谷鳳先

摘 要：隧道工程在施工和使用過程中往往會(huì)遭遇各種病害，如滲水、裂縫、支護(hù)不穩(wěn)和地層沉降等，如果病害處理不及時(shí)，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患?；诖耍敿?xì)分析隧道工程中的常見病害及其成因，提出一系列施工處理技術(shù)及其實(shí)踐路徑，旨在為隧道工程施工和維護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道工程；常見病害；施工處理技術(shù)；實(shí)踐路徑

中圖分類號(hào)：U455.49? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2024）02-0016-03

1 隧道工程常見病害

1.1 滲漏問題

隧道工程在設(shè)計(jì)和施工過程中，常常會(huì)面臨各種技術(shù)和環(huán)境挑戰(zhàn)。其中滲漏問題尤為突出，成為影響隧道穩(wěn)定性和使用壽命的關(guān)鍵因素。

滲漏問題的發(fā)生通常源于多種原因的綜合作用，地層本身的性質(zhì)決定了隧道的滲水特性，比如含水量較高或孔隙率大的地層更容易導(dǎo)致水分滲入隧道內(nèi)部。隧道施工中的技術(shù)問題也會(huì)加劇滲漏現(xiàn)象，如施工過程中的爆破或挖掘可能會(huì)破壞原本相對(duì)密實(shí)的地層結(jié)構(gòu)，從而增大滲水通道[1]。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的不足或施工質(zhì)量問題也可能導(dǎo)致水分穿越隧道壁體。長(zhǎng)時(shí)間的水侵蝕可能會(huì)進(jìn)一步加速隧道結(jié)構(gòu)的劣化，導(dǎo)致隧道的失穩(wěn)或塌方，從而給人員和財(cái)物安全帶來嚴(yán)重威脅。地下水流動(dòng)性的變化、季節(jié)性的雨水滲透以及周圍環(huán)境的開發(fā)活動(dòng)都可能影響隧道的滲漏情況。

1.2 結(jié)構(gòu)裂縫

在長(zhǎng)期的使用和環(huán)境影響下，隧道工程也會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫病害。無論是表面性結(jié)構(gòu)裂縫還是深層結(jié)構(gòu)裂縫，都會(huì)對(duì)隧道的穩(wěn)定性和使用安全帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。

隧道施工過程中，不恰當(dāng)?shù)乇啤⑼诰蚧虿牧系倪x用，都可能導(dǎo)致應(yīng)力集中或內(nèi)部應(yīng)力不均，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和地震活動(dòng)也是裂縫產(chǎn)生的常見原因。地層的移動(dòng)或震動(dòng)可能導(dǎo)致隧道受到不均勻的外部力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變，最終導(dǎo)致裂縫的形成。

隨著時(shí)間的推移，這些裂縫可能會(huì)在環(huán)境因素如溫度、濕度變化或凍融循環(huán)的影響下逐漸擴(kuò)大。甚至?xí)驗(yàn)榍秩胨?，并通過這些裂縫進(jìn)入隧道內(nèi)部，對(duì)隧道材料造成腐蝕，從而引發(fā)滲漏問題，使裂縫問題進(jìn)一步惡化。

1.3 支護(hù)不穩(wěn)

隧道工程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)于確保隧道安全和延長(zhǎng)其使用壽命至關(guān)重要。當(dāng)支護(hù)不穩(wěn)或其完整性受到威脅時(shí)，隧道工程的安全性會(huì)受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

支護(hù)不穩(wěn)的表現(xiàn)形式多種多樣，例如支護(hù)體系的位移、變形、局部破損等，其產(chǎn)生的原因也是多方面的。地下水的沖刷和侵蝕，地層的壓力變化，隧道施工中的不當(dāng)操作、選材不當(dāng)，以及長(zhǎng)期的物理或化學(xué)腐蝕都可能導(dǎo)致支護(hù)不穩(wěn)。

隧道施工中，若施工方法不當(dāng)，例如支護(hù)的預(yù)應(yīng)力設(shè)置不合理或鋼筋籠的焊接不牢固，可能導(dǎo)致支護(hù)的初期不穩(wěn)定。隧道工程會(huì)穿越不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，不均勻應(yīng)力、地層變化或地下水流動(dòng)，都會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。地下水對(duì)隧道支護(hù)的影響尤為顯著，過多的水流會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)造成沖刷，導(dǎo)致其材料被剝蝕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱。

