公路隧道病害检测技术分析

任 涛

重庆市交通工程质量检测有限责任 重庆 400067

1 公路隧道病害基本类型和成因机理分析

1.1 渗漏水

公路隧道工程是在岩石内部修建的，无论是在施工期间还是建成使用后，会一直受到水的影响，尤其是公路隧道工程建成使用后，不仅有地下水的作用，还会受到来自地表水的冲刷，没有做好防水工程的话，水便会渗入或流入到隧道内部，导致出现“渗漏水”病害，严重危害到公路隧道整体结构的稳定性，影响行车安全，甚至会导致出现坍塌问题。“渗漏水”病害也跟衬砌渗漏有关，衬砌施工缝处的防水止漏设计不足，施工不到位，质量不达标。另外，在进行公路隧道工程施工之前，围岩内部一般是不会出现裂缝问题的，即使存在裂缝问题，裂缝也是处在闭合状态中，而随着隧道的开挖，隧道内部会出现“临空面”，围岩的受力状态也会随之发生变化，从“三向”变为“二向”。因此，随着隧道工程的开挖和爆破工作的不断深入，就会随之出现越来越多的缝隙，水便会从孔隙流出，如果不及时采取措施予以应对，便产生“渗漏水”病害。

1.2 冻害

“冻害”的产生与所在地区的气温有着直接的关联，温度变化冻融交替是导致出现“冻害”的主要原因。另外，公路隧道设计和施工过程中，没有充分考虑到“冻害”问题，没有做好防冻工作，造成衬砌防水能力不足，洞内排水设施埋深不够、治水措施不当，会导致出现“冻害”问题，甚至是加重运营阶段隧道的“冻害”。另外，公路隧道“冻害”问题也与“冻胀土”的影响有关，在施工过程中没有将“冻胀土”的影响充分考虑进去，引起道路的冻害造成道路破损，影响车辆的安全通行，也降低了道路的使用寿命。

1.3 衬砌裂缝

“衬砌裂缝”是公路隧道中一种十分常见的病害类型，当公路隧道发生“衬砌裂缝”病害时，容易导致既有隧道发生渗漏水。如果裂缝极为严重，会降低公路隧道结构的承载力，导致公路隧道失稳，甚至会引发坍塌等安全事故。“衬砌裂缝”的分布形态多种多样，按照不同的分布形态一般可分为“竖向裂缝”、“纵向裂缝”“斜向裂缝”、“组合裂缝”等，针对不同形态的裂缝需要采取针对性的防治措施。“衬砌裂缝”的成因有很多，比如有设计原因、施工原因以及材料原因等。公路隧道工程施工环境复杂，施工难度较大，必须要做好构造设计，构造设计合理就会导致水的侵入而产生“衬砌裂缝”，如设计人员重视对结构受力和围岩稳定性的设计，而忽视了构造设计、细部设计；在隧道纵向排水管设计时没有考虑单独留出位置。混凝土材料是公路隧道工程施工中的重要施工材料，在施工过程中混凝土混合料配比不当、混凝土施工不到位等都会影响隧道衬砌的稳定性和可靠性，进而出现“衬砌裂缝”病害。同时，公路隧道工程施工工艺要求高，施工工艺不当也会造成“衬砌裂缝”病害的发生。

1.4 衬砌变形

当前，在判读公路隧道是否出现了“衬砌变形”病害，主要的判断基准是以净空位移测量的变形速度为基准，“衬砌变形”病害的类型多种多样，主要有“断面变形”、“错台错缝”、“边墙下沉”等。“断面变形”是指衬砌由于受到来自外力的影响，使得衬砌的拱轴形状发生了变化，这种“衬砌变形”类型主要以横向变形为主；“错台错缝”是由于受到了剪切的作用，而导致出现的一种变形。一般来说，在隧道的起拱线或施工裂缝位置有凸出错台或凹进错台，在这些位置出现变形，主要原因是这些位置较为薄弱；“边墙下沉”的形成是来自于多方面的影响，形成原因较为复杂，这种变形与隧道围岩的性质、应力状态及维护方式等都有关系，并且出现这种变形时，一般还会伴随隧道底板的变形。隧道底板的隆起会使得隧道底部上升或整个结构下沉，这就使公路隧道出现了变形或损坏，严重影响了公路隧道的稳定性，还留下来极大的安全隐患，严重影响公路隧道的安全运行。

