基于隧道病害成因調(diào)查分析的處治措施研究

摘"要：通過裂縫儀、地質(zhì)雷達等設(shè)備對隧道病害進行了現(xiàn)場調(diào)查。根據(jù)病害特征，將其分為裂縫、滲水滴水、襯砌背面脫空3類。根據(jù)裂縫是否滲水，進一步細分為滲水裂縫和非滲水裂縫。根據(jù)裂縫發(fā)展方向，進一步細分環(huán)向裂縫和縱向裂縫。根據(jù)裂縫深度，分為淺表裂縫和較深裂縫。對裂縫和脫空病害進行分類統(tǒng)計，并分析了病害形成原因。結(jié)果表明：隧道裂縫以環(huán)向裂縫為主，約占90.2%；淺表裂縫以環(huán)向裂縫為主，占比達到87.5%；滲水主要發(fā)生在伸縮縫處，占比達到48.9%；脫空位置以拱頂為主，拱頂脫空占比達到70%。建議：對于裂縫發(fā)展深度較深、長度較長的病害，在表面用環(huán)氧砂漿補平的基礎(chǔ)上，粘貼鋼板雙提供其承載力；對于裂縫深度較小、分布數(shù)量較多、面積較大的裂縫病害，采用注漿加固的方式處治；對于局部滲水漏水的部位，采用封堵的方式處理；對于滲水漏水嚴重、面積由較大的部位，先采取開溝匯集排水，然后再密封加固處理；針對隧道襯砌背部脫空，采取注漿加固處理。

關(guān)鍵詞：隧道工程""病害""成因分析""處治措施

Study"on"Treatment"Measures"Based"on"Investigation"and"Analysis"of"Tunnel"Disease"Causes

KANG"Hui"TIAN"Zhengzhong"YANG"Rui"HU"Liangkun

Jiangxi"Dongtong"Transportation"Technology"Co.，"Ltd.."Shaanxi"branch，"Xianyang，"Shaanxi"Province，"712000"China

Abstract："On"site"investigation"of"the"tunnel"diseases"were"conducted"using"equipment"such"as"crack"detectors"and"geological"radar."According"to"the"characteristics"of"the"disease，"the"disease"can"be"divided"into"three"types："cracks，"water"seepage"and"water"dripping，"and"lining"back"void."According"to"whether"the"cracks"are"permeable，"they"can"be"further"divided"into"permeablenbsp;cracks"and"non-permeable"cracks."According"to"the"direction"of"crack"development，"it"further"subdivides"circumferential"cracks"and"longitudinal"cracks."According"to"the"depth"of"the"cracks，"they"are"divided"into"shallow"cracks"and"deeper"cracks."It"classifies"and"statistically"analyzes"cracks"and"void"diseases，"and"analyzes"the"causes"of"disease"formation."The"results"show"that"tunnel"cracks"are"mainly"circumferentialnbsp;cracks，"accounting"for"about"（90.2%）;"Shallow"cracks"are"mainly"circumferential"cracks，"accounting"for"（87.5%）;"Water"seepage"mainly"occurs"at"expansion"joints，"accounting"for"（48.9%）;"The"main"location"of"the"void"is"the"arch"crown，"with"a"void"ratio"of"70%."Suggestion："For"the"disease"with"deep"and"long"crack"development，"on"the"basis"of"filling"the"surface"with"epoxy"mortar，"steel"plates"should"be"pasted"to"provide"bearing"capacity;"For"the"cracks"diseases"with"small"depth，"large"distribution"and"large"area，"grouting"reinforcement"is"used"for"treatment;"For"areas"with"local"water"seepage"and"leakage，"sealing"should"be"used"for"treatment."For"areas"with"serious"water"seepage"and"leakage"and"large"area，"the"first"step"is"to"open"ditches"to"collect"and"drain"water，"and"then"seal"and"reinforce"them;"Grouting"reinforcement"treatment"is"adopted"to"address"the"void"at"the"back"of"the"tunnel"lining.