不均勻的土壤壓力或者鄰近的建筑、交通等人為活動(dòng)也可能增加隧道的外部載荷，導(dǎo)致支護(hù)承受過大的壓力，從而使其穩(wěn)定性下降。

1.4 地層沉降

地層沉降是由于土壤體積的減少或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重組而導(dǎo)致的地表下沉。地層沉降不僅可能影響隧道本身的穩(wěn)定性和完整性，還會(huì)對(duì)地表上的建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施造成影響，帶來安全隱患。鄰近的建筑或基礎(chǔ)設(shè)施施工也可能對(duì)隧道施工區(qū)域的地層產(chǎn)生壓力或引發(fā)土壤移動(dòng)，從而導(dǎo)致沉降。

在隧道施工中，土壤或巖石的移除會(huì)導(dǎo)致地下空間的形成。如果這些空間沒有得到及時(shí)和恰當(dāng)?shù)闹ёo(hù)或填充，土壤可能會(huì)因重力作用而下沉。地下水流動(dòng)、抽取或積聚都可能改變土壤的承載能力，尤其是在含有大量黏性土或疏松沙土的地方，地下水的變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致土壤的壓縮或重組，從而引發(fā)沉降。

施工中，爆破、鉆探或其他機(jī)械操作也會(huì)引起地層的振動(dòng)。這種振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致土壤顆粒重新排列，造成沉降。隨著時(shí)間的推移，土壤可能會(huì)因?yàn)橛袡C(jī)物的分解、化學(xué)反應(yīng)或其他生物活動(dòng)而發(fā)生變化，這些變化可能會(huì)影響土壤的結(jié)構(gòu)和承載能力。

2 隧道工程常見病害的施工處理技術(shù)

2.1 加強(qiáng)防水設(shè)計(jì)與施工

為應(yīng)對(duì)水的侵入和積聚，加強(qiáng)防水設(shè)計(jì)與施工是至關(guān)重要的步驟。由高彈性、耐磨損、耐腐蝕的材料制成的防水涂層，如聚合物、瀝青等，可為隧道壁體提供一個(gè)阻隔層，防止外部水分直接與隧道結(jié)構(gòu)接觸。技術(shù)要點(diǎn)包括：確保涂層材料的適應(yīng)性、均勻地涂抹、確保厚度一致以及充分固化等。

地下水排水系統(tǒng)包括一系列的排水渠槽、集水井和泵站，用于收集、引導(dǎo)并將積聚的水分排出隧道。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工必須考慮到地下水的流向、流速和流量。技術(shù)關(guān)鍵為：①確保渠槽的坡度和截面大小能夠滿足實(shí)際的水流需求。②集水井的布局應(yīng)考慮到隧道的最低點(diǎn)和地下水的高潮位，以確保有效的水收集。③泵站的配置和設(shè)計(jì)要確保其在大流量時(shí)仍能有效工作，且能防止水回流。

通過防水涂層和地下水排水系統(tǒng)，可以大大降低隧道工程中的滲漏風(fēng)險(xiǎn)，確保其長(zhǎng)期的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 采用彈性材料修補(bǔ)

在隧道工程中，采用彈性材料進(jìn)行修補(bǔ)是一種常見且有效的方法，尤其是針對(duì)裂縫、接縫和局部損傷等問題。如聚氨酯、硅橡膠等彈性材料，因其出色的伸縮性和附著力而受到工程師的青睞。彈性材料具有高度的延展性和恢復(fù)性，這使得其能夠在受到外部壓力或地下環(huán)境變化的影響時(shí)，吸收并分散應(yīng)力，從而減少再次損傷的可能性[2]。

彈性材料可以很好地與隧道原有的結(jié)構(gòu)材料結(jié)合，形成一個(gè)均勻、連續(xù)的修補(bǔ)層。在修補(bǔ)之前，要確保裂縫或損傷部分被徹底清理，去除任何松散的碎片或塵埃，確保彈性材料能與基材完美附著。不同的隧道病害和環(huán)境條件需要選擇合適的彈性材料。例如，對(duì)于經(jīng)常暴露于水的部位，應(yīng)選擇具有高度防水性的彈性材料。

大多數(shù)彈性材料都有其適宜施工的溫度范圍。因此施工時(shí)，要確保環(huán)境溫度處于控制范圍內(nèi)，以確保材料的性能和耐久性。修補(bǔ)完成后，需要給予足夠的時(shí)間讓彈性材料完全固化。固化期間，應(yīng)避免對(duì)修補(bǔ)部位施加任何外部壓力或載荷。

2.3 加固隧道結(jié)構(gòu)支撐

加固隧道結(jié)構(gòu)支撐的目的是確保隧道安全、提高其承載能力，并延長(zhǎng)使用壽命。通過加固材料和技術(shù)強(qiáng)化或修復(fù)受損結(jié)構(gòu)，使其重新分配荷載，從而達(dá)到加固效果。加固材料能提高隧道結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力，從而提高其對(duì)外部荷載和環(huán)境變化的抵抗能力。

