隧道结构常见病害及整治方法
隧道结构常见病害及整治方法
李帅
深圳市地铁集团有限公司运营总部维修中心
摘要：本文重点对隧道病害成因进行分析的基础上，主要归纳了公路隧道常见病害，并对其进行简单的分类，阐述了衬砌裂损和渗漏水公路隧道病害形式的整治措施进行，以期对隧道病害有更深的认识。
关键词：隧道；病害；整治
我国是一个多山的国家，山地和丘陵占据了国土面积的75%左右，近年来，随着我国高速公路及铁路建设的迅猛发展，交通基础设施建设规模的不断扩大，为保障行车的安全性、舒适性与快捷性，公路隧道的数量和占路线总里程的比例越来越高。然而，相当比例的隧道出现衬砌厚度不足和衬砌背后空洞，以及由此引发的变形、裂缝及渗漏水等病害问题。座运营铁路隧道统计资料分析表明，隧道均不同程度存在衬砌变形、裂缝和渗漏水等问题，占总数左右的隧道出现衬砌渗漏水和结构裂损等病害。而据调查，日本以上的公路隧道和铁路隧道，存在隧道病害，大约有的隧道病害严重（衬砌开裂、衬砌剥落、路面变形、塌落等），我国公路隧道目前尚未展开大规模的隧道病害调查研究工作。这些隧道结构常见病害对交通的不利影响十分显著，人们对隧道病害问题己经越来越重视，本文主要对隧道病害成因进行简单的分析，研究归纳公路隧道常见病害，并对其进行简单的分类，以期对隧道病害有更深的认识。
1公路隧道常见病害成因分析及分类
1.1公路隧道常见病害的成因
（1） 洞口段岩体稳定性差
洞口边坡和仰坡不稳，导致危石脱落或坡面失稳，在遇雨水冲刷则容易坍塌，或使片石护坡破损等；洞口段不良地质也会导致山体滑移，挤压洞门，使得洞门衬砌、挡墙或翼墙开裂；洞口段的排水设施若失效，也会使边坡和仰坡失稳，如隧道进口处截水天沟的损坏，失去了正常排水功能，使得边坡坍方。
（2） 不良地质中的隧道病害
处于不良地质体（如岩堆、暗河、溶洞、泥石流等）中的隧道，在施工期间由于未能有效处理，为运营期留下隐患，随着运营期的增长，极易出现病害，如衬砌变形、拱墙错台等。
（3） 既有线未衬砌隧道
我国公路隧道有一批因为施工时围岩比较好而未施作衬砌的隧道，服役多年后，围岩风化，其稳定性下降，并逐渐出现问题；未衬砌隧道对自然通风不利，也为隧道设置通风、照明等装置带来困难，且有待对其长期稳定性进行判断。
（4） 隧道灾害性破坏或损伤
火灾：公路隧道一旦发生火灾，造成的后果是十分严重的。目前，有效可靠的防隧道火灾对策尚未形成，对火灾后的隧道衬砌承载能力、使用寿命以及相应的补救措施等尚未提出进行评定和实施的标准；地质灾害：由于滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害对隧道的危害，设计阶段重视不够，运营后出现灾害，整治费用及难度都异常大；冻害：北方严寒区域，因冻害导致的衬砌裂损亦不在少数，冰条、冰柱侵入限界威胁行车安全的现象也时有发生。应当制定出隧道冻害劣损的评定标准，并依据导致冻害的气候条件、水文条件给出不同的设计准则、冻害预测及整治对策。
地震：发生过地震的隧道，一般浅埋段和洞口段的损伤程度比埋深较大的洞身段要严重，应对其作分段评定，并结合抗震设计，对地震区的隧道设计和震后整治提出对策。
（5） 既有线上临近隧道施工的影响
因既有线电化、扩能和改造工程导致既有隧道出现病害的情况也比较突出。现有设计与施工规范对临近隧道的施工问题不够重视，缺少切实有效的技术准则及管理措施，使得目前未能有效地解决此问题。
（6） 新建线隧道残留病害
隧道工程具有其自身特点，地质复杂，修建困难，由于人们对自然认识上的不足，加上原有的基建和运营投资和管理体制不协调的问题等，造成新线运营后就带来相当多病害问题。
（7） 勘测和设计阶段
设计人员开始设计前，无法准确判断对隧道衬砌结构安全性影响很大的地质构造和地貌，或没能全面细致地调查，对衬砌周边地下水源、水质、水量、溶洞、地质状况和岩体级别等勘察不全，使得设计时围岩分类不准，导致衬砌厚度出现计算不足而出现衬砌裂损。设计时忽视了防水、排水、隔热、回填等某些必要的设计，而只重视建筑与结构上的规定，导致衬砌出现腐烛、渗漏水等病害。