Key"Words：Tunnel"engineering;"Disease;"Cause"analysis;"Treatment"measures

隧道以其縮短路程的明顯優(yōu)勢在國道、省道和高數(shù)公路中得到大量應(yīng)用。尤其在山區(qū)高速公路中，部分路段隧道占比達到40%以上。一方面，隧道的建設(shè)為工程建設(shè)帶來了大量機遇和挑戰(zhàn)。另一方面，早期建設(shè)的隧道，由于建設(shè)經(jīng)驗、施工技術(shù)、投資等限制，往往存在鋼筋布置不規(guī)范、襯砌脫空、開裂等病害[1-5]，這些病害的存在和發(fā)展嚴重影響了隧道的使用壽命和行車安全。因此，隧道病害的檢測與維修成為公路營運中的重要課題[6-7]。下面，結(jié)合具體隧道工程，通過其病害調(diào)查分析，提出該隧道病害處治建議。

1"工程概況

該隧道是單洞雙向行車隧道，起點樁號為K2019+522，止點樁號為K2020+860，全長1"388"m，最大埋深約300"m。隧址區(qū)域?qū)贅?gòu)造剝蝕-溶蝕中-低山地貌，強烈切割地形，斷層、褶皺、巖溶構(gòu)造發(fā)育。地層巖性以鈣質(zhì)泥頁巖、粉砂質(zhì)頁巖和泥巖、層間斷層破碎帶為主。場內(nèi)有一條層間擠壓破碎帶，在帶內(nèi)層間裂隙發(fā)育，巖體完整性差。區(qū)內(nèi)地下水水量受季節(jié)降雨影響明顯，區(qū)內(nèi)節(jié)理、裂隙、巖溶發(fā)育，導(dǎo)水性能良好。該隧道2004年建成通車后，隧道營運過程中出現(xiàn)洞門墻面磚起鼓和剝落、洞門墻身開裂滲水、襯砌破損裂縫、襯砌背部脫空、裂縫和接縫滲漏水等病害。2018年9月，隧道裂縫呈較為明顯的發(fā)展趨勢，接縫和拱頂滲水較為嚴重，拱頂部位襯砌脫空較為明顯。通過對該隧道病害類型、特征、病害程度進行調(diào)查分析，為該隧道病害處治提供依據(jù)。

2"隧道病害調(diào)查

2.1病害類別調(diào)查方法和方案

該隧道病害調(diào)查內(nèi)容包括環(huán)向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫、滲水裂縫與接縫損害、襯砌混凝土脫空。病害調(diào)查除了外表觀察和測量外，還以必要的檢測儀器作為檢測手段，并輔助以觀察方法完成。

裂縫寬度調(diào)查采用國產(chǎn)ZBL-F120裂縫寬度檢測儀，精度優(yōu)于0.01"mm。裂縫深度調(diào)查采用國產(chǎn)PTS-D20智能裂縫檢測儀，精度可達到5％。裂縫長度調(diào)查工具為皮尺，采用人工丈量的方法完成，讀數(shù)精度達到0.5"cm。裂縫寬度、裂縫深度、裂縫長度調(diào)查采用不同設(shè)備、儀器、工具。裂縫、接縫滲水調(diào)查時，先通過肉眼觀察是否有滲水、漏水現(xiàn)場。觀察是否有滲水、漏水現(xiàn)象時，必須持續(xù)較長的時間，應(yīng)盡量在降雨期間觀察，并做好記錄和標志。當(dāng)開展裂縫深度、寬度調(diào)查時，采用裂縫寬度儀、裂縫深度儀完成寬度、深度、長度調(diào)查。"板底脫空探測采用瑞典MALA"地質(zhì)雷達ProEx主機、500"M天線、相應(yīng)組件與專業(yè)分析軟件完成。

