隧道衬砌背后空洞成因探究

周 宇 陈良锐

（重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074）

1 研究背景

这几年以来，中国一直致力于加大交通基础设施建设的规模，高速公路的发展得到了有效增强，为改善西部山地的线路类型和减少纵坡，以确保安全、舒适与驾驶速度，公路隧道的数量和总里程呈现出逐年上涨的大趋势。据交通部发布的《2016年交通行业发展统计公报》可以知道，到2016年为止，全国的公路总里程为469.63万公里，跟上一年相比增加了11.90万公里。全国的公路隧道有15181处、1403.97万米，跟上一年相比增加了1175处、135.58万米，在这当中特长隧道有815处、362.27万米，长隧道有3520处、604.55万米。根据国内外调查研究可以知道，很大一部分的公路隧道衬砌背后都有空洞病害等现象，它的存在对隧道内行车的安全、交通运营有着不小影响。隧道衬砌背后的空洞如果在发现的第一时间不对它进行加固等处理会造成衬砌结构进一步破坏，从财力方面来说是极大的浪费，又会对社会产生不好的影响。

2 空洞病害特点

2.1 空洞出现的因素多种多样。

自然和人为等多方面因素不断作用于衬砌结构所导致产生衬砌裂损。占主导作用的自然和人为因素不同时，隧道衬砌空洞破坏类型和外观特点也一定相同，而且在实际工程中主导因素往往不止一种。

2.2 成因不确定。

由于隧道深埋于围岩当中生存环境往往是不清楚的，不同类型衬砌破坏的外观表现形式可能大同小异，但是造成衬砌背后出现空洞的原因可能完全不同。隧道衬砌空洞破坏特征与病害成因之间并不是我们想象的相对应的关系。另一方面，在自然和人为多种不利因素相互影响下，不同因素对空洞影响的程度难以量化，导致病害的主导因素不好辨别，找不出空洞形成的真正原因。

2.3 空洞引起的衬砌破坏具有发展性。

由于空洞导致衬砌出现裂缝时，如果不及时对出现的裂缝进行整治处理，那么在各种因素的共同作用下会加速衬砌结构的劣化，承载能力会快速丧失，造成隧道功能不能满足运营条件。最常见的有衬砌出现裂缝，地下水沿裂缝从围岩渗漏到二衬里面，造成衬砌结构混凝土出现碳化，钢筋遇水的锈蚀等材料和结构劣化的产生，从而更加有利于隧道破坏，导致隧道还没有达到设计基准期就要进行大修。可以了解到衬砌破坏时要特别注意它的发展性，一旦发现及时展开工作对其进行检测、加固以及日常的维护保养，避免病害进一步扩大影响到人民群众的日常生产生活。空洞病害的形成有三种情况：第一种情况是在施工时产生的空洞没有及时发现并得到治理，所以继续发展扩大；第二种情况是现目前表现出暂时稳定或者经过处理的空洞受到外界扰动有了新的变化；第三种情况是完好的衬砌混凝土后产生了新的空洞。他们的成因多种多样大都跟下文所述原因有关系。

3 衬砌背后空洞出现原因

3.1 混凝土收缩

由于受温度应力、干燥收缩影响造成的空洞大多发生在横断面方向。另外，随着时间的推移，有时在纵向也会发生。温度应力的产生时间大致在混凝土浇注结束后7天左右，干燥收缩大致在混凝土浇注以后10天产生。总的来说，这两种因素产生的空洞大都出现在混凝土浇筑初期并且产生的空洞较小，同时与混凝土施工条件有关。

3.2 混凝土浇筑期间技术不当

混凝土泵将二衬所需要的混凝土压入建筑模板时，由于输送泵压力达不到设计要求会导致模板内流动混凝土压力不足造成模板不能被充分灌注，特别是对于离泵送孔较远的部位。输送泵是液态混凝土流动的动力来源，阻力来源有输送管的摩阻力、混凝土上升过程中势能的损失和模板及钢筋对混凝土的阻碍作用。

3.3 采用的地压理论及计算方法不符合实际

对于老隧道来说在设计时采用的是以前的普氏地压公式，在现阶段的隧道设计中采用的是规范里面的地层压力计算公式，这两种不同的计算公式都是依据拱形地压理论为基础。围岩种类只要一明确，地压大小也随之明确，这是不够完善的。在特殊的地质、岩性、和地下水破坏作用明显的围岩情况下，比如常见的膨胀性围岩、冻胀性围岩以及进水后可能软化、浸析崩解的岩层，它们要是用拱形理论来计算地层压力大小、分布和增长规律都是有所欠缺的。

4 结束语

本文对隧道衬砌结构背后空洞的成因研究方法主要集中在成因分析基础上，为隧道空洞病害方面做了最基本的一些探究，在今后我们需要更深入的研究。除了对空洞病害进行分析之外还要对实际工程中的常见病害，如厚度不足、裂缝、材料劣化等进行研究。本文的不足之处是没有工程实际进行依托并针对空洞病害进行有限元仿真，这也是今后进一步完善的方向。

[1]关宝树．隧道工程维修管理要点集[M]，人民交通出版社，2004，北京

[2]吉林铁路局工务处．铁路工务技术手册(隧道) [M]，人民铁道出版社，1980，北京