运营中的公路隧道病害调查统计与治理对策

何品祥，钟伟，孔凡林

（1重庆市渝北区公路工程质量监督站，重庆401120；2重庆市建设工程质量检验测试中心，重庆400020）

运营中的公路隧道病害调查统计与治理对策

何品祥1，钟伟2，孔凡林2

（1重庆市渝北区公路工程质量监督站，重庆401120；2重庆市建设工程质量检验测试中心，重庆400020）

通过对重庆市正在运营的2条隧道病害进行全面调查，分析隧道衬砌裂缝、渗漏水、衬砌背后空洞等病害的分布规律以及病害产生的原因；并据此给出不同病害的治理对策。为今后类似运营中的隧道工程的衬砌裂缝、渗漏水以及衬砌背后空洞治理提供参考和借鉴。

公路隧道；病害调查；衬砌裂缝；渗漏水；治理对策

引言

隧道衬砌裂缝和渗漏水是公路隧道病害的主要形式，而这些病害的存在严重威胁隧道内行车安全，缩短了隧道的维护周期和使用寿命[1-2]。随着我国基础建设力度的加大，越来越多的公路隧道投入使用，隧道的安全性能成为从业者关注的重点。因此，针对运营过程中的公路隧道进行全面的病害调查分析，提出相应的治理对策以确保隧道结构运营安全是非常必要的。本文基于重庆市2座隧道的病害调查结果，对导致隧道衬砌裂缝和渗漏水的原因进行分析，并据此提出相应的隧道病害治理对策。

1　调查内容与结果统计

1.1调查内容与方法

通过对重庆市渝北区草统路上的X1隧道、X2隧道的衬砌裂缝、渗漏水等病害的全面系统的调查，探讨这些病害产生的原因和发展规律，为该隧道的安全性能评估提供依据，并为今后类似隧道工程的设计、施工提供参考。

现场调查主要采用卷尺、量角器、裂缝计、游标卡尺、量筒和数码相机等设备，对隧道衬砌裂缝、渗漏水等病害进行量测。主要调查内容有：

（1）衬砌裂缝形态：裂缝宽度、长度、间距、倾角和裂缝展布图。

（2）渗漏水：渗漏水的部位、渗漏水的水量和渗漏水的形态。

1.2统计结果

现场调查发现隧道衬砌裂缝种类主要有：环向裂缝、纵向裂缝和斜向裂缝。其中环向裂缝主要是垂直隧道轴线，沿隧道衬砌环向展开；纵向裂缝主要表现为沿隧道纵轴线展开；斜向裂缝与隧道纵轴线和隧道环向均有一定的夹角。调查结果显示，环向裂缝是隧道衬砌裂缝的主要形态，纵向裂缝和斜向裂缝虽然在衬砌裂缝中占的比例较小，但是对隧道的结构安全的影响不容忽视，特别是纵向裂缝，对隧道的安全具有控制性作用。

现场调查发现6处渗漏水，主要以面渗漏为主。主要发生在隧道拱脚部位，渗漏水形态为浸湿。渗漏水主要分布在围岩较破碎地段，大气降水通过围岩露头和冲沟地表水渗入地下。

图1　隧道衬砌裂缝统计

2　病害原因分析

各种形式的裂缝出现的原因各不相同，裂缝产生和发展又受到各种因素的影响[3-6]。按照裂缝产生原因的不同，将隧道衬砌裂缝分为：干缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝、外荷载作用引起的裂缝等。

（1）干缩裂缝

干缩裂缝是因为混凝土在空气中硬化引起体积收缩，使混凝土表面开裂。隧道衬砌干缩裂缝主要表现为表面性的平行线状或者网状浅细裂缝，宽度多在0.05～0.2mm。

（2）沉降裂缝

隧道在施工及运营过程中，地基土的固结特性不一样会引起隧道的不均匀沉降，进而改变衬砌结构的受力状态产生开裂。隧道沉降裂缝主要表现为裂缝深度大甚至贯穿整个衬砌厚度，裂缝一般沿着与地面垂直或呈30～45°角方向发展。

（3）温度裂缝

隧道衬砌结构随着温度的变化而产生变形，热胀冷缩；当变形受到约束时，就可能产生裂缝。由于混凝土在硬化过程中，水泥和水汽化学反应，产生大量的热量，导致混凝土内部温度上升；如果这些热量不能很快散出去，使混凝土内外温差过大，就将产生温度应力。如果温度拉应力超过混凝土早期抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。衬砌温度裂缝的走向一般无一定规律，温度裂缝易出现在施工缝位置和衬砌内表面。

（4）外荷载作用引起的裂缝

外荷载作用是指围岩和环境的变化使施加在隧道衬砌结构上的作用力产生变化。外荷载作用是实际工程中较为常见的导致衬砌开裂的重要原因。由于隧道工程地质和水文地质的复杂性，隧道设计阶段往往根据少数地质钻孔来进行设计，可能导致在实际隧道开挖后围岩条件与原设计差别较大；施工过程中，在爆破震动等外荷载的作用下，围岩应力场可能发生变化，隧道周围塑性区扩大，形成一定范围内的松动圈，后期隧道衬砌结构浇筑后围岩压力还没有完全释放，围岩徐变引起隧道衬砌混凝土受拉而开裂；隧道遇到构造较为复杂的节理裂隙时，可能造成由于开挖不当或支护不及时引起围岩发生局部坍塌，或者回填不密实造成不稳定土体，人为形成了偏压的地质构造。这些构造破坏了隧道围岩的正常塌落拱，容易形成偏压荷载。

