某公路运营隧道结构病害检测及安全分析

习小华 邓明伟

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.026

摘 要：运用无损探测技术如探地雷达法、极坐标法、回弹法等和常规探测技术对某公路隧道出现的病害进行了详细的调查、检测，确定了各类病害的分布特征及部位。运用荷载结构法对该隧道二衬病害的典型断面进行了结构安全性分析。分析结果表明，隧道结构病害断面的安全系数小于规范值，不安全；隧道拱顶的安全系数最小。

关键词：隧道 病害 检测 安全分析

中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（b）-0026-02

隧道的主体是人工地下结构，长期处于天然介质的环境中，由于受设计水平、施工质量、材料老化以及赋存环境等影响，隧道在运营过程中，不可避免地会出现如渗漏水、衬砌裂损、断面变形、隧道路面开裂等病害。这些病害和对隧道的安全、健康、正常运营有重要影响和威胁[1，2]。因此，在隧道的运营过程中需要对隧道病害情况进行检测，了解病害的类型及其分布情况，进而对隧道结构安全性进行分析，以便掌握隧道结构安全状况，为隧道病害处治提供依据[3，4]。

1 工程概况

某公路隧道位于萍乡市境内，全长440 m，进出口为翼墙式洞口形式。隧道内平面为直线，纵面设置了2.9%的纵坡，为单心圆拱曲墙衬砌。隧道穿越的围岩主要为中厚层千枚状粉砂岩、细砂岩、泥灰岩，距出洞口190～200 m范围内岩层破碎、地下水较多。该隧道建成通车已经10余年，出现了衬砌渗水、裂缝、路面开裂等病害。该文运用无损检测技术和常规检测技术对某公路隧道的各类病害进行详细的调查、检测，并计算了其结构的安全系数，对隧道结构病害的安全性能进行了分析。

2 检测结果

采用无损检测技术如探地雷达法、极坐标法等以及常规检测技术对公路运营隧道的病害情况进行了检测，具体检测结果如下。

2.1 探地雷达检测

（1）二衬混凝土厚度，二衬混凝土检测部位实测厚度与设计厚度差值为-4.7 cm（-表示小于设计值）～+3.5 cm（+表示高于设计值），厚度比较均匀。厚度不足的地段主要拱顶附近，其主要原因隧道围岩欠挖或初期支护厚度不够；超厚的地段主要分布在拱脚附近，其主要原因隧道围岩超挖。（2）二衬混凝土胶结情况，探地雷达检测结果表明，6处衬砌混凝土背后存在空洞，主要分布在拱顶；18处衬砌混凝土不密实，主要分布在边墙；其主要原因振捣不均匀、不够密实或振捣压力不够。

2.2 隧道断面检测

该隧道11个断面轮廓线检测结果表明，隧道实际内轮廓线与设计轮廓线基本一致，部分断面内轮廓线在拱腰附近侵入设计内轮廓 ，但均未侵入建筑限界。

2.3 衬砌混凝土强度检测

采用回弹法对隧道衬砌混凝土抗压强度进行了检测，共检测了9个断面，9个断面的混凝土混凝土抗压强度的推定值均大于设计值。

2.4 衬砌裂缝检测

该次检测共发现隧道衬砌裂缝19条，其中14条环向裂缝，3条纵向裂缝，1条斜向裂缝。环向裂缝主要分布在侧墙与拱脚范围，长约0.80～5.00 m，宽约0.20～0.40 mm，以小裂缝为主，深约44～185 mm。纵向裂缝主要分布拱腰附近，长约3.00～5.00 m，宽约0.16～0.30 mm，以小裂缝为主，深约76～1 113 mm。

2.5 衬砌渗漏水检测

该次检测发现53处隧道衬砌渗漏水，其中30处施工缝渗水、12处裂缝渗水、4处点渗，14处面渗，以施工缝渗漏水为主，水量较少。

各段的病害情况见表1。

3 结构安全分析

3.1 计算方法及原则

目前，公路隧道的结构设计计算方法，按衬砌与地层相互作用方式的不同，分为荷载结构法和地层结构法。《公路隧道设计规范》JTG D70-2004中规定，深埋隧道中的整体式衬砌、浅埋隧道中的整体或复合式衬砌及明洞衬砌等应采用荷载结构法计算。深埋隧道中复合式衬砌的二次衬砌也可采用荷载结构法计算。

根据隧道的工程特点以及结合《公路隧道设计规范》JTG D70-2004中的相关规定，采用荷载结构法对隧道二次衬砌的内力进行计算，对结构安全性进行评价。针对裂缝及二衬厚度不足厚度，根据实际厚度与设计厚度比，进行刚度折减计算出实际衬砌材料参数；未配筋断面，按照素混凝土进行验算；配筋断面按照实际配筋面积进行验算。

3.2 断面的选取及计算参数

该隧道围岩级别主要有Ⅲ级（K0+096～K0+381）、Ⅳ级（K0+044～K0+096）、Ⅴ级（K0+000～K0+044、K0+381～K0+440）。结合现场调查及质量检测结果，选取了3个典型断面即K0+210、K0+335、K0+375、K0+435进行安全分析，以K0+435断面安全系数计算为例进行说明。

K0+381～K0+440段范围围岩级别为V级，衬砌类型为V级围岩衬砌，二衬配有钢筋，强度满足设计要求。该段隧道二衬在顶拱、拱腰以及墙脚部位分布有若干竖向和纵向裂缝，宽度在0.16～0.3 mm，深度在63～94 mm之间，大多集中于边墙部位。K0+435断面的右侧墙处存在1.6 m的裂缝，宽0.3 mm，深度94 mm。其计算参数见表2～表4。

3.3 计算结果

K0+435断面的计算结果见图1、图2，依据图1及图2的计算结果可以计算出不同部位的安全系数，拱顶的安全系数最小，处于不稳定状态，需要进行加固处治。

4 结语

在隧道的运营过程中，由于受到施工质量水平、设计能力、地质环境、运行车辆等的影响，不可避免地会产生衬砌裂缝、渗漏水、衬砌混凝土劣化等病害。因此，在隧道运营过程经常采用无损检测技术和常规检测技术对隧道病害进行检测，确定隧道病害的分布特征及相关参数，进而对隧道结构的安全性进行分析，为隧道的维修、养护及加固处治设计提供依据。

参考文献

[1] 王春景.运营公路隧道结构病害安全性评估及综合处治技术研究[D].中南大学，2010.

[2] 代高飞，窦庆峰.某公路隧道健康状态诊断研究[J].采矿与安全工程学报，2007，24（1）：65-69.

[3] 王芳其，刘永华，王连成.重庆八一隧道病害检测与整治[J].公路交通技术，2008，4（2）：112-116.

[4] 胡伟，曾雄鹰.老木峪隧道病害检测分析评估[J].企业技术开发，2008，27（3）：26-29.