公路隧道衬砌裂损病害检测及治理措施分析

张鹏

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

随着衬砌混凝土技术日趋成熟，已在公路隧道工程中获得有效应用，并且整个施工过程简单，技术应用成本低，但实际技术应用过程中，公路隧道工程经常发生各种衬砌裂损病害问题。基于确保公路隧道的使用质量，有必要加强公路隧道衬砌裂损病害检测及治理措施的探讨研究，其意义重大。

1 公路隧道衬砌裂损病害的成因分析

1.1 设计原因

公路隧道开展前，相关人员对于公路隧道工程区域及周边的地质条件勘察不到位，衬砌类型选择以及围岩级别划分不合理，会导致衬砌结构和岩层荷载差异性过大，这样易引发裂损病害问题。同时，由于施工区域地质条件的复杂性，隧道设计初始阶段，设计单位很难制定出完全满足围岩实际情况的设计方案，只能在具体施工过程中依据现场情况对于设计方案实施优化，但设计方案仍存在一些不足以及问题，影响公路隧道衬砌强度，进而导致衬砌局部裂损情况。同时，很多公路隧道工程设计阶段，设计人员基于设计成本及工程安全稳定性等方面考虑，设计理念过于保守，使用先拱后墙的施工方式，致使隧道衬砌背后形成大量空洞，影响隧道衬砌受力情况，导致隧道衬砌开裂。并且一些公路隧道衬砌未布设防水板，混凝土型号选择不当，导致其抗渗性能不足，均可能导致公路隧道衬砌裂损[1]。

1.2 施工原因

公路隧道施工作业过程中，施工单位前期爆破作业不到位或者部分坍塌未填补，均会导致公路隧道衬砌背后存在大量的空洞；施工过程操作不当，现场发生漏浆情况，均会影响施工质量。同时，在现场施工过程中，施工单位未依据标准要求进行作业，二次衬砌拆模时间过早，混凝土强度可能未达到设计值的75%，混凝土养护时间不够，混凝土强度不达标，基于自重及围岩荷载影响而产生大量裂缝。如果施工单位提前施做二次衬砌，初期支护变形未趋于稳定，围岩应力未完全释放，造成二次衬砌过早承受围岩压力而开裂，这在一定程度上也会影响衬砌结构耐久性及其他性能。另外，现场施工作业过程中，混凝土配合比以及泵送混凝土工艺均需要施工单位进行严格控制，但一些施工单位基于各种因素并未依据相关规范实施有效控制，材料性能不达标或者衬砌混凝土浇筑时混凝土供应量不够，也会影响混凝土使用质量。如果仰拱超挖过多、仰拱基底存有虚渣，锁脚锚杆施工质量不好会造成钢拱架和二衬结构受力不均，造成应力集中和衬砌不均匀沉降，导致出现环向裂缝[2]。

1.3 地质条件原因

公路隧道工程施工区域地质条件尤为重要，当施工区域地质条件过于复杂，也会产生公路隧道衬砌裂损病害，如公路隧道围岩风化度较高时，岩体节理裂隙数量多，如果前期工程勘探工作不到位，或者设计时未将该因素进行重点考虑，则会明显降低公路隧道衬砌结构的安全性。如果公路隧道工程施工区域为泥质岩层时，随着水分等因素影响，岩石容易软化，从而导致围岩稳定性变差，衬砌结构所承担的荷载会显著增大，而产生裂损。对于公路隧道工程来说，地下水文情况也是公路隧道衬砌裂损病害的主要形成因素之一，如果地下水位过高或者地下渗水情况严重时，公路隧道工程长时间处于这种环境下，会影响工程寿命。如果公路隧道工程施工区域内，岩层基础出现不均匀沉降情况时，衬砌结构则会发生弯拉及扭曲，其实际结构应力超标则会引发弯张损裂出现。另外，围岩压力受力不均匀，也会引发隧道衬砌裂损病害，主要是隧道两侧衬砌结构受围岩压力程度不足，存在明显的偏压情况，导致衬砌结构出现变形，其中衬砌拱腰位置变形程度最大，其裂损可能性也最高[3]。

1.4 其他原因

侵蚀介质腐蚀也会导致隧道衬砌裂损，这主要是隧道环境内存在空气、水及盐分颗粒，基于这些物质的长期共同影响，衬砌混凝土逐步碳化以及钢筋锈蚀，致使衬砌裂损。另外，公路隧道工程区域内发生自然灾害问题，诸如地震、泥石流等，导致衬砌结构变形或损伤。