围岩压力变化引起的裂缝一般出现在隧道拱顶位置内侧。偏压荷载作用下隧道衬砌结构易在拱腰部位（偏压深度较大的一侧）内侧出现开裂。

（5）隧道局部区段的拱顶衬砌混凝土厚度未达到设计厚度要求，洞身段二次衬砌背后不密实或脱空的情况严重，这些缺陷的存在可能导致隧道衬砌出现应力集中，在外荷载作用下进一步加大了衬砌开裂的概率。

3　隧道病害治理对策

3.1裂缝治理

根据裂缝宽度、深度、长度等信息，参考裂缝评价的健康等级，裂缝治理措施有：

（1）表面涂抹法

表面涂抹法主要是针对宽度小于0.3mm、无明显的剪切滑移和渗漏水现象、对结构承载力影响不大、不影响结构安全和正常使用的裂缝。可以采用水泥基渗透结晶型材料进行表面涂抹处理。涂抹时应保证灰浆能喷射进表面微孔或微裂隙中，一次涂刷厚度不宜超过0.2mm。

（2）埋管灌浆法

埋管灌浆法主要针对宽度在0.3～0.5mm之间、范围较大或有明显错动迹象、对结构的承载力会产生一定影响的混凝土裂缝进行治理。治理工艺流程如下：

图2　埋管灌浆法施工流程

3.2渗漏水治理

渗漏水的治理应采取“以排为主，截、排、堵相结合；先拱后墙、拱堵墙排，集中涌水处设管引排，因地制宜，综合整治”的处理措施，具体措施有：

（1）衬砌背后注浆

根据渗漏水的轻重，衬砌背后注浆采用初次注浆和检查注浆。初次注浆采用水泥砂浆，检查注浆材料采用纯水浆。当地下水压力较大，水流速度快，渗漏严重时，采用可灌性好、结实率高、快凝早强、凝结时间可调的水泥-水玻璃双液浆。

（2）嵌缝堵漏法

主要用于局部施工缝浸水、渗水等水量较小的部位处理。隧道环向施工缝堵漏采用嵌入复合式膨胀橡胶条，结合凿槽埋管，将水引入侧沟。隧道纵向缝堵漏，采用嵌入式自粘型止水条，进行封堵。

（3）凿槽排水法

主要用于拱、墙单点线流、股流、射流等水量较大而不易用以上几种堵水措施处理的渗漏部位。其方法是从渗水点起凿槽，在槽中埋设半个聚氯乙稀管或塑料排水板，外用防水砂浆封闭。

3.3衬砌背后脱空治理

针对隧道衬砌背后存在空洞、脱空区域或回填不密实情况，可以采用注浆回填处理。治理措施如下：

（1）注浆管采用42钢花管，呈梅花形布置，管长须露出衬砌外缘一定长度（一般为10～20cm），具体长度结合衬砌背后脱空区的长度确定。

（2）注浆材料采用M10水泥砂浆，其配合比（水∶水泥∶砂）根据计算或试验确定。

（3）注浆压力控制在0.3MPa以内，拱部充填注浆完成后，应检测脱空区是否填密实，否则需进行补注浆。

4　结论

通过对X1隧道、X2隧道的病害全面调查、质量检测，以及病害的统计分析，得出以下结论：

（1）隧道的主要病害为衬砌裂缝，裂缝分布在边墙处，主要为环向裂缝；隧道共发现6处渗漏水；局部区段衬砌背后混凝土不密实或脱空缺陷。

（2）对所调查的隧道裂缝参数进行分析，得出裂缝产生的原因；重点分析了对隧道结构安全性影响较大的纵向裂缝，初步判断主要是外荷载作用产生的。

（3）针对隧道裂缝、渗漏水以及衬砌背后脱空等不同病害，提出了相应的治理对策。

[1]关树宝.隧道工程维修管理要点集[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]王建宇.胡元芳.对岩石隧道衬砌结构防水问题的讨论[J].现代隧道技术，2001(2):20-25.

[3]徐学深.某公路隧道病害成因分析及处置对策[J].中国水运，2012，12（3）：187-188.

[4]刘庭金，朱合华，夏才初，等.云南省连拱隧道衬砌开裂和渗漏水调查结果及分析[J].中国公路学报，2004，17（4）:64-67.

[5]蒲春平，夏才初，李永盛，等.隧道的温度应力及由其引起的裂缝开展规律的研究[J].中国公路学报，2000，13(2):76-79.

[6]李治国，张继奎.病害隧道调查及裂缝治理技术[J].现代隧道技术，2002，（增）：441-446.

责任编辑：孙苏

Investigation Counts and Countermeasures of Road and Tunnel Hazzards in Operation

Based on the carefulinvestigation of the hazards oftwo tunnels in Chongqing,the occurrence and causes of hazards like lining crack,leakage and lining back cavities are analyzed with countermeasures presented in hope ofoffering some references for similartunnelproject.

road tunnel;hazard investigation;lining crack;leakage;countermeasures

U457+.2

A

1671-9107（2013）02-0044-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.02.044

2012-10-29

何品祥（1971-），男，重庆人，工程师，主要从事公路工程、桥梁隧道、道路监管和检测工作。