公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策

陈林

摘要：文章针对衬砌裂损病害对公路隧道结构的危害，结合六寨至河池高速公路龙里二号隧道工程实例，介绍了公路隧道衬砌裂损病害的检测方法，分析了隧道衬砌裂损的原因，并提出了相应的治理对策。

关键词：公路;隧道;衬砌裂损;病害检测;治理

0 引言

我国社会经济发展过程中，基础设施建设越来越完善，公路事业迅猛发展，已经成为世界上隧道里程和数量最多的国家。我国幅员辽阔，公路工程项目施工建设过程中，施工质量非常容易受到气候和地质灾害等因素影响。隧道建成运行过程中容易有不同形式病害出现，尤其以衬砌裂损和渗漏水等问题最为严重。必须要做好对公路隧道衬砌裂损病害的检测，并给予针对性的处理措施，本文就此展开了研究分析。

1 隧道衬砌裂损病害简述

当前我国公路隧道病害主要集中在衬砌等方面，比如衬砌变形、衬砌开裂、衬砌移动、衬砌内外腐蚀等。衬砌主要是维持隧道结构稳定性，不管何种形式病害，都会对隧道的稳定性造成严重影响和威胁，进而影响隧道使用可靠性和安全性。因此，想要使隧道使用安全性和可靠性得到保证，必须要提高对隧道衬砌裂损和腐蚀等病害形式检测方面的重视程度，给予针对性的维修加固措施。隧道工程衬砌病害会产生非常严重的后果，尤其是衬砌裂损病害，不仅对隧道结构的稳定性和安全性有严重影响，还会对行驶安全造成威胁，增大隧道维护成本。因此，定期做好隧道衬砌的检测，不仅可以实现对隧道病害的有效控制，同时还能够最大限度降低隧道病害发生率。

2 工程概况

广西六寨至河池高速公路龙里二号隧道位于黔桂两省区交界处，全长422m，洞身净宽9m，设计为整体式双连拱隧道，是贵州都新高速公路进入广西境内接六寨至河池高速公路的“省门”。该隧道自2009-07-11顺利贯通，目前隧道使用年限已达11年，围岩衬砌结构存在有较多裂缝，渗漏水情況严重，尤其在冬季路面结冰条件下对行车安全有严重影响，拱顶上方位置裂损情况最为严重，甚至出现掉块。

3 隧道衬砌裂损病害检测

对龙里二号隧道的衬砌裂损病害检测采用简易测量和观察相结合的方法，然后将检测出来的结果以三维图形的方式在电脑上展现出来，根据其裂损的形态，分析其产生的原因。具体方法如下：

（1）衬砌变形。将钎钉设在变形部位，并悬挂锤球，对应埋设在隧道底部的固定点，以此实现对衬砌形变情况的观测和计算。衬砌变形问题的出现与衬砌承载能力不足等有关，导致周边岩体受到压力作用发生变形，衬砌变形会产生一定的危害，也是衬砌开裂的主要影响因素。

（2）衬砌开裂。衬砌变形发展到最后就会造成衬砌开裂，衬砌开裂会出现裂缝和裂纹两种形式，衬砌的开裂还会有错台、张裂、压溃等表现。本工程对衬砌裂缝的检测方法采用超声波测量、钻孔测量、尺子测量等，对一些具有较强延展性的裂缝，采用金属板测标检测。①可采取灰块测标观测法，在裂缝起始处以及最宽处等位置设置;②用钎钉测标观测法，在裂缝两侧位置植入一般钎钉和L型钎钉，钉尖相交，通过钉尖相对位置变化实现对裂缝错距和扩张程度的准确测量;③采用金属板测标观测法，在裂缝两侧固定两个薄金属板，一个划有刻度，另一个划零点，通过金属板位置移动明确裂缝情况;④利用读数显微镜以及声波检测仪等设备检测裂缝的深度和宽度等参数;⑤利用敲打以及中钻探检测法等检测衬砌背后密实性。经过对该隧道的检测发现，在衬砌边墙分布有纵向和斜向的裂缝，这些裂缝的形态为网状，最长5m，最短0.8m左右。在衬砌拱壁部分地方的裂缝分布为斜向和环向，呈现出较强的分离性，比较严重的区域分布有网状的深度裂缝。拱顶的裂缝大大超出拱腰的裂缝，这些裂缝的宽度在1～7mm之间，长度在0.8～12m之间。总的来看，裂缝的出现与弯曲受拉和偏心受拉等因素有关，会存在有明显的裂纹和裂面正交等特点，在裂缝边缘位置存在有明显压碎状，中间厚度厚，四周厚度薄。

4 隧道衬砌裂损的原因分析和治理对策

4.1 原因分析

龙里二号隧道地处广西喀斯特地貌资源分布区内，地质结构复杂，岩溶广布。通过对衬砌裂损病害实地勘查、检测及查阅工程相关资料，并结合工程地质、水文情况，总结出衬砌裂损的原因，主要包含有以下几个方面：