2.2"裂縫與襯砌脫空調(diào)查

2.2.1"裂縫情況與病害特征調(diào)查

裂縫檢測按照隧道左側(cè)、右側(cè)分別實施。檢測內(nèi)容包括裂縫特征、裂縫寬度、裂縫深度。檢測點按照左邊墻（編號為1）、左拱腳（編號為2）、拱頂（編號為3）、右拱腳（編號為4）、右邊墻（編號為5）布置。由于裂縫的隨機性，實際位置會有較大偏差。裂縫寬度典型圖像如圖1所示，裂縫深度典型圖像如圖2所示。

該隧道環(huán)向裂縫共計119條，其最大長度和平均長度分別為15"m和6.8"m、最大寬度和平均寬度分別為2.52"m和0.52"mm、最大深度和平均深度分別343"mm和194.1"mm。該隧道縱向裂縫共13條，其最大長度和平均長度分別為30"m和9.5"m、最大寬度和平均寬度分別為2.61"m和0.70"mm、最大深度和平均深度分別169.62"mm和268"mm。該隧道環(huán)向裂縫、縱向裂縫總計132條，環(huán)向裂縫占裂縫總數(shù)比為90.2%，縱向裂縫占裂縫總數(shù)比為9.8%。測點1出現(xiàn)36條裂縫，占27.3%；測點2出現(xiàn)14條裂縫，占10.6%；測點3出現(xiàn)2條裂縫，占1.5%；測點4出現(xiàn)12條裂縫，占比為9.1%；測點5出現(xiàn)68條裂縫，占51.5%。

綜上統(tǒng)計分析，可以得到：該隧道裂縫病害以環(huán)向裂縫為主，占90.2%；縱向裂縫較少，只占裂縫總數(shù)的9.8%，即環(huán)向破壞病害較縱向破壞病害普遍得多。從病害裂縫長度來看，縱向裂縫最大長度為30"m，環(huán)向裂縫最大長度為15"m，即縱向單條裂縫比環(huán)向單條裂縫嚴重。從裂縫寬度來看，最大值和平均值相差不大。從裂縫深度來看，環(huán)向裂縫最大深度和平均深度分別343"mm和194.1"mm，縱向裂縫最大深度和平均深度分別169.62"mm和268"mm，環(huán)向裂縫深度最大值較縱向裂縫深度最大值大，但其平均值較環(huán)向裂縫深度平均值小。

2.2.2"滲水裂縫和接縫情況與病害特征調(diào)查

此部分調(diào)查檢測是針對有水滲出的裂縫和接縫開展工作。滲水裂縫和接縫位置主要位于拱頂部位，檢測點基本布置在3#點。調(diào)查檢測內(nèi)容包括裂縫特征、裂縫寬度、裂縫深度。由于裂縫的隨機性與呈區(qū)域分布特征，以及部分滲水接縫被填充，實際位置和檢測結(jié)果會有較大偏差。

從檢查結(jié)果可以得出：該隧道滲水可以分為5種類型，即伸縮縫拱頂滲水、伸縮縫滲水、拱頂滲水、拱頂與兩側(cè)滲水、拱頂片區(qū)滲水。其中：伸縮縫滲水23處，占48.9%；伸縮縫拱頂滲水13處，占27.7%；拱頂滲水4處，占8.5%；拱頂片區(qū)滲水4處，占8.5%；拱頂與兩側(cè)滲水3處，占6.4%。最大縫寬為3.52"mm，為伸縮縫張開裂縫；最大縫深為386"mm，為伸縮縫拱頂。

綜上所述：滲水主要發(fā)生在伸縮縫處，占比達到48.9%，是滲水的主要部位；伸縮縫拱頂也占有27.7%比例，是滲水發(fā)生的重要部位；此外，拱頂局部、拱頂較大片區(qū)、拱頂兩側(cè)都有滲水病害現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.3"淺表裂縫情況與病害特征調(diào)查

