公路隧道病害成因分析及治理研究

程度均

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州　贵阳　550001)



公路隧道病害成因分析及治理研究

程度均

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳550001)

文章结合工程实例，分析了公路隧道病害的主要类型及其产生的原因，并提出锚杆加固、水害防治、拱背注浆、粘贴碳纤维等相应的治理措施，为隧道的安全运营及发展奠定良好的基础。

公路隧道；病害成因；治理措施

0　引言

伴随我国交通事业的不断发展，公路隧道的规模与数量不断增大，这在完善国内交通网络布局的同时，极大地提升了路网运输能力，更好地推动了社会与经济的飞速发展。尽管隧道建设耗时费工，而且还存在一定安全风险，但这不足以抵挡隧道建设的发展步伐，隧道建设也必将成为交通事业未来发展的重心。但在实际情况中，公路隧道时常会出现一些病害，如衬砌裂损、水害、衬砌侵蚀等，这些病害一旦出现，将会对隧道运行质量造成严重的影响，甚至还会引发安全事故，为此需要在充分认识隧道病害防治重要性的基础上，及时采取科学有效的措施对各类病害进行防治，进而从根本上保证隧道运行质量与效率，保障隧道安全。

1　工程概况

某公路隧道主体位于山区内，进出口坡角相对较大，其中出口坡角为37°，进口坡角为20°，在进出口处均发现残坡积层，厚度为3～8 m。由于隧道施工与外界因素的影响，隧道多处裂缝，主要分布在拱部与墙部，如图1～2所示。

图1　隧道拱部裂缝示意图

图2　隧道墙部裂缝示意图

通过进一步检查，本隧道的裂缝主要为微观裂缝，通常按水平方向分布，且伴有一定自愈倾向。为更好地掌握隧道情况，现将病害具体位置、形态及主要部位作为主要对象在隧道现场进行全面调查。各对象调查结果见表1～3。

表1　隧道裂缝具体位置调查结果表

表2　隧道裂缝形态调查结果表

表3　裂缝主要部位调查结果表

2　公路隧道病害成因分析

2.1水害及其成因

隧道开挖施工打破了原本的水系平衡，使得赋存在隧道周边的水逐渐汇集至围岩，进而引发不同程度的水害[1]。此外，如果围岩和含水层直接连通，衬砌自带防水系统将很难适应这种情况，防水能力失效导致水害发生。调查显示，使用年期超出8年的隧道中，有近70%的隧道存在水害问题。而现存病害的公路隧道中，更有90%都存在不同程度的水害问题。

隧道水害一旦发生，会大幅提升隧道中的湿度，使线路等不能继续正常工作，直接降低隧道运行安全性。另外，水害还会引发多种其他病害，如渗漏等现象导致的衬砌开裂等，若水害现象始终没有得到重视和解决，还有可能使裂缝进一步蔓延和扩大。

2.2雪害、冻害及其成因

在我国，冻土地区的分布十分广泛，常年冻土面积为陆地总面积的20%左右，为陆上工程建设，尤其是公路、隧道建设带来了极大的不便。在冻土地区修筑的隧道经常会出现冻害问题，而且在北方等寒冷地区还会出现雪害。这些病害一旦发生，不仅会对隧道稳定性等造成显著影响，还会中断交通运行，严重时还会引发交通事故。

2.3衬砌裂损及其成因

按照裂损形式及损坏程度的不同，可将衬砌裂损分为以下几类，变形、开裂、腐蚀、空洞、下沉与破损等。造成衬砌裂损的原因极其复杂，衬砌自身原因、土体挤压以及水害等都会引起裂损。如果隧道出现裂损问题，不仅会造成地下水外渗，还会加剧侵蚀，造成一系列不良情况，严重威胁隧道安全。

2.4衬砌侵蚀

对于衬砌侵蚀而言，由于其存在一定不可预见性和隐藏性，所以准确检测是预防侵蚀的关键，常用的检测手段有：钻孔取样、地探雷达等。其中，地探雷达的使用频率最高，且效果突出，其主要利用冲击波传播原理，通过向地层中发射高频电磁脉冲，根据反射波掌握地层基本情况，再进行相应的计算和分析，了解动态模量等相关信息，进而准确判断出衬砌的实际侵蚀程度，为后续治理工作提供可靠的数据参考和依据[2]。

3　公路隧道病害治理措施

3.1锚杆加固

充分利用锚杆系统所具有的挤压与加固作用，使完成加固后的围岩可以和病害部位形成一体，达到有效抑制病害扩大的效果。在对锚杆加固进行设计时，需先查清拱背回填与衬砌的情况及厚度等信息，保证所用锚杆可以完全穿越回填材料，并深入到围岩的一定深度内。与此同时，在对锚杆进行安装设置以前，还要对衬砌后方存在的孔洞进行充填，填料选用与衬砌材料相适应的泥浆，确保衬砌的实际抗压系数处在规范限度内。