（8）施工期间
施工方法落后造成隧道出现病害。落后传统的施工技术（如先拱后墙、上下导坑）在隧道拱部时常留下不密实回填导致的空洞，边墙同拱脚的结合部位也处理不当，围岩未得到有力支护，变形过大，使得岩石塌落于衬砌上，围岩逐渐松动，最后形成的天然拱同设计状态差距较大。施工工艺不当，设计意图和设计质量达标的实现需要优良的施工技术。但某些施工方为追求自身利益，使用不合理的隧道支护方法或选用不合理的衬砌施工相关参数，导致不必要的麻烦。
（9）运营管理时
隧道设备病害整治投入不足。由于交通部和各公路局每年用于隧道病害整治的投入与实际需要差距较大，欠账现象严重，与强基达标要求相差甚远。
隧道病害的基础资料不完备，缺乏信息化管理系统。隧道检查、检测、修理手段落后。大部分隧道都没有相应的检查设备，由于没有检查设备，隨道养护员工无法进行详细的检查，使发生的病害得不到及时发现。
除了以上原因，还有材料方面的原因，监理和验收部门的原因、养护维护方面的原因和人为破坏方面的原因等。
1.2常见病害分类
（1） 洞口、洞门病害
检测中常见的洞口病害有：边墙开裂、杂草滋生及边仰坡危石。
（2） 洞门病害
常见的洞门病害有：端墙开裂、钢筋外漏、洞门渗漏水和洞门墙杂草滋生。
（3） 衬砌开裂
衬砌开裂是指衬砌表面存在裂缝。包括张裂、错台和压溃三种形态。
（4） 衬砌水害
衬砌水害是隧道衬砌常见的病害，在运营隧道中，围岩的地下水和地表水直接和间接地以渗漏形式或涌出的方式进入隧道内造成危害。水害类型有多种，工程中常见的有：拱顶有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，少数隧道还存在隧道涌水病害。
（5） 砌劣化与腐蚀
隧道衬砌劣化主要表现为衬砌钢筋混凝土的老化，其劣化过程的本质也是衬砌的腐蚀过程。常见的隧道衬砌腐蚀病害主要有以下几类：碳化腐蚀，硫酸盐腐蚀、硝酸盐腐蚀、氯离子腐蚀、镁盐腐蚀
2 隧道结构病害整治方法
2.1衬砌裂损的处治技术
（1） 裂缝处治
小裂缝，又无渗水，可用水泥楽嵌补，或先凿槽后再用水泥砂柴或环氧树脂砂浆涂抹。为防止砂浆固结收缩，可在制备时加微膨胀剂；②裂损严重，拱圈有多道裂缝，部分失去承载能力，原则上拆除重建，一般用锚网喷或喷射早强钢纤维混凝土；③开裂严重，但拱圈基本形状无较大变形时，可采用素喷或网喷混凝土整治。
（2） 衬砌背后空洞压漿
隧道压浆耗费水泥量较大，为了节省水泥和投资，可选用水泥粉煤灰砂柴、水泥沸石粉砂漿、水泥粘土砂柴等可灌性好，抗渗性、耐腐蚀性较好的廉价材料。成昆线南段黑井、法拉等隧道通过含硫酸盐地层，衬砌产生裂损、漏水、腐蚀病害，采用网喷混凝土和压注水泥粉煤灰砂浆综合整治，取得较好效果。
（3） 底板的稳定处理
一般采用改建加深侧沟或增建侧沟、更换铺底方法整治。当为粘土质泥岩或为有膨胀特性的页岩时，宜增设仰拱，以防止边墙下沉、内移和隧底隆起。
（4） 换拱、换边墙
2.2隧道渗漏水治理技术
（1） 点渗漏治理
对点渗漏的处理，有表面封堵、浅孔注衆和埋管引排三种办法。
（2）线渗漏治理
隧道的线渗漏缝可分为循环施工缝、变形缝和衬砌受力后出现的乱向裂缝，治理技术主要有：循环施工缝的渗漏治理技术是化学注浆和赛柏斯堵漏；循环施工缝的渗漏治理技术是铝槽外排和管外排；变形缝的渗漏治理技术是暗埋PVC管排水法。
（3）面渗漏治理
面渗漏处治方案有两种，即表面涂刷和浅孔注浆。
3 结论
隧道结构病害对隧道结构安全和车辆运行有较大威胁，一旦出现病害，要及时分析其原因，采用科学的整治措施，以保证隧道的结构安全。本文对公路隧道常见病害成因分析及分类、隧道结构病害整治方法等进行了详尽的介绍，以期对今后隧道结构病害处治提供参考。