陳林

摘要：文章針對(duì)襯砌裂損病害對(duì)公路隧道結(jié)構(gòu)的危害，結(jié)合六寨至河池高速公路龍里二號(hào)隧道工程實(shí)例，介紹了公路隧道襯砌裂損病害的檢測(cè)方法，分析了隧道襯砌裂損的原因，并提出了相應(yīng)的治理對(duì)策。

關(guān)鍵詞：公路;隧道;襯砌裂損;病害檢測(cè);治理

0 引言

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來(lái)越完善，公路事業(yè)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為世界上隧道里程和數(shù)量最多的國(guó)家。我國(guó)幅員遼闊，公路工程項(xiàng)目施工建設(shè)過(guò)程中，施工質(zhì)量非常容易受到氣候和地質(zhì)災(zāi)害等因素影響。隧道建成運(yùn)行過(guò)程中容易有不同形式病害出現(xiàn)，尤其以襯砌裂損和滲漏水等問題最為嚴(yán)重。必須要做好對(duì)公路隧道襯砌裂損病害的檢測(cè)，并給予針對(duì)性的處理措施，本文就此展開了研究分析。

1 隧道襯砌裂損病害簡(jiǎn)述

當(dāng)前我國(guó)公路隧道病害主要集中在襯砌等方面，比如襯砌變形、襯砌開裂、襯砌移動(dòng)、襯砌內(nèi)外腐蝕等。襯砌主要是維持隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，不管何種形式病害，都會(huì)對(duì)隧道的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響和威脅，進(jìn)而影響隧道使用可靠性和安全性。因此，想要使隧道使用安全性和可靠性得到保證，必須要提高對(duì)隧道襯砌裂損和腐蝕等病害形式檢測(cè)方面的重視程度，給予針對(duì)性的維修加固措施。隧道工程襯砌病害會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，尤其是襯砌裂損病害，不僅對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性有嚴(yán)重影響，還會(huì)對(duì)行駛安全造成威脅，增大隧道維護(hù)成本。因此，定期做好隧道襯砌的檢測(cè)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道病害的有效控制，同時(shí)還能夠最大限度降低隧道病害發(fā)生率。

2 工程概況

廣西六寨至河池高速公路龍里二號(hào)隧道位于黔桂兩省區(qū)交界處，全長(zhǎng)422m，洞身凈寬9m，設(shè)計(jì)為整體式雙連拱隧道，是貴州都新高速公路進(jìn)入廣西境內(nèi)接六寨至河池高速公路的“省門”。該隧道自2009-07-11順利貫通，目前隧道使用年限已達(dá)11年，圍巖襯砌結(jié)構(gòu)存在有較多裂縫，滲漏水情況嚴(yán)重，尤其在冬季路面結(jié)冰條件下對(duì)行車安全有嚴(yán)重影響，拱頂上方位置裂損情況最為嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)掉塊。

3 隧道襯砌裂損病害檢測(cè)

對(duì)龍里二號(hào)隧道的襯砌裂損病害檢測(cè)采用簡(jiǎn)易測(cè)量和觀察相結(jié)合的方法，然后將檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果以三維圖形的方式在電腦上展現(xiàn)出來(lái)，根據(jù)其裂損的形態(tài)，分析其產(chǎn)生的原因。具體方法如下：

（1）襯砌變形。將釬釘設(shè)在變形部位，并懸掛錘球，對(duì)應(yīng)埋設(shè)在隧道底部的固定點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)襯砌形變情況的觀測(cè)和計(jì)算。襯砌變形問題的出現(xiàn)與襯砌承載能力不足等有關(guān)，導(dǎo)致周邊巖體受到壓力作用發(fā)生變形，襯砌變形會(huì)產(chǎn)生一定的危害，也是襯砌開裂的主要影響因素。

