重庆某隧道病害调查分析与治理对策

林亮伦，杜清超，徐志武

(重庆市建筑科学研究院，重庆 400016)

0 引言

随着重庆基础设施建设规模的逐步扩大，隧道建设迅猛发展。研究表明，相当比例的已建隧道不同程度地存在着衬砌裂缝、渗漏水和衬砌背后空洞等问题。隧道病害影响隧道结构的正常使用，甚至威胁到隧道内的行车安全。隧道衬砌结构型式种类多，所穿越的地区地质条件复杂多变。因此，结合隧道施工情况、围岩条件和现场隧道病害调查统计，分析隧道病害产生的原因，并在此基础上提出相应的治理对策十分必要，具有现实作用和指导意义。

2005年，代高飞等考虑勘察、设计和施工因素，结合隧道应力分布和受载情况，分析隧道病害原因和整治措施[1]。2011年陈健蕾等针对贵州省46座隧道渗漏水情况的调查，分析渗漏水病害产生的原因[2]。2012年徐学深对浙江某隧道裂缝调查，提出表面涂抹法、凿槽封缝法的裂缝处治方法[3]。

1 隧道病害调查统计

重庆某隧道长1645m，为单洞双车道隧道。隧道横穿铜锣峡背斜形成的背斜山。隧道出口坡角22°～30°，斜坡表层为厚3～6m的崩坡积块碎石土覆盖，块碎石土呈松散结构，其下伏岩体为侏罗系中下统自流井组泥岩夹薄层砂岩，为极软岩，为Ⅴ级围岩。隧道进口坡角13°～18°，斜坡表层覆盖残坡积土层，厚度2.4～2.8m，基岩为三叠系下统嘉陵江组三段薄-中层状灰岩，为较坚硬岩，为Ⅴ级围岩。洞身段以灰岩为主，局部夹砂岩及煤线，围岩级别为Ⅳ～Ⅴ级。隧道结构按新奥法原理进行设计，为单洞双车道隧道，采用复合式衬砌。

1.1裂缝统计

现场对裂缝形态、宽度和分布位置进行调查统计，统计结果如表1、表2和表3所示。隧道裂缝主要集中于洞身段K0+500～600，裂缝种类主要为环向裂缝和斜向裂缝，裂缝宽度大多数小于0.5mm，为微观裂缝。

表1 裂缝形态统计表

表2 裂缝宽度统计表

1.2渗漏水统计

现场对渗漏水部位、位置、渗水量和渗透形态进行调查，调查统计结果如表4、表5和表6所示。隧道渗漏水病害主要分布于洞口段K1+500～616。渗漏水主要发生在隧道边墙部位，渗漏水形态为浸湿，主要表现为施工缝渗水和裂缝渗水。

表3 裂缝位置统计表

表4 渗漏水形态统计表

表5 渗漏水部位统计表

表6 渗漏水位置统计表

1.3衬砌背后空洞统计

隧道拱顶、左右拱腰及左右边墙部位布置5条纵向测线进行连续检测衬砌背后脱空情况，检测结果见表7和表8。衬砌背后空洞主要分布于拱顶部位，空洞位置主要分布于隧道的洞口段K1+200～600。

表7 衬砌背后空洞部位统计表

表8 衬砌背后空洞位置统计表

2 病害原因分析

2.1裂缝

各种形式的裂缝出现的原因各不相同[4-5]。根据裂缝发育部位、形态及宽度等参数，初步分析隧道衬砌开裂原因如下：

1）隧道纵向沉降。隧道穿越铜锣峡背斜、岩溶和煤层不良地质。隧道在施工过程中，由于各种原因导致隧道地基持力层不均匀。在运营过程中隧道可能出现纵向不均匀沉降，导致衬砌出现环向裂缝。

2）施工原因。检测过程中，发现隧道衬砌背后脱空等质量缺陷，隧道衬砌在荷载作用下可能在缺陷部位产生开裂现象。

3）衬砌应力集中。隧道加宽段、预留洞室等交叉部位，可能导致应力集中、衬砌开裂。

4）混凝土劣化。由于隧道排水、通风条件的限制，容易引起混凝土劣化。在荷载和温度变化等作用下，容易造成劣化衬砌开裂。

5）荷载作用。隧道裂缝主要集中于洞身段K0+500～600，该段隧道埋深为53～134 m，围岩为角砾岩夹白云岩、白云质灰岩，岩溶发育，以溶洞、溶蚀裂隙、溶孔为主，多充填粘土夹石块。隧道施工和运营过程中，可能发生松动或变形现象，形成围岩荷载，作用于衬砌结构上后，可能使衬砌结构开裂。该影响因素下衬砌结构易出现斜向及纵向裂缝。

2.2渗漏水

隧道洞身衬砌存在施工缝渗水和裂缝渗水现象，初步分析主要原因如下：

1）防排水系统未充分发挥作用。隧道周围裂隙水的含钙化学物质和混凝土析出物易造成隧道排水系统堵塞，防水板施工质量未完全达到设计目的，存在破损、漏焊或松脱部位，导致地下水通过防水板存在缝隙的部位进入二次衬砌背后。施工缝部位存在施工质量问题，防水效果不佳。