2 公路隧道工程衬砌裂损病害问题的主要检测内容

2.1 渗漏水病害检测

公路隧道工程日常使用过程中，渗漏水病害问题发生频次较高，因此工程技术人员需将渗漏水病害检测作为基础检测项目之一。实际病害检测过程中，工作人员应当依据相关检测标准以及工程指标要求，参考衬砌腐蚀以及钢筋锈蚀情况，明确具体的检测范围、检测指标及检测频次等，这样确保渗漏水病害检测的质量。同时，因为渗漏水病害检测工作专业性较强，所以要求工程人员具有良好的专业知识积累量，专业检测技能达标以及检测工作经验丰富。一般情况，渗漏水的检测需使用地质雷达对衬砌背后的富水区域进行详细探测，而技术人员可通过渗漏水病害检测确定具体的渗漏水病害产生原因，及时制定针对性病害处理措施，从而确保公路隧道工程使用质量[4]。

2.2 结构裂缝检测

公路隧道工程衬砌裂缝病害较为常见，裂缝类型按分布形式可分为环向裂缝、斜向裂缝和横向裂缝；按受力状况可分为受力裂缝和非受力裂缝。对裂缝进行全面检测，观测其发展趋势，分析裂缝产生原因，对判断裂缝的受力状况尤为重要。裂缝宽度观测采用裂缝测宽仪进行观测，初次观测时对典型裂缝进行标记，固定量测位置，然后根据量测频率进行观测，对测量值进行比较。由于裂缝长度不规则，较难准确测量，一般检测时对裂缝末端进行标记，后续观测过程中，读取超过裂缝标记末端的增量ΔL 来记录裂缝的变化情况。裂缝深度采用超声波无损检测，并辅助以裂缝取芯验证。由于隧道结构的裂缝部位只有一个可测表面，因此采用单面平测法。平测时应在裂缝的被测部位，以不同的测距，按跨缝和不跨裂缝布置测点（布置测点时应避开钢筋的影响）进行检测，图1为裂缝宽度检测。

图1 裂缝宽度检测

2.3 基底类病害检测

基底类病害检测作为公路隧道工程衬砌裂损病害的重点检测项目之一，如果公路隧道基底存在虚渣或基底承载力不足时，会使得衬砌产生沉降变形，局部产生空洞，易引发衬砌开裂破损问题。实际基底类病害检测工作实施过程中，工作人员应评估不同衬砌结构形式的相关影响，然后对于衬砌结构受力情况实施精确计算，如果结构受力差异性过大时，便会引发衬砌开裂问题。另外，基底类病害检测时，工作人员也应检测评估现场施工方法对于施工质量的具体影响，这可减少施工过程中的安全隐患。

2.4 混凝土病害检测

与其他病害问题比较来说，混凝土病害危害性较大，公路隧道发生混凝土病害时，会影响工程使用的安全性和耐久性，严重时会影响隧道内行车安全，甚至导致隧道坍塌。混凝土病害检测过程中，工作人员应首先对于混凝土配合比、搅拌时间、振捣强度、水泥含量等方面进行全面检测，其次对隧道衬砌结构的厚度、强度及密实性进行详细检测，这样可为公路隧道衬砌裂损问题防治处理提供数据参考。

2.5 围岩稳定性分析检测

公路隧道断面面积大，衬砌结构会承受较大的围岩荷载，产生裂损一般不仅仅是结构自身存在质量缺陷，如果围岩不稳定，施加的围岩荷载超过混凝土结构承载力，也会产生大量的隧道裂缝。因此，在隧道施工过程中，要有专业的地质工程师对围岩稳定性进行综合分析。目前判断围岩稳定性最可靠的检测方法是监控量测技术，监控量测也是“新奥法”施工理念的核心。通过对隧道开挖后围岩的变形情况进行监测，可以准确地掌握围岩稳定状况，在围岩变形速率降低，变形基本稳定后，再施做二次衬砌，可以极大的减少结构受力，确保结构安全稳定。

3 公路隧道工程衬砌裂损病害问题治理措施

3.1 公路隧道工程衬砌裂损病害问题的解决措施

3.1.1 空洞注浆处理法

很多公路隧道工程建设过程中，隧道衬砌结构背后位置存在大量空洞和空隙，造成应力集中，导致结构承担的应力过大，针对这种情况，施工单位可利用注浆作业方法重点处理衬砌结构背后病害问题，提升衬砌结构的综合承载力。而空洞注浆处理法应用过程中，施工单位应选择合适的注浆孔，确定具体的注浆孔数量，确保孔洞间距合适，并在两个注浆孔的中间位置设置排气孔，适当调整孔道深度，确保孔道穿过隧道衬砌结构。为确保注浆作业施工效率及施工质量，应重点控制浆液质量及注浆量，尽量采用单液注浆材料，并依据工程需求调整水泥及粉煤灰配比，再额外添加一定量的膨胀剂。浆液配制完成后，工作人员应当进行试浆实验，确保胶结率及抗压强度等级等性能指标达标。同时，工程人员还可利用物探技术探测空洞及空隙情况，并根据物探结果评估渗透系数、损失系数，从而精准控制注浆量。并且整个施工作业实施阶段，还需对于注浆压力进行控制，确保注浆质量满足工程要求。

