dǎo)致其堿化度下降，同時也會加速其腐蝕進程。此外，炭化也會加劇混凝土的收縮，引起開裂與失效。

（2）縱向裂縫形成的原因。混凝土在硬化過程中會由于水分蒸發(fā)而逐漸收縮，如果收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強度，就會產(chǎn)生裂縫。襯砌的縱向長度較長，因此更容易產(chǎn)生縱向裂縫；隧道襯砌受到車輛、巖土壓力等外部荷載的作用，如果這些荷載過大或者分布不均勻，可能導(dǎo)致襯砌縱向裂縫的產(chǎn)生。

（3）斜向裂縫形成的原因。隧道襯砌會受到車輛、巖土壓力等外部荷載的作用，如果這些荷載過大或者分布不均勻，會導(dǎo)致襯砌斜向裂縫的產(chǎn)生；襯砌厚度不均會導(dǎo)致受力不均，從而易在厚度較小的部位產(chǎn)生斜向裂縫；圍巖壓力不均會導(dǎo)致襯砌受力不均，從而在壓力較大的部位產(chǎn)生斜向裂縫。

（4）襯砌裂縫的危害。裂縫的產(chǎn)生會引起襯砌結(jié)構(gòu)的受力能力下降，容易出現(xiàn)變形，使襯砌結(jié)構(gòu)向隧道內(nèi)傾斜，從而影響隧道的凈空空間、車輛的通行安全以及隧道的穩(wěn)定性和安全性；降低隧道的平整度，使車輛在通過隧道時產(chǎn)生顛簸和噪音，影響行車舒適性；破壞隧道內(nèi)的設(shè)施，影響隧道的正常運行和維護；加速襯砌結(jié)構(gòu)的劣化過程，降低隧道的使用壽命，增加隧道的維修和更換頻率及運營成本。

3 處治措施

3.1 洞口病害處治

當(dāng)前，在洞口段和仰坡采用主被動防護網(wǎng)防護系統(tǒng)是一種常見的防控措施。防護網(wǎng)的建設(shè)通常對已有的隧道洞口和鄰近的建筑物造成的沖擊較少，如果在施工過程中不發(fā)生掉石，就可以防止對線路運營造成影響。當(dāng)有落石威脅時，還可以通過延長明洞來防治，明洞的長度可以按落石的滾動距離來計算。

3.2 襯砌滲漏水處治

要解決隧道襯砌滲漏水問題，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工管理、防水材料選擇、排水系統(tǒng)設(shè)計等方面采取相應(yīng)的措施，以提高襯砌的耐久性和抗?jié)B性能，確保隧道的安全和正常運行。同時，也應(yīng)加強隧道運營期的監(jiān)測和維護，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，進而確保隧道的安全和正常運行。

對于滲漏水，建議在日常巡查與檢查過程中，加強對滲漏水狀態(tài)的觀察，如滲漏水存在進一步發(fā)展的趨勢，應(yīng)及時采取針對性措施，以確保行車安全。若四季均為輕微的襯砌表面浸潤型或襯砌表面點狀滲水，可采用表面封堵方式處理；若雨季出現(xiàn)噴射、涌流類較大型滲水可在襯砌上設(shè)置排水暗槽或排水管。

3.3 襯砌裂縫處治

隧道襯砌裂縫的危害是十分嚴重的，因此，需及時采取有效措施進行預(yù)防和治理，如加強襯砌結(jié)構(gòu)的監(jiān)測和維護、定期進行防水和排水設(shè)施的檢查和維修等，以確保隧道的安全和正常運行。

對于襯砌裂縫，建議對寬度≥0.30mm的非結(jié)構(gòu)性裂縫進行灌縫處理；對裂縫寬度lt;0.30mm的裂縫進行封閉處理，以恢復(fù)混凝土的整體性。對于結(jié)構(gòu)性裂縫需選取典型裂縫對其發(fā)展變化進行觀測，如裂縫發(fā)展較快，裂縫寬度較大時，應(yīng)考慮進行加固處理^［11］。

4 結(jié)論

本文深入剖析了鄂西北地區(qū)50座在役隧道的典型病害，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜性，指出隧道病害成因多元，需從設(shè)計、施工、養(yǎng)護等多維度綜合考量。針對十堰市國省道隧道，歸納了典型病害及其根源，并提出了相應(yīng)的有效治理措施。同時得出如下結(jié)論：運營期隧道出現(xiàn)病害除了各種不利因素以外，隧道所處的地理位置以及氣候，在對病害成因進行分析時也需考慮在內(nèi)；隧道出現(xiàn)病害除了設(shè)計不夠合理規(guī)范、施工過程中控制不到位等因素外，養(yǎng)護單位沒有及時對隧道進行定期保養(yǎng)維護，也是造成隧道病害繼續(xù)發(fā)展的原因之一；隧道病害的處治需“因地制宜”，要結(jié)合實際情況進行加固維修，同時也應(yīng)定期檢查并養(yǎng)護。

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