2）衬砌存在裂缝，且衬砌背后脱空。地下水进入防水板和二次衬砌间之后，通过衬砌上的贯通裂缝渗出。

隧道渗漏水病害主要分布于洞口段K1+500～616，隧道洞口为浅埋，上覆3～6m的崩坡积块碎石土。施工过程中洞口边坡曾出现垮塌，隧道上部用土回填，且未设置有效的截排水措施，造成地表降水于隧道顶部汇集。隧道衬砌水压力大，引起渗漏水病害。

2.3二衬脱空

根据检查报告脱空位置、长度，结合施工实际情况，初步分析二衬脱空主要原因如下：

1）二次衬砌脱空在拱顶，主要是因为封顶工艺控制未达到预期效果，及泵送混凝土的凝固收缩。

2）拱腰部位脱空是由于该部位局部平整度不满足要求，防水板铺挂没有保留适当的松弛度，防水板未与初期支护紧贴，防水板紧绷导致个别部位二衬混凝土不能充分填充。

3）施工时二衬混凝土未振捣充分，混凝土供应量不足，又在混凝土未初凝前急于拆管，造成未自稳的混凝土掉落，形成漏斗或空洞。

4）隧道洞口段上覆回填土（图1），回填土细颗粒伴随渗漏水进入隧道洞内，造成隧道衬砌背后脱空。

图1 隧道洞口上覆回填土

3 隧道病害治理对策

3.1裂缝治理

裂缝宽度为0.2～0.5mm，采用表面直接涂抹法处理，裂缝宽度大于0.5mm，采用凿槽，填充环氧树脂及环氧砂浆处理，裂缝宽度小于0.2mm，如若稳定且并未继续发育，可不予处理。

凿槽并填充环氧树脂及环氧砂浆处理的施工步骤 （图2、图3）：

1）将待施工的混凝土表面及周围清洗干净。

图2 凿槽填充法示意图

图3 裂缝治理现场照片

2）沿裂缝方向开凿6cm宽、5cm深的矩形槽。

3）在槽底充填10mm厚的环氧树脂，再在环氧树脂上填充上40mm厚的环氧砂浆。

3.2渗漏水治理

点渗漏处理采用瞬间堵漏剂和高效防水剂直接堵塞治理，并在出水点周围不小于40cm的范围内抹厚度1～2mm的水泥基渗透结晶性防水材料。面状渗漏水处治采用直接涂抹法处治，抹面防水材料采用水泥基渗透结晶性防水材料。施工缝及环向缝渗水采用凿槽埋管结合主动引流的方法治理。纵向及斜向缝渗水处治采用凿槽埋管法进行处治(图4，图5）。

图4 凿槽埋管处治示意图

图5 凿槽埋管处治现场照片

线渗漏水处治的施工步骤为：

1）将待施工的混凝土表面及周围清洗干净；

2）沿渗水部位水平方向左右两侧各50 cm开一外宽8cm内宽10cm、深5cm的梯形槽，将A50mm的半管嵌入槽中；

3）沿渗水点向下开一外宽8cm内宽10cm、5cm深的梯形槽，直至电缆槽底部，将A50mm的半管嵌入槽中，并引到纵向排水暗沟中；

4）用环氧树脂填实半管周围；

5）梯形槽其余空间用环氧砂浆充填实。

3.3衬砌背后脱空治理

二衬脱空处治采用二衬背后注浆法。注浆管采用钢管，管径42 mm，间距2m；拱顶脱空范围内梅花形布置注浆孔，也可根据空洞分布情况沿空洞周边设置；出气孔钢管应尽量顶至空洞最高贴近防水板处，防止空洞未充分注浆而出气孔已出浆的情况发生。注浆孔深度根据隧道衬砌厚度、空洞范围综合确定。

空洞注浆压力以不影响隧道衬砌及排水系统为原则，结合压浆材料和施工方法，合理确定注浆压力，具体宜控制在0.5～1.0MPa，并应控制压浆影响范围；有空洞有水的情况下，应先设置排水孔排水完全后，然后再进行压注。注浆顺序应从低处孔向高处孔进行。

4 结论

通过对重庆某隧道的病害全面调查统计、分析病害产生的原因以及治理对策，得出以下结论：

1）对隧道裂缝、渗漏水和衬砌背后空洞病害进行统计，隧道裂缝主要分布于洞身段，以环向裂缝为主，多数裂缝宽度小于0.5mm；隧道渗漏水和衬砌背后空洞病害主要分布于洞口段。

2）根据隧道病害的分布规律，结合施工过程和现场调查，综合分析得出隧道病害产生的原因。

3）针对隧道裂缝、渗漏水以及衬砌背后脱空病害分布规律和产生的原因，提出了相应有针对性的治理对策。