在進(jìn)行加固前，需要對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面評(píng)估，確定加固的范圍、方式和必要性。常用的加固材料有鋼筋混凝土、碳纖維復(fù)合材料、預(yù)應(yīng)力錨桿等。選擇時(shí)，應(yīng)考慮隧道的使用環(huán)境、荷載情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。采用適當(dāng)?shù)氖┕すに嚭晚樞?，確保加固材料能夠與原有結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，發(fā)揮最佳作用。例如，使用碳纖維板加固時(shí)，需要確?；谋砻娓蓛?、粗糙，以提高附著效果。對(duì)加固過程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，包括材料檢驗(yàn)、施工質(zhì)量檢查以及后期的效果驗(yàn)證。加固隧道結(jié)構(gòu)支撐是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要結(jié)合隧道的具體情況，選擇合適的方法和材料，確保施工質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)加固的目的。

2.4 監(jiān)測(cè)與早期干預(yù)

為應(yīng)對(duì)地層沉降，對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)并在早期進(jìn)行干預(yù)，對(duì)確保工程安全和降低維修成本至關(guān)重要?？墒褂贸两涤^測(cè)儀、水平尺、測(cè)斜儀等進(jìn)行定期或連續(xù)監(jiān)測(cè)?？稍诘乇碓O(shè)立固定的標(biāo)識(shí)物，如沉降標(biāo)、水平基準(zhǔn)點(diǎn)等，通過對(duì)比多次觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算沉降量?？赏ㄟ^無人機(jī)、衛(wèi)星等方式獲取地表形態(tài)變化的數(shù)據(jù)，進(jìn)行大面積的沉降監(jiān)測(cè)。可通過地下聲波探測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地層的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)?？赏ㄟ^地下水泵抽或改變地下水流動(dòng)路徑，減少地下水對(duì)土壤的侵蝕和流失，從而控制地層沉降。

可通過向沉降區(qū)域注入水泥漿、化學(xué)漿等材料，增強(qiáng)土體的承載能力和穩(wěn)定性。在沉降傾向嚴(yán)重的地方，利用預(yù)應(yīng)力錨桿提供額外的支撐力，增加土體的穩(wěn)定性?？刹捎萌珥敼芊?、盾構(gòu)法等施工方法，減少對(duì)地層的擾動(dòng)，從而控制沉降。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，建立地層沉降的預(yù)測(cè)模型，提前預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的沉降情況，并采取早期干預(yù)措施。

3 隧道工程病害施工處理技術(shù)的實(shí)踐路徑

3.1 診斷與評(píng)估分析

隧道工程病害施工處理依托于準(zhǔn)確地診斷與評(píng)估分析，而數(shù)據(jù)收集是診斷的基礎(chǔ)。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、紅外線掃描和無損檢測(cè)技術(shù)如超聲波、地質(zhì)雷達(dá)等手段，可以獲取關(guān)于裂縫寬度、深度、位置和其他物理參數(shù)的詳細(xì)信息[3]。

實(shí)驗(yàn)室分析可以進(jìn)一步揭示問題的根源。對(duì)土壤和巖石樣品可以進(jìn)行壓縮、抗剪、滲透等測(cè)試，為后續(xù)評(píng)估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。針對(duì)隧道的具體部位和結(jié)構(gòu)，可以采用專用診斷工具。例如，對(duì)于隧道襯砌，可以使用荷載板試驗(yàn)和回彈儀來評(píng)估其結(jié)構(gòu)完整性和承載能力。

使用3D激光掃描可以精確地記錄隧道的幾何形態(tài)和變形情況，幫助分析沉降和位移的趨勢(shì)。通過水位觀測(cè)井和滲透測(cè)試，可以得知地下水位的變化及其對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的潛在影響。化學(xué)分析能檢測(cè)到是否存在可能導(dǎo)致腐蝕或礦化的有害化學(xué)物質(zhì)，這對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)尤為關(guān)鍵。

3.2 選擇合適的修復(fù)材料

隧道工程病害修復(fù)中，選擇合適的材料是關(guān)鍵步驟。在決策過程中，要提前進(jìn)行材料性能測(cè)試。針對(duì)特定病害，例如裂縫或空腔，可以選擇高強(qiáng)度混凝土或砂漿，確保它們與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合和持續(xù)性。

當(dāng)面臨襯砌強(qiáng)化時(shí)，碳纖維復(fù)合材料（CFRP）是理想選擇，其輕便、高強(qiáng)度的特性允許其輕松貼附在不規(guī)則的表面。對(duì)于細(xì)微裂縫和止水需求，環(huán)氧樹脂或聚合物注漿因其快速固化和良好的黏結(jié)性而被廣泛采用。大面積的空洞和土體穩(wěn)定問題更適合使用水泥基注漿，這是由于它與土壤和混凝土的兼容性極好。