淺表裂縫是在肉眼觀察的基礎(chǔ)上初步擬定分類劃分出來的。對于淺表裂縫，根據(jù)多方面溝通研究，擬計劃環(huán)氧砂漿抹面。該裂縫以裂縫環(huán)向貫穿為主要特征，同時具備少量縱向裂縫。檢測點基本布置在3#點。檢測內(nèi)容包括裂縫特征、裂縫寬度、裂縫深度。

從表調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果可以看出：該隧道淺表裂縫分為兩類，即環(huán)向裂縫與縱向裂縫。其中：該隧道環(huán)向裂縫49條，占87.5%；該隧道縱向裂縫7條，占12.5%。該隧道環(huán)向裂縫具有環(huán)向貫穿的特征，同時，環(huán)向裂縫除1處縫寬超過2"mm外，其余縫寬都不超過1"mm。該隧道縫深超過100"mm的有7處，占12.5%；該隧道縫深小于100"mm的裂縫49條，占87.5%。

綜上所述：該隧道淺表裂縫以環(huán)向裂縫為主，占比達到87.5%；縫深小于100"mm的占87.5%，即縫的深度都不大。

2.2.4"襯砌脫空調(diào)查

襯砌脫空調(diào)查檢測時，測線布置位置與裂縫檢查測點布置相同位置。探測時，儀器按照從小樁號向大樁號移動探測。脫空病害典型雷達圖像見圖3。

從調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果可以看出：該隧道襯砌背部脫空共有10處；脫空位置以拱頂為主，拱頂脫空占比達到70%；左側(cè)無襯砌背部脫空病害；右側(cè)拱腰、邊墻均有襯砌背部脫空病害發(fā)生，占比為30%；脫空區(qū)域最大長度約90"cm，空腔高度最大值11"cm。

綜上所述：脫空面積不大，脫空點數(shù)較少，脫空長度、高度均在非常有限范圍。

3"病害成因分析

3.1"病害分類統(tǒng)計及特征描述

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該隧道病害歸納為裂縫、滲水滴水、襯砌背面脫空3類。其中，根據(jù)裂縫特征，裂縫病害進一步分為環(huán)向裂縫、縱向裂縫、斜裂縫3類細分裂縫中。在環(huán)向裂縫、縱向裂縫、斜裂縫3類裂縫中，由于斜裂縫特征不明顯，歸類時往往歸納在環(huán)向裂縫和縱向裂縫分類統(tǒng)計中，而不是單獨列出統(tǒng)計。

考慮后期在病害處治過程中采用加固措施，裂縫深度、寬度直接影響到加固措施的選擇。所以，在統(tǒng)計中，結(jié)合工程實際需要，又將裂縫分成淺表裂縫、裂縫、滲水裂縫接縫統(tǒng)計。

環(huán)向裂縫是裂縫發(fā)展方向以環(huán)向為主要特征。縱向裂縫是裂縫發(fā)展方向以軸向為主要特征。斜向裂縫的發(fā)展方向與軸線成一定的角度。伸縮縫是以隧道結(jié)構(gòu)混凝土或鋼筋混凝土適應(yīng)溫度變化、混凝土干縮產(chǎn)生的變形為主要特征。接縫是指板塊之間接縫。襯砌背部脫空是指施工過程中，襯砌背部不密實形成的空腔，或者在營運過程中，襯砌混凝土因受到結(jié)構(gòu)或地質(zhì)影響而產(chǎn)生的襯砌背部空腔。滲水滴水是指通過伸縮縫、混凝土裂縫或不密實混凝土孔隙出現(xiàn)漏水滴水病害現(xiàn)象。