（1）围岩压力受力不均。查阅地质勘查资料后，发现该隧道两侧衬砌裂损部位的外围覆土厚度存在不均匀情况，从而产生偏压，导致隧道两侧的衬砌结构承受不对称的围岩压力，出现宽度较小的剪切裂缝等，存在有明显错台等表现，仔细检查可见滑移痕迹。在这种情况下，衬砌拱腰位置就会产生裂损。一般在覆土较深的衬砌拱腰部位发生变形最大，拱腰部位也是裂损分布数量最多的地方。

（2）衬砌背后局部存在空腔。隧道衬砌背后有空腔存在，会产生凸向围岩一侧的自由变形，同时空腔部位的衬砌裂损分布集中。空腔的大小是决定裂缝数量和深度的最直接因素，空腔的尺寸越大，衬砌发生变形的区域就越大，裂缝的数量和深度就越大。裂缝进一步发展过程中，会出现较为明显的混凝土挤压掉块的现象。

（3）岩层基础不均匀沉降。隧道岩层基础不均匀沉降作用下，导致衬砌结构出现弯拉变形及扭曲变形，其应力超过混凝土抗拉强度极限，进而有弯张损裂出现。其破口位置表现出锯齿状，这种形式的裂缝由多条方向相似裂缝组成，呈斜向发展趋势。

（4）在设计方面，隧道设计前，受到隧道周边复杂地质条件等因素影响，为衬砌类型选择和围岩级别划分造成较大难度，容易有衬砌结构与岩层荷载不一致等情况出现，从而出现裂损病害。实际上，隧道设计初期阶段很难设计出绝对适合围岩实际情况的设计方案，只能在施工过程中结合实际情况不断优化和调整，这些设计方面问题的出现容易导致隧道衬砌强度下降，造成衬砌局部裂损现象。

（5）在施工管理方面，隧道在施工技术方面的要求相对较为严格，施工方法特殊，施工建设过程中容易受到多个方面因素干扰和影响，比如施工过程中存在有超欠挖、拱架支撑变形过大、过早拆除模板支撑等风险，使衬砌承受超容许的荷载，容易产生裂损。这些风险未能及时有效处理，则在衬砌厚度方面会出现一定的偏差。另外，拱背背后有局部空腔，如果围岩出现变形，非常容易导致衬砌局部存在过大受力出现裂损，在围岩未能稳定情况下展开衬砌施工，衬砌负荷会有明显增大，进而造成损伤。

（6）侵蚀介质腐蚀。隧道所处环境地下空气湿度大，同时空气和水等介质中存在有酸碱盐粒子，这些侵蚀性介质的存在非常容易造成衬砌腐蚀。比如气态介质侵蚀等，导致混凝土逐渐发生碳化并造成钢筋的锈蚀，最终发展为衬砌裂损。

（7）其他原因。受到地震、泥石流等灾害因素影响，或者隧道运营过程中未能做好相关维护工作等，没有及时发现存在的病害并采取有效预防措施，最终导致病害恶化。

4.2 治理对策

衬砌损裂病害的治理需要从损裂的宽度、长度、受力以及发展趋势等方面综合分析考虑，不同损裂区域采取针对性的处理措施，确保围岩结构稳固，最大限度减少对原衬砌的扰动，使衬砌结构稳定性和整体性得到保证。现阶段，常见的衬砌损裂病害治理对策主要有提高衬砌后背围岩稳定性和补强衬砌本身强度两种。而龙里二号隧道主要以提高衬砌后背围岩稳定性进行处置。针对该隧道衬砌后背存在空腔和裂缝，且表面有水渍的现象，为了增强衬砌后背围岩稳定性，本工程采用骑缝注浆法施工，取得了良好效果。其原理就是利用高压注浆泵产生的压力，将水性聚氨酯注浆材料通过止回针头注入衬砌后背的空腔和裂缝中，使其从空隙间向四周扩散。由于水性聚氨酯材料有遇水快速膨胀的特性，当它遇水后会立即进行聚合反应，分散乳化或发泡膨胀硬化，并与砂石泥土固结成一种弹性固结体，使衬砌背后形成一个整体结构，起到提高衬砌后背围岩稳定性和堵水的作用。同时，在相对封闭的注浆体系中，聚合反应放出的CO2气体会产生较大的内压力，推动浆液向疏松的孔隙、裂缝深入扩散，使空隙完全被浆液所填充，增强了堵水效果，浆液膨胀受到限制越大，所形成的固结体越紧密，使衬砌背围岩稳定性和堵水能力越高，从而降低了衬砌裂损病害的发生概率。

5 结语

公路隧道衬砌裂损病害的出现不仅会使隧道的正常使用受到影響，同时在很大程度上会缩短隧道运营周期以及使用寿命，导致隧道使用人员的生命财产安全受到影响和威胁。针对公路隧道衬砌裂损病害，必须要明确问题出现的原因，做好各项检测工作，结合实际情况采取针对性的处理措施，实现对裂损问题的有效解决和处理，最大限度降低隧道衬砌损裂的影响和危害，维持公路正常运行。

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