在應(yīng)對(duì)快速止水或急需填充空間的場(chǎng)景中，聚氨酯泡沫的迅速反應(yīng)和膨脹特性使其成為首選。在加固或局部襯砌的情況下，可以選擇不銹鋼箍或束，它們提供了出色的耐腐蝕和長(zhǎng)期承載能力。而在需要增強(qiáng)土體穩(wěn)定性的地方，采用預(yù)應(yīng)力錨桿可以增強(qiáng)土體的抗剪性并為隧道提供額外支撐。

選擇修復(fù)材料時(shí)，要考慮施工條件、經(jīng)濟(jì)性和與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的兼容性，以確保最終選擇的材料能為隧道帶來長(zhǎng)久且有效的修復(fù)效果。

3.3 采取專業(yè)施工方法

采取專業(yè)施工方法是實(shí)現(xiàn)有效修復(fù)的關(guān)鍵，注漿法是將材料注入裂縫或孔洞中，以填充它們并恢復(fù)結(jié)構(gòu)完整性[4]。常用的注漿材料包括水泥漿、聚合物、環(huán)氧樹脂等。

對(duì)于活動(dòng)裂縫，可以采用低黏度的灌漿材料進(jìn)行灌注。使用預(yù)應(yīng)力錨桿或其他固定裝置，將隧道襯砌固定到穩(wěn)定的巖石或土層中。這種方法適用于處理滑移、隧道變形或巖體不穩(wěn)定的問題。針對(duì)滲水和微小裂縫，可以使用具有高粘附性和耐水性的特制材料，如環(huán)氧樹脂或聚氨酯，進(jìn)行封閉和密封。通過將碳纖維帶或布與專用樹脂一起應(yīng)用于受損區(qū)域，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。

對(duì)于嚴(yán)重受損的部分，最佳方法是完全切除受損部分，并用新的材料替換。對(duì)于隧道下沉或基礎(chǔ)不穩(wěn)定的問題，可以采用深層壓實(shí)方法，將加固材料注入地下，以增加土體的密度和承載能力。如果地下水存在問題，可以建立地下水排放系統(tǒng)，如井點(diǎn)系統(tǒng)或法蘭壁，以降低地下水位并減少對(duì)結(jié)構(gòu)的壓力。在選擇合適的施工方法時(shí)，需要根據(jù)隧道的具體病害、地質(zhì)條件、材料選擇、經(jīng)濟(jì)考慮以及長(zhǎng)期維護(hù)要求進(jìn)行綜合評(píng)估。

3.4 定期維護(hù)與后期監(jiān)測(cè)

為確保隧道長(zhǎng)期地穩(wěn)定運(yùn)行，需進(jìn)行定期維護(hù)和后期檢測(cè)。制定并實(shí)施隧道內(nèi)外部的巡查計(jì)劃，確保每個(gè)月至少進(jìn)行一次完整檢查。重點(diǎn)關(guān)注裂縫、滲水點(diǎn)和結(jié)構(gòu)變形的任何跡象。利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，可以識(shí)別出隧道內(nèi)部或附近的空洞、裂縫等潛在危險(xiǎn)。這種無損檢測(cè)方法可以定期進(jìn)行，以預(yù)測(cè)潛在的問題。安裝水量計(jì)或流量計(jì)在關(guān)鍵滲水區(qū)域，定期記錄滲水量，以監(jiān)測(cè)滲水狀況是否惡化[5]。

在隧道關(guān)鍵部位安裝位移傳感器或傾斜計(jì)，實(shí)時(shí)追蹤任何可能的位移或沉降，確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。通過安裝荷載傳感器和壓力傳感器，監(jiān)測(cè)隧道壁的荷載變化，確保其始終在安全范圍內(nèi)?？舍槍?duì)隧道內(nèi)的通風(fēng)情況，安裝空氣質(zhì)量傳感器，定期檢查氧氣、一氧化碳和其他有害氣體的水平?；谝陨系谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，制定定期的維護(hù)計(jì)劃。如發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)，立即采取措施，如封閉裂縫或加固結(jié)構(gòu)。對(duì)于空洞，要進(jìn)行填充或加固。

4 結(jié)束語

隧道工程病害及其施工處理技術(shù)是保障隧道工程安全、穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此要持續(xù)跟蹤技術(shù)進(jìn)展，深入研究病害成因與處理原理，并根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法和材料，確保隧道工程在復(fù)雜的自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景下，仍能保持其長(zhǎng)久的使用壽命和良好的運(yùn)行狀態(tài)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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