（2）襯砌開裂。襯砌變形發(fā)展到最后就會(huì)造成襯砌開裂，襯砌開裂會(huì)出現(xiàn)裂縫和裂紋兩種形式，襯砌的開裂還會(huì)有錯(cuò)臺(tái)、張裂、壓潰等表現(xiàn)。本工程對(duì)襯砌裂縫的檢測(cè)方法采用超聲波測(cè)量、鉆孔測(cè)量、尺子測(cè)量等，對(duì)一些具有較強(qiáng)延展性的裂縫，采用金屬板測(cè)標(biāo)檢測(cè)。①可采取灰塊測(cè)標(biāo)觀測(cè)法，在裂縫起始處以及最寬處等位置設(shè)置;②用釬釘測(cè)標(biāo)觀測(cè)法，在裂縫兩側(cè)位置植入一般釬釘和L型釬釘，釘尖相交，通過(guò)釘尖相對(duì)位置變化實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫錯(cuò)距和擴(kuò)張程度的準(zhǔn)確測(cè)量;③采用金屬板測(cè)標(biāo)觀測(cè)法，在裂縫兩側(cè)固定兩個(gè)薄金屬板，一個(gè)劃有刻度，另一個(gè)劃零點(diǎn)，通過(guò)金屬板位置移動(dòng)明確裂縫情況;④利用讀數(shù)顯微鏡以及聲波檢測(cè)儀等設(shè)備檢測(cè)裂縫的深度和寬度等參數(shù);⑤利用敲打以及中鉆探檢測(cè)法等檢測(cè)襯砌背后密實(shí)性。經(jīng)過(guò)對(duì)該隧道的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在襯砌邊墻分布有縱向和斜向的裂縫，這些裂縫的形態(tài)為網(wǎng)狀，最長(zhǎng)5m，最短0.8m左右。在襯砌拱壁部分地方的裂縫分布為斜向和環(huán)向，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的分離性，比較嚴(yán)重的區(qū)域分布有網(wǎng)狀的深度裂縫。拱頂?shù)牧芽p大大超出拱腰的裂縫，這些裂縫的寬度在1～7mm之間，長(zhǎng)度在0.8～12m之間?？偟膩?lái)看，裂縫的出現(xiàn)與彎曲受拉和偏心受拉等因素有關(guān)，會(huì)存在有明顯的裂紋和裂面正交等特點(diǎn)，在裂縫邊緣位置存在有明顯壓碎狀，中間厚度厚，四周厚度薄。

4 隧道襯砌裂損的原因分析和治理對(duì)策

4.1 原因分析

龍里二號(hào)隧道地處廣西喀斯特地貌資源分布區(qū)內(nèi)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖溶廣布。通過(guò)對(duì)襯砌裂損病害實(shí)地勘查、檢測(cè)及查閱工程相關(guān)資料，并結(jié)合工程地質(zhì)、水文情況，總結(jié)出襯砌裂損的原因，主要包含有以下幾個(gè)方面：

（1）圍巖壓力受力不均。查閱地質(zhì)勘查資料后，發(fā)現(xiàn)該隧道兩側(cè)襯砌裂損部位的外圍覆土厚度存在不均勻情況，從而產(chǎn)生偏壓，導(dǎo)致隧道兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)承受不對(duì)稱的圍巖壓力，出現(xiàn)寬度較小的剪切裂縫等，存在有明顯錯(cuò)臺(tái)等表現(xiàn)，仔細(xì)檢查可見滑移痕跡。在這種情況下，襯砌拱腰位置就會(huì)產(chǎn)生裂損。一般在覆土較深的襯砌拱腰部位發(fā)生變形最大，拱腰部位也是裂損分布數(shù)量最多的地方。

（2）襯砌背后局部存在空腔。隧道襯砌背后有空腔存在，會(huì)產(chǎn)生凸向圍巖一側(cè)的自由變形，同時(shí)空腔部位的襯砌裂損分布集中?？涨坏拇笮∈菦Q定裂縫數(shù)量和深度的最直接因素，空腔的尺寸越大，襯砌發(fā)生變形的區(qū)域就越大，裂縫的數(shù)量和深度就越大。裂縫進(jìn)一步發(fā)展過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)較為明顯的混凝土擠壓掉塊的現(xiàn)象。

（3）巖層基礎(chǔ)不均勻沉降。隧道巖層基礎(chǔ)不均勻沉降作用下，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彎拉變形及扭曲變形，其應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度極限，進(jìn)而有彎張損裂出現(xiàn)。其破口位置表現(xiàn)出鋸齒狀，這種形式的裂縫由多條方向相似裂縫組成，呈斜向發(fā)展趨勢(shì)。

（4）在設(shè)計(jì)方面，隧道設(shè)計(jì)前，受到隧道周邊復(fù)雜地質(zhì)條件等因素影響，為襯砌類型選擇和圍巖級(jí)別劃分造成較大難度，容易有襯砌結(jié)構(gòu)與巖層荷載不一致等情況出現(xiàn)，從而出現(xiàn)裂損病害。實(shí)際上，隧道設(shè)計(jì)初期階段很難設(shè)計(jì)出絕對(duì)適合圍巖實(shí)際情況的設(shè)計(jì)方案，只能在施工過(guò)程中結(jié)合實(shí)際情況不斷優(yōu)化和調(diào)整，這些設(shè)計(jì)方面問題的出現(xiàn)容易導(dǎo)致隧道襯砌強(qiáng)度下降，造成襯砌局部裂損現(xiàn)象。

