隧道运营期常见病害及防治技术分析

韦章兴

(广西桂通工程咨询有限公司，广西 南宁 530021)

0 引言

目前，国内很多地域的交通都建设有隧道。隧道不同于一般的工程，复杂的地质环境、水文环境以及繁忙的交通运行给隧道安全运行带来许多不确定的因素。如上海某隧道运行十多年，沉降量最大区段达到200 mm，导致盾构管片开裂、漏水等病害；南京某隧道自2005年运营以来，沉降量最大区段达到191 mm，最大沉降差达到172 mm。隧道的安全运营不仅是人们日常出行便捷的重要保障，同时也是地面建筑安全的重要保证。本文分析了一般软土上隧道的常见各类病害及其产生的机理，并提出相应的治理技术，以期为隧道病害治理提供借鉴。

1 常见隧道病害简述

1.1 非结构性病害

非结构性病害主要是指对隧道支护体系无影响，但对隧道安全运行有重大影响

的病害。这一类病害主要是由于隧道内部系统材料或者设备在地下复杂工作环境中发生损伤或损坏导致的，如：线路老化、钢轨磨损、道岔损坏等。

1.2 结构性病害

结构性病害是指影响隧道支护体系安全或者影响隧道运行受力结构的病害。这一类病害较非结构性病害严重，不仅对隧道安全运行产生较大的影响，甚至会对地面建筑产生较大的影响。

1.2.1 隧道变形

隧道的变形是一个整体变化的过程，包含了隧道沿着运行方向的整体沉降、局部沉降、隧道的倾斜变形、隧道的收敛变形等。隧道的变形，尤其是不均匀变形极易导致隧道支护结构局部受力集中，造成结构的破坏。

支护结构病害主要分为两大类：(1)基于施工缝产生的病害，如盾构施工隧道的管片间的环缝、混凝土施工缝等；(2)基于隧道变形产生的病害，如隧道不均沉降时隧道产生裂纹等。我国东南地区地下含水量丰富，如南京、上海等地，支护结构的损伤易使隧道渗漏水，影响结构使用寿命。图1(a)是管片环缝渗水，而图1(b)中为管片受拉开裂。

(a)管片环缝[5] (b)管片挤裂[2]图1 支护结构病害现场示意图

1.2.2 道床病害

隧道路面病害主要有裂缝冒泥、脱空等，如图2所示。

2 隧道病害的成因分析

一般非结构性病害的成因主要取决于隧道内部的工作环境，如湿度、温度和泥水浸泡等。隧道结构性病害的成因有很多，且大部分病害的产生都是综合了多种成因。本文基于前人研究的基础以及笔者分析，得出以下五种因素：

(a)开裂冒泥 (b)冒泥图2 隧道路面病害现场示意图

2.1 水文地质条件

水质地质条件是影响隧道的最重要的因素之一，如上海地区水文地质基本为含水量丰富的软土；南京地区水文地质复杂，沿江区域为软土，靠近紫金山区域为硬岩；杭州地区主要是软土。隧道施工时破坏了土的结构和水文，在隧道运营过程中，隧道周边环境会反作用于设施结构上。另外，在地质力学上，地层沉降也是导致隧道沉降的原因之一。

2.2 隧道运营振动

隧道内部车流量较大，频繁的交通使得隧道支护结构长时间处于振动状态。另外，在运营高峰期，客流量激增，增加了隧道下部土层的附加压力，促使地层沉降。在已有裂缝的基础上，隧道的动力运行可以加剧裂纹的扩大。

2.3 建筑活动

隧道支护体系的受力状态易受到隧道周边以及地表建筑活动的影响，如：在已知隧道线路上部或下部修建隧道；在已知隧道线路地面的建筑活动等。土层开挖或地面工程施工均改变了已知隧道线路支护结构的受力状态和隧道周围的水文地质状态，对已知隧道支护结构产生较大的影响。

2.4 施工技术

施工技术也对隧道安全运营产生影响。如：采用盾构法施工时，支护管片间存在环缝；利用矿山法施工时，支护结构混凝土浇筑时存在施工缝；行车道板存在施工缝等。隧道中施工缝或预留变形缝在复杂受力状态下极易受到破坏，形成渗透通道。另外，施工养护不当也是造成隧道支护结构开裂的原因之一。

2.5 运营管理

隧道运营过程中，管理不善与维护不当也是导致隧道产生病害的原因之一，如：排水系统堵塞、结构裂缝修补不及时等。日常运营维护不到位，扩大隧道的病害影响范围，甚至导致隧道停运。

3 隧道病害的防治建议

隧道病害虽不能立即影响其运营，但长此以往，势必降低隧道使用寿命，增加隧道的维护管理成本。依据隧道病害的防和治，本文提出以下建议。

3.1 隧道病害预防

隧道的病害已然常见于运营中的隧道，故分析病害产生的机理，指导后期修建的隧道。

(1)科学规划与选址。隧道的规划选址应服从道路总体的发展规划。隧道规划和选址直接影响着隧道的结构形式、断面形式以及隧道的运营环境等。结合道路总体规划和实际地层的水文地质条件，合理选择隧道线路是防止隧道变形的重要手段。

(2)科学设计与建设。隧道的设计和建设是隧道系统的基础，直接关系着隧道的结构形式和施工质量。针对无法避免的不利地段，要采用合理的地层加固措施以提高地层的承载力。另外，为了方便后期的维护，在隧道设计过程中需预留构件，如：为治理沉降过大，需加固地层，故在设计过程中需预留注浆孔。

(3)科学管理与维护。在隧道的日常管理维护中，隧道内部设备以及隧道支护体系等需要实时监测。根据实时监测结果，判别隧道运营状态，及时发现病害、治理病害，防患于未然，从而保障隧道的持续安全运行。

3.2 隧道非结构性病害治理

隧道的非结构性病害种类繁多，主要是控制隧道安全运行设备功能故障造成的。此类病害的治理主要是加强对隧道内部机电设备检修与维护。

3.3 隧道结构性病害治理

已出现病害的隧道线路，需要及时治理，否则会给隧道运行带来安全隐患、甚至造成重大的经济损失。隧道结构性病害具体的治理措施根据其成因不同而不同。

(1)表观治理。表观裂缝是隧道支护结构病害最直观的表现。裂缝的存在，同时也导致了隧道内部渗水、冒泥等。对于这类表观裂缝的治理，主要是根据现场裂缝的情况而定。当裂纹较小，还未形成贯通的裂缝，仅需要水泥嵌补即可；当裂缝较大时，需要通过注浆封堵。通过表观的治理，防止裂缝渗水冒泥。

(2)结构治理。实时监控量测结果与现场巡视可直接反馈隧道支护体系的结构安全。结合隧道结构的表观破坏特征，分析隧道结构性病害产生的机理，再做相应的结构性治理。结构性病害的治理按照治理对象不同可分为两种治理方式：①通过加强支护结构，提高隧道支护结构的支撑作用，如粘贴芳纶布、采用钢环加固等；②通过加固地层，提高隧道支护结构周边环境的承载能力，如注浆等。

4 结语

目前，随着环保越来越受到重视，隧道建设越来越多，被视为缓解交通压力、提高交通效率的重要手段。隧道病害防治是实现隧道长期安全运营的重要手段。本文在分析隧道病害基础上，根据东南沿海的软土地层隧道的病害状况，分析了非结构性病害和结构性病害产生的机理，并根据其机理提出几点防治病害的措施，为隧道规划设计和病害治理提供参考。