基于隧道病害成因調查分析的處治措施研究摘"要：通過裂縫儀、地質雷達等設備對隧道病害進行了現場調查。根據病害特征，將其分為裂縫、滲水滴水、襯砌背面脫空3類。根據裂縫是否滲水，進一步細分為滲水裂縫和非滲水裂縫。根據裂縫發(fā)展方向，進一步細分環(huán)向裂縫和縱向裂縫。根據裂縫深度，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)氧砂漿補平的基礎上，粘貼鋼板雙提供其承載力；對于裂縫深度較小、分布數量較多、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"CausesKANG"Hui"TIAN"Zhengzhong"YANG"Rui"HU"LiangkunJiangxi"Dongtong"Transportation"Technology"Co.，"Ltd.."Shaanxi"branch，"Xianyang，"Shaanxi"Province，"712000"ChinaAbstract："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、省道和高數公路中得到大量應用。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，隧道的建設為工程建設帶來了大量機遇和挑戰(zhàn)。另一方面，早期建設的隧道，由于建設經驗、施工技術、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，結合具體隧道工程，通過其病害調查分析，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)域屬構造剝蝕-溶蝕中-低山地貌，強烈切割地形，斷層、褶皺、巖溶構造發(fā)育。地層巖性以鈣質泥頁巖、粉砂質頁巖和泥巖、層間斷層破碎帶為主。場內有一條層間擠壓破碎帶，在帶內層間裂隙發(fā)育，巖體完整性差。區(qū)內地下水水量受季節(jié)降雨影響明顯，區(qū)內節(jié)理、裂隙、巖溶發(fā)育，導水性能良好。該隧道2004年建成通車后，隧道營運過程中出現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、病害程度進行調查分析，為該隧道病害處治提供依據。2"隧道病害調查2.1病害類別調查方法和方案該隧道病害調查內容包括環(huán)向裂縫、縱向裂縫、網狀裂縫、滲水裂縫與接縫損害、襯砌混凝土脫空。病害調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。裂縫寬度調查采用國產ZBL-F120裂縫寬度檢測儀，精度優(yōu)于0.01"mm。裂縫深度調查采用國產PTS-D20智能裂縫檢測儀，精度可達到5％。裂縫長度調查工具為皮尺，采用人工丈量的方法完成，讀數精度達到0.5"cm。裂縫寬度、裂縫深度、裂縫長度調查采用不同設備、儀器、工具。裂縫、接縫滲水調查時，先通過肉眼觀察是否有滲水、漏水現場。觀察是否有滲水、漏水現象時，必須持續(xù)較長的時間，應盡量在降雨期間觀察，并做好記錄和標志。當開展裂縫深度、寬度調查時，采用裂縫寬度儀、裂縫深度儀完成寬度、深度、長度調查。"板底脫空探測采用瑞典MALA"地質雷達ProEx主機、500"M天線、相應組件與專業(yè)分析軟件完成。2.2"裂縫與襯砌脫空調查2.2.1"裂縫情況與病害特征調查裂縫檢測按照隧道左側、右側分別實施。檢測內容包括裂縫特征、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)向裂縫占裂縫總數比為90.2%，縱向裂縫占裂縫總數比為9.8%。測點1出現36條裂縫，占27.3%；測點2出現14條裂縫，占10.6%；測點3出現2條裂縫，占1.5%；測點4出現12條裂縫，占比為9.1%；測點5出現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查此部分調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。調查檢測內容包括裂縫特征、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，實際位置和檢測結果會有較大偏差。從檢查結果可以得出：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)、拱頂兩側都有滲水病害現象發(fā)生。2.2.3"淺表裂縫情況與病害特征調查淺表裂縫是在肉眼觀察的基礎上初步擬定分類劃分出來的。對于淺表裂縫，根據多方面溝通研究，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。檢測內容包括裂縫特征、裂縫寬度、裂縫深度。從表調查統(tǒng)計結果可以看出：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"襯砌脫空調查襯砌脫空調查檢測時，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。從調查統(tǒng)計結果可以看出：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%；左側無襯砌背部脫空病害；右側拱腰、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)計及特征描述根據現場調查，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?？紤]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。伸縮縫是以隧道結構混凝土或鋼筋混凝土適應溫度變化、混凝土干縮產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構或地質影響而產生的襯砌背部空腔。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漏水滴水病害現象。3.2"地質問題根據水文地質資料，可以看出，該隧道地層巖性以鈣質泥頁巖、粉砂質頁巖和泥巖、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，隧道圍巖出現荷載松弛現象，從而增大襯砌壓力，導致襯砌開裂滲水。綜上所述，地質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計厚度、施工工藝等因素的影響。3.3"設計問題該隧道在湖北省公路隧道建設中屬于早期建設的隧道。2000年，該省公路隧道在山區(qū)修建尚處于起步階段，從設計到施工都存在經驗不足的問題，襯砌類型、厚度都影響到襯砌結構是否開裂，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。從調查結果來看，伸縮縫、接縫滲漏水現象比較普遍，設計排水方式可能存在一定問題。當然，地表排水系統(tǒng)的不暢通也是導致該隧道滲水和開裂的重要原因。3.4"施工質量與養(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計要求、混凝土拌和是否密實均勻、排水設施是否完整、排水設施施工中是否暢通也直接影響裂縫是否產生和發(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，造成開挖面出現超挖現象。緊接著，在襯砌澆筑階段，由于沒有充分振搗，導致襯砌厚度不均勻，從而出現拉應力集中現象。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，導致混凝土強度過低，并且后期養(yǎng)護不當，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)展已經對隧道結構承載力產生影響。建議對該部分裂縫在表面用環(huán)氧砂漿補平的基礎上，粘貼鋼板以提供其承載力。粘貼鋼板的材料品質屬性、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、分布數量較多、面積較大的裂縫病害，采用注漿加固的方式處治。