（5）在施工管理方面，隧道在施工技術(shù)方面的要求相對(duì)較為嚴(yán)格，施工方法特殊，施工建設(shè)過(guò)程中容易受到多個(gè)方面因素干擾和影響，比如施工過(guò)程中存在有超欠挖、拱架支撐變形過(guò)大、過(guò)早拆除模板支撐等風(fēng)險(xiǎn)，使襯砌承受超容許的荷載，容易產(chǎn)生裂損。這些風(fēng)險(xiǎn)未能及時(shí)有效處理，則在襯砌厚度方面會(huì)出現(xiàn)一定的偏差。另外，拱背背后有局部空腔，如果圍巖出現(xiàn)變形，非常容易導(dǎo)致襯砌局部存在過(guò)大受力出現(xiàn)裂損，在圍巖未能穩(wěn)定情況下展開襯砌施工，襯砌負(fù)荷會(huì)有明顯增大，進(jìn)而造成損傷。

（6）侵蝕介質(zhì)腐蝕。隧道所處環(huán)境地下空氣濕度大，同時(shí)空氣和水等介質(zhì)中存在有酸堿鹽粒子，這些侵蝕性介質(zhì)的存在非常容易造成襯砌腐蝕。比如氣態(tài)介質(zhì)侵蝕等，導(dǎo)致混凝土逐漸發(fā)生碳化并造成鋼筋的銹蝕，最終發(fā)展為襯砌裂損。

（7）其他原因。受到地震、泥石流等災(zāi)害因素影響，或者隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中未能做好相關(guān)維護(hù)工作等，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的病害并采取有效預(yù)防措施，最終導(dǎo)致病害惡化。

4.2 治理對(duì)策

襯砌損裂病害的治理需要從損裂的寬度、長(zhǎng)度、受力以及發(fā)展趨勢(shì)等方面綜合分析考慮，不同損裂區(qū)域采取針對(duì)性的處理措施，確保圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，最大限度減少對(duì)原襯砌的擾動(dòng)，使襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和整體性得到保證?，F(xiàn)階段，常見的襯砌損裂病害治理對(duì)策主要有提高襯砌后背圍巖穩(wěn)定性和補(bǔ)強(qiáng)襯砌本身強(qiáng)度兩種。而龍里二號(hào)隧道主要以提高襯砌后背圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行處置。針對(duì)該隧道襯砌后背存在空腔和裂縫，且表面有水漬的現(xiàn)象，為了增強(qiáng)襯砌后背圍巖穩(wěn)定性，本工程采用騎縫注漿法施工，取得了良好效果。其原理就是利用高壓注漿泵產(chǎn)生的壓力，將水性聚氨酯注漿材料通過(guò)止回針頭注入襯砌后背的空腔和裂縫中，使其從空隙間向四周擴(kuò)散。由于水性聚氨酯材料有遇水快速膨脹的特性，當(dāng)它遇水后會(huì)立即進(jìn)行聚合反應(yīng)，分散乳化或發(fā)泡膨脹硬化，并與砂石泥土固結(jié)成一種彈性固結(jié)體，使襯砌背后形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，起到提高襯砌后背圍巖穩(wěn)定性和堵水的作用。同時(shí)，在相對(duì)封閉的注漿體系中，聚合反應(yīng)放出的CO2氣體會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)壓力，推動(dòng)漿液向疏松的孔隙、裂縫深入擴(kuò)散，使空隙完全被漿液所填充，增強(qiáng)了堵水效果，漿液膨脹受到限制越大，所形成的固結(jié)體越緊密，使襯砌背圍巖穩(wěn)定性和堵水能力越高，從而降低了襯砌裂損病害的發(fā)生概率。

5 結(jié)語(yǔ)

公路隧道襯砌裂損病害的出現(xiàn)不僅會(huì)使隧道的正常使用受到影響，同時(shí)在很大程度上會(huì)縮短隧道運(yùn)營(yíng)周期以及使用壽命，導(dǎo)致隧道使用人員的生命財(cái)產(chǎn)安全受到影響和威脅。針對(duì)公路隧道襯砌裂損病害，必須要明確問題出現(xiàn)的原因，做好各項(xiàng)檢測(cè)工作，結(jié)合實(shí)際情況采取針對(duì)性的處理措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂損問題的有效解決和處理，最大限度降低隧道襯砌損裂的影響和危害，維持公路正常運(yùn)行。

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