3.2"地質(zhì)問題

根據(jù)水文地質(zhì)資料，可以看出，該隧道地層巖性以鈣質(zhì)泥頁巖、粉砂質(zhì)頁巖和泥巖、層間斷層破碎帶為主，其特點是易碎且滲透系數(shù)較大，圍巖完整性差。同時，隧道地表為山嶺區(qū)，高差大，匯水面積大，地表水容易匯集，在巖石裂隙水的流動下，隧道長期承受水壓作用。另外，在隧道開挖過程中，隧道圍巖出現(xiàn)荷載松弛現(xiàn)象，從而增大襯砌壓力，導(dǎo)致襯砌開裂滲水。綜上所述，地質(zhì)問題是造成隧道裂縫病害的主要原因，隧道襯砌裂縫同時受到設(shè)計厚度、施工工藝等因素的影響。

3.3"設(shè)計問題

該隧道在湖北省公路隧道建設(shè)中屬于早期建設(shè)的隧道。2000年，該省公路隧道在山區(qū)修建尚處于起步階段，從設(shè)計到施工都存在經(jīng)驗不足的問題，襯砌類型、厚度都影響到襯砌結(jié)構(gòu)是否開裂，隧道襯砌背面排水方法是否完善、合理也直接影響到隧道襯砌開裂、滲漏水等問題。從調(diào)查結(jié)果來看，伸縮縫、接縫滲漏水現(xiàn)象比較普遍，設(shè)計排水方式可能存在一定問題。當(dāng)然，地表排水系統(tǒng)的不暢通也是導(dǎo)致該隧道滲水和開裂的重要原因。

3.4"施工質(zhì)量與養(yǎng)護管理問題

施工中，原材料的選用、鋼筋位置布置是否符合設(shè)計要求、混凝土拌和是否密實均勻、排水設(shè)施是否完整、排水設(shè)施施工中是否暢通也直接影響裂縫是否產(chǎn)生和發(fā)展。隨著地表水和間隙水的不斷滲入與沖刷，襯砌內(nèi)防水板受到了一定程度的腐蝕，防水作用下降。部分隧道段的環(huán)向和縱向排水系統(tǒng)已被堵死，導(dǎo)致該段隧道排水不通暢，地下水位逐漸升高，在地下水壓力的作用下，引起隧道襯砌開裂現(xiàn)象。在隧道開挖施工階段，由于測量放線的誤差較大，造成開挖面出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。緊接著，在襯砌澆筑階段，由于沒有充分振搗，導(dǎo)致襯砌厚度不均勻，從而出現(xiàn)拉應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于施工方趕工期，部分隧道段襯砌在還沒有完全硬化定型時就脫模，導(dǎo)致混凝土強度過低，并且后期養(yǎng)護不當(dāng)，混凝土失水過多，發(fā)生混凝土收縮開裂。

4"隧道病害處治建議

（1）從整體來看，隧道裂縫比較普遍，裂縫發(fā)展程度不一。對于裂縫發(fā)展深度較深、長度較長的病害，裂縫發(fā)展已經(jīng)對隧道結(jié)構(gòu)承載力產(chǎn)生影響。建議對該部分裂縫在表面用環(huán)氧砂漿補平的基礎(chǔ)上，粘貼鋼板以提供其承載力。粘貼鋼板的材料品質(zhì)屬性、鋼板的厚度及其在隧道襯砌表面布置形式必須通過分析計算得到，同時加強施工工藝控制，以保證加固措施的有效性。

（2）對于裂縫深度較小、分布數(shù)量較多、面積較大的裂縫病害，采用注漿加固的方式處治。對于注漿加固材料，建議采用混凝土環(huán)氧樹脂。同時，加強施工工藝各個環(huán)節(jié)控制，以達到注漿的效果。建議及時完善和維護地表、地下水排防水系統(tǒng)，以保持水流暢通。

（3）對于局部滲水漏水的部位，建議采用封堵的方式處理。封堵材料采用水泥砂漿或環(huán)氧砂漿。對于滲水漏水嚴重、面積由較大的部位，建議先采取開溝匯集排水、然后再密封加固處理。

（4）對于隧道襯砌背部脫空，建議采取注漿加固處理。注漿材料采用水泥砂漿，注意施工中的主要原材料、砂漿配合比、施工工藝等。

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