2 公路隧道病害检测技术

2.1 垂直反射检测法

“垂直反射检测法”是一种发射和接收之间的间距极小的检测方法，在使用这种方法进行检测时，通过发射探头向混凝土发射声波，声波在传播的过程中，如果遇到了到坑陷、蜂窝等情况时，便会产生反射波，然后再返回到接收器中，其波阻抗会有明显的区别。检测人员可以通过对反射波振幅、相位及频率等数据进行分析，便能判断出公路隧道是否存在病害。

2.2 回弹检测法

“回弹检测法”是均匀的在隧道中混凝土的侧面或顶面设置一些测量点，然后使用专门的仪器测量隧道的回弹值。根据混凝土的抗压强度和混凝土表面的测量回弹值，求出两者之间的关系，然后根据已经知道知的测强曲线换算求出隧道混凝土的当前质量和抗压强度，便能判断出公路隧道是否存在病害。

2.3 探地雷达检测法

“探地雷达检测法”是指利用高频电磁波，从地面上将电磁波以宽频带短脉冲的形式发射入地下，然后通过反射传回地面，再传输到接收装置。电磁波在地下介质中传播时，介质的不同，那么波形、传播路径以及电磁场的强度也会不同，通过这种方式，将发射和接收天线沿着检测的路径移动，即能获得测量路线中介质的雷达图像，进而对隧道内的病害进行分析、判断。

3 公路隧道病害预防措施

3.1 注浆加固堵水

在围岩的加固处理当中，“注浆加固”是一种治理隧道病害的关键技术，主要通过加固地层，增强围岩的承载力，并采用衬砌背后空洞的有效填充，确保衬砌结构一直处于均匀受力的状态，对于衬砌结构的变形和损坏具有非常好的防范作用。另外，通过“注浆加固”，可以让岩体裂缝和空隙等处于填满状态，从而降低地层的透水性，增强自支撑能力，阻挡地下水，保证衬砌结构的安全。“注浆加固”对于围岩中含水裂隙层和富水的破碎带的治理效果非常明显，不仅可以防止围岩渗漏水、提高堵水能力，更提高了隧道围岩的稳定性和强度，减弱了冻胀力对围岩破坏的影响。当前，“注浆加固”所使用的材料主要为化学浆料和水泥水玻璃混合浆料。

3.2 冻害预防

（1）综合治水：“冻害”是在水和低温的共同作用下形成的，防治“冻害”的关键就要做好水的治理，及时地将衬砌、围岩和隧道中的积水排出到洞外，没有积水即使温度再低，也不会出现“冻害”病害，水治理主要包括下面两点：1）对有“冻害”的地段增设或改进防、排水设施，使衬砌后不会存在积水的情况。加强排水设施的防冻保温，防止因气温过低而导致出现管道堵塞的问题。一般来说，常用的排水方式有“双侧保温水沟”、“深埋渗水沟”、“防寒泄水洞”等，在应用这些排水方式时，还要根据公路隧道工程的实际情况，对其进行合理选择，例如“深埋渗水沟”、适用于严寒地区，最冷月平均气温低于-15℃、当地黏性土冻深在1.5--2.5M、水量小的条件；“防寒泄水洞”适用于严寒地区、最冷月平均气温低于-25℃，当地黏性土冻深大于2.5M、水量较大的条件；2）提高衬砌抗渗抗冻能力。可以在混凝土拌合物中加入引气剂，混凝土内部产生大量密闭、稳定的小气泡，从而使混凝土的抗渗能力得到极大的提升，减少内部含水量，进一步增强混凝土抗变形的能力。（2）土壤更换、改造。在“冻害”的形成中，“冻胀土”也是重要的因素之一，对“冻害”进行治理，可采取土壤更换、改造的方法，将“冻胀土”变为“非冻胀土”，从而达到预防“冻害”的目的。一般来说，土壤更换是将砂黏土、粉砂、细砂更换为碎、卵石或炉渣，换土厚度为多年冻深的0.85-1倍，同时加强排水，防止换土区积水。土壤改造一般采用压浆固结法来固结冻结圈内岩土，消除冻胀性。也可以采用在“冻结圈”注入憎水性填充材料，来堵塞孔隙，阻止土中水分迁移和聚冰作用。（3）保温防冻。这种做法就是在衬砌表面或初期支护与二次衬砌之间设置隔热材料，使围岩的热量在冬季不溢出隧道衬砌，并保证隔热材料的表面无法达到结冰温度，以实现预防“冻害”的出现。（4）设置弹性层。弹性层具有缓冲和减弱水体结冰后对结构变形的影响的作用，这是一直简单、方便的“冻害”防治措施，极大地降低了“冻融”对隧道结构的破坏。