3.1.2 无压排水系统

当前很多公路隧道工程长时间使用过程中，其隧道结构内产生大量的斜向裂缝与环向裂缝，其形成一定的渗透通道，而地下水通过这些裂缝进行渗漏，甚至部分区域出现严重的积水情况。因此针对这种情况，公路隧道工程衬砌裂损病害处理过程中，施工单位可使用无压排水系统方案，具体利用特殊性半圆排水管，其顺着裂缝方式实施敷设作业，构建完整的排水系统，这样可有效防止地下水渗入隧道，并可利用隧道现有衬砌以及补强层的通道，地下水可流入公路隧道两侧的排水沟。当公路隧道工程渗水位置面积过大时，施工单位可布设一定数量的钻水孔实现有效排水，而隧道拱脚墙底位置应设置集水孔，用于墙后排水需要。同时，施工单位可在裂缝四周加装排水管，然后使用水泥钉固定方式，并在管道表面敷设一定厚度的环氧砂浆，这样可有效防止喷射混凝土的冲击影响，并且排水管可连接边墙内纵向排水管，而纵向排水管与隧道外边沟连接，构建高效稳定的无压排水系统。

3.1.3 衬砌结构补强

为了解决公路隧道工程衬砌裂损病害问题，施工单位可采用衬砌结构补强方式，其应对于隧道衬砌结构补强层厚度实施精准控制，补强层厚度应满足工程结构补强要求，确保公路隧道使用的安全性。实际拱部浇筑作业实施过程中，由于整个作业难度较大且空洞产生数量多，这样难以确保施工质量，因此可利用喷射混凝土方式进行施工，可减少空洞产生的数量。衬砌结构补强作业时，施工单位应采取拱部喷射及边墙浇筑的施工方案开展作业，这样既可保证整体补强作业质量，还可降低施工作业的困难程度，达到良好的病害治理效果。同时，为了提升公路隧道拱部结构稳定性，施工单位应优化新增边墙受力情况，并利用锚杆实施拱脚加固处理，具体作业时，施工人员应在拱脚位置布锚杆及钢筋，并控制钢筋间距及排距。另外，水泥砂浆封堵时，施工人员可在合适位置加装钢筋网，并将钢筋网与连接钢筋进行焊接，如果病害问题较为严重时，其根据现场情况增加钢筋网层数。

3.2 提升衬砌裂损病害问题治理的优化措施

3.2.1 落实治理技术交底

公路隧道工程衬砌裂损病害出现后，施工单位应组织相关部门分析病害类型以及成因，然后依据现场情况制订切实可行的病害治理方案，然后开展技术交底工作，确保现场施工人员均可了解治理作业重点内容及相关注意事项，尤其能够将病害检测及治理方法步骤等内容熟练掌握，提升施工人员的工作责任心以及工作热情，做好施工人员培训工作，禁止治理过程中出现随意性操作行为。

3.2.2 提升治理工作质量控制力度

如果公路隧道衬砌裂损治理作业质量不达标，不仅影响现有隧道衬砌结构稳定性，也会导致材料、人力资源及资金严重的浪费，因此施工单位应当提升治理工作质量控制力度。衬砌裂损病害问题治理过程中，如现场使用混凝土，尽量选取合适的骨料以及低含碱量水泥，合理选择水灰比，避免由于碱-骨科反应产生二次裂缝，并确保混凝土拌和作业治理，控制混凝土运输时间，防止混凝土提前凝结或结块，施工人员也应重点做好混凝土保温养护工作，精准控制温度变化，减少二次裂缝产生量。另外，施工单位应组织专业的质量管控团队，并对于施工过程实施严格监管，督促现场施工人员严格依据操作规程实施作业。衬砌裂损病害问题治理作业完成后，施工单位应当组织专项质检队伍，重点对于治理作业进行全面检查，针对查找到的质量问题，及时制定相应的解决措施，实施有效处理。

4 结语

综上所述，随着当前我国公路交通运输行业的快速发展，公路隧道建设规模及数量随之增多，这在很大程度上方便了大众出行及货物运输，但公路隧道长期使用时易发生各种衬砌裂损病害问题，影响公路隧道正常使用。因此施工单位应依据现场情况检测病害成因，然后制定相应措施用于治理公路隧道裂损问题，这样可提升隧道衬砌结构整体稳定性，做好施工质量管控工作，确保公路隧道通行顺畅及安全。