3.2隧道水害防治

(1)优化材料选取

通过对材料的进一步优化和完善可有效提升混合料综合性能，如尽量使用级配优良的石料，适当添加一定量的抗剥落外加剂等。

(2)结构防治措施

对隧道内的防排水系统进行完善，必要时增设排水暗管，确保水体不会对隧道结构层造成侵蚀。

(3)切实加强养护

制定合理的定期养护制度，并严格执行，通过规范有效的养护措施起到预防水害发生和控制水害进一步发展的作用，时刻保障隧道安全。

3.3拱背注浆

针对损坏情况较为严重或拱背部出现空洞的情况，可采取注浆措施进行治理和加固。通过注浆，既能使衬砌和围岩更好地结合，确保荷载作用的均匀性，提高围岩抗力，还能对衬砌约束条件进行改善，达到约束围岩有效松弛的目的；此外，还可以促进隧道防排水。施工过程中，大多使用长度为2.5～4.5 m的小导管进行注浆，导管环向与纵向的间隔需要根据空隙进一步确定，通常≤1.0～3.0 m，按照梅花形进行布置。浆液的选择对象主要有三种，分别为水泥单液浆、水泥与水玻璃双液浆和水泥砂浆。在本隧道中，主要选用水泥砂浆。具体的施工设计参数为：注浆孔孔深将穿越衬砌实际厚度为基准，50 mm孔径，注浆压力≥0.75 MPa。

3.4碳纤维粘贴

使用树脂材料在衬砌表面粘贴碳纤维，以此形成碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，CFRP)[3]。这种复合材料可以和混凝土材料进行协同工作，在裂缝封闭、改善受力性能等方面，使用效果十分显著。实验说明，采取这种措施对结构物进行补强，可大幅提升被补强结构的承载力，并且碳纤维本身是一种具有高强度、高耐腐蚀性的材料，在隧道病害防治工作中极其适用，有着良好的推广与使用价值。

3.5裂缝处治

(1)表面涂抹

如果裂缝宽度<0.5 mm，且不存在剪切错动与渗漏水现象，不会对结构使用造成影响，则可在实际情况中运用表面涂抹的方法进行处治。

(2)凿槽封缝

针对较大的裂缝，其缝宽≥0.5 mm，最大缝宽在3 mm以内，可运用凿槽的方法进行处治，凿槽完成以后进行冲洗和风干，并使用环氧树脂等材料实施封缝，具体操作过程如图3所示。

图3　裂缝凿槽封缝处治图

3.6加强隧道健康监测

条件允许的情况下，建议在隧道关键位置装设监控系统，实现隧道内情况的实时监控与分析。既可以通过结构监测及时掌握各结构层基本情况，保证隧道处于安全状态，以有效延长其使用寿命；同时，也可以借助监测系统尽早发现病害，做到“早发现早处理”，可在控制病害发展的同时节约成本。除此之外，还可运用先进的现代化技术创建一个完善的报警系统，进而从根本上提升隧道安全管理的科学性与有效性。

4　结语

公路隧道是一项复杂且系统的工程，不仅施工难度大、影响因素多，在使用阶段还极有可能产生各种病害。基于此，为有效防止病害的产生，需先对病害成因进行深入的分析，再根据病害的程度和类型，选出有效的治理方法，从而将病害造成的影响与损失降低到最小限度，确保隧道通行安全、通畅。

[1]代高飞，朱合华，夏才初.某公路隧道病害成因分析与治理研究[J].中国安全科学学报，2005(12)：89-92，139.

[2]虞文锦，陈武威，周韵鸿，等.高速公路隧道病害的成因与治理[J].低温建筑技术，2012(4)：120-122.

[3]肖望成.高速公路隧道病害成因及治理技术分析[J].交通建设与管理，2015(6)：247-249.

Cause Analysis and Control Study of Highway Tunnel Diseases

CHENG Du-jun

(Guizhou Bridge Construction Group Co.，Ltd.，Guiyang，Guizhou，550001)

Combined with project practices，this article analyzed the main types of highway tunnel diseases as well as their causes，and proposed the corresponding control measures such as anchor bolt strengthening，flood control，arch-back grouting，and pasting the carbon fiber，thereby laying a good foundation for the safe operation and development of tunnels.

Highway tunnel；Disease causes；Control measures

U457+.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.017

1673-4874(2016)08-0064-03

2016-06-10

程度均(1962—)，工程师，研究方向：岩土工程；路基、隧道地质及隧道施工技术。