3.3 加固锚杆

利用“锚杆”的锚固作用，把出现病害的衬砌与围岩体连为一体，以实现对衬砌变形的抑制，防止“衬砌变形”的日益加剧。同时，在进行“锚杆”加固过程中，有必要对衬砌的厚度进行现场勘察，并确定拱背的回填深度，以保证锚杆的长度可以穿过初期支护，并继续穿透到围岩的内部。另外，在设置“锚杆”时，应先对衬砌后面的软土进行灌浆，确保衬砌抗压系数满足实际工作要求。

3.4 套衬治理技术

“套衬”就是在隧道衬砌结构发生变化，达不到原设计要求时，在原有二衬基础上增加一层钢筋混凝土衬砌，通过增加结构安全系数，满足原设计指标的相关要求，能有效地阻止既有衬砌的进一步开裂变形，同时起到防水的作用，保障公路安全运行。公路隧道工程具有空间窄、交叉作业多等特点，为确保“套衬治理技术”效果，加快施工进度，需要合理编制施工技术方案，对“套衬”的地段衬砌表面及周边设备进行勘测，确认施工范围内有无通信、信号等设备，并进行必要的防护或改移措施，确保“套衬”施工治理能够在有限的时间内合理组织施工、确保安全质量，提升公路隧道病害的治理效果，保证车辆的运行安全。

3.5 衬砌结构的防治措施

（1）“衬砌裂缝”预防措施。对于“衬砌裂缝”病害的治理来说，大多事后采取措施对裂缝进行修补、加固，这种裂缝事后处理方式虽然具有较好的治理效果，但也在一定程度上影响了公路隧道的美观，也不利于公路隧道的整体运行。因此，这就需要做好“衬砌裂缝”预防，积极采取有效措施，降低“衬砌裂缝”病害的出现。预防控制的关键在于在公路隧道工程设计、施工过程中，就要采取有效措施，做好衬砌结构设计，合理进行公路隧道工程开挖施工，并加强施工管理，从源头进行“衬砌裂缝”预防，降低“衬砌裂缝”病害出现的可能性。（2）“衬砌裂缝”修复技术。当已经出现公路隧道“衬砌裂缝”病害时，必须积极采取修复技术予以及时处理，在应用“衬砌裂缝”修复技术时，要根据不同的裂缝类型，合理选择修复技术。例如对于一些细小、无危害的裂缝，可以采用喷混凝土加固的修复方式；对于一些复杂宽大，且具有一定危害性的裂缝，则需要考虑通过局部拆换或衬砌拆换的方法进行修复治理。“衬砌裂缝”修复技术类型众多，如“钢带加固”、“套拱加固”“盆混凝土加固”等，“套拱加固”方式可用于修复隧道衬砌结构已出现了严重受损、剥落掉块的现象，具有极好的耐久性以及承载能力，是一种非常有效的加固方法。（3）加强公路隧道的检测、预防性养护。为了防止公路隧道各种病害的产生，就需要加强公路隧道的检测、养护，需要相关人员合理“垂直反射检测法”、“回弹检测法”、“探地雷达检测法”等检测技术对公路隧道的展开有效的检测，一旦发现存在病害问题，就要采取相应的修复技术，做好病害的修复处理工作，防止病害的继续扩大，降低对公路隧道的运行影响。还要根据公路隧道病害的诱发机理及其特点进行合适的预防性养护工作，如对标志、标线缺失进行修复处理、对隧道衬砌轻微开裂进行封闭处理、对隧道衬砌渗水进行封堵或引排处理等一系列预防性养护措施，降低公路隧道病害的发生。

结语

综上，公路隧道病害多种多样，有“渗漏水”、“冻害”、“衬砌裂缝”、“衬砌变形”等，严重危害到公路隧道的质量，不利于公路隧道的安全、稳定运行，这就需要加强对公路隧道病害基本类型和成因机理的研究，合理应用“垂直反射检测法”、“回弹检测法”“探地雷达检测法”等检测技术，并采取针对性的措施予以预防、治理，并做好公路隧道的预防性养护工作，降低公路隧道病害的发生，减小病害对于公路隧道的危害，确保公路隧道的安全通行。