隧道衬砌病害检测与整治措施分析

唐海龙，陈雯

(四川沿江宜金高速公路有限公司，四川 成都 610041)

公路隧道施工过程中，衬砌混凝土施工技术日益成熟完善，在诸多地区得到了大范围应用。相比较其他施工技术而言，衬砌混凝土这一施工技术较为成熟、成本较低，但在实际应用过程中会受到诸多因素影响出现不同程度的衬砌病害问题。基于此，在实际施工过程中，需要充分考虑到公路隧道的使用质量，展开综合性分析，以此让公路隧道衬砌裂损病害问题得到根本上的解决。

1 隧道工程项目衬砌病害处理案例分析

某隧道为三车道隧道，全长1 826m，属于典型的山岭隧道。根据相关检测数据显示(见表1)，该公路隧道拱顶及左右洞壁存在不同程度的衬砌裂缝，其中左洞裂缝最严重，数量达到了627条。该公路隧道在运营一年多后，又出现了部分衬砌裂缝问题，裂缝宽度达到了0.3mm左右，属于比较严重的情况。为了进一步保证该公路隧道的安全性和稳定性，在进行维修前首先对该公路隧道进行了全面检测和评估。本次检测主要从拱顶及左右洞壁裂缝病害情况(见图1)、衬砌厚度、衬砌结构等方面入手。检测结果显示：拱顶裂缝的数量为627条，裂缝宽度达到了0.3mm左右，且出现了较为严重的渗水情况；左右洞壁衬砌厚度普遍不足100mm，并且存在一些衬砌结构脱落问题；在对该公路隧道进行检查的过程中发现，隧道内存在较多的渗漏水问题，且大部分属于地下水型病害。

表1 某隧道二衬混凝土厚度检测结果

图1 某隧道衬砌拱腰拉裂拱顶压溃病害

采用IDS公司生产的RIS-K2型地质雷达，配合400m天线探测。测线布置在拱顶、两侧拱腰，按每10m进行统计，检测结果表明该隧道衬砌存在局部二衬厚度不足。针对该公路隧道的检测和评估结果可知：本次检测共检测到病害点627条，其中主要以拱顶开裂为主，同时，衬砌厚度普遍不足100mm，衬砌结构存在脱空、开裂、不密实、渗水泛碱、二衬错台、钢板钢筋、表层剥落等病害。由于该公路隧道在运营期间出现了较为严重的裂缝问题，因此该公路隧道出现了较为严重的渗漏水问题。为了保证该公路隧道的安全性和稳定性，需要对其进行彻底整治。经过相关检测机构对该公路隧道进行全面检测之后发现，该公路隧道存在多处裂缝、渗漏水问题和衬砌结构脱空等问题。为了确保整个工程的质量，采取了针对性整治措施。

2 公路隧道工程项目衬砌病害成因分析

目前，我国对隧道衬砌病害进行检测和整治的工作已经取得了一定成效，但仍存在一些问题，需要进一步去研究和探讨。在实际施工中需要根据实际情况选择合适的施工方法。与此同时，在隧道衬砌裂损病害整治中，应该全面掌握病害成因，才能针对性地制定整治方案。对于裂损范围较小(圆弧矢高小于30cm)的裂纹，裂纹较深或松动的，将裂损范围内的衬砌混凝土凿除后，对混凝土表面进行打磨处理，并涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料，裂纹较浅、稳定的弧形区采用沿缝凿孔压浆封堵处理。对于裂损范围较大(圆弧矢高大于30cm)的裂纹，若裂纹深度小于原衬砌设计厚度40%或衬砌为钢筋混凝土的，采用沿缝凿孔压浆封堵处理。

(1)隧道衬砌施工质量不佳。从施工质量方面来说，隧道衬砌裂损病害的产生与隧道衬砌施工质量有着直接的关系。因此，在施工中，应该加强对隧道衬砌施工质量的控制，以避免出现衬砌裂损病害。通常来说，在隧道衬砌施工中，混凝土隧道衬砌的稳定性还受到材料的性能问题的影响，因此，存在以下几种情况：1)混凝土质量不达标，其强度较低；2)混凝土配比不科学，导致混凝土收缩变形过大；3)模板问题，导致混凝土表面出现裂缝；4)混凝土浇筑质量差，出现蜂窝、麻面等现象；5)混凝土振捣不规范，导致衬砌表面出现裂缝。从上述情况可知，在隧道衬砌施工中存在的以上问题都会直接影响到隧道衬砌的强度和稳定性。

(2)地下水的影响。荷载的大小和荷载的分布，主要受到地下水位的高低、地层的稳定性、隧道的深度和长度、交通荷载等因素的影响。由于地下水的影响，导致隧道衬砌裂损病害出现的原因有很多，比如，地下水的水位变化、水循环等。除此之外，地下水还会对隧道衬砌结构产生一定的破坏作用，导致隧道衬砌开裂。因此，在隧道建设过程中，应该充分了解地下水对隧道衬砌产生影响的原因。通常情况下，由于隧道内地表水的渗漏会导致地下水的水位升高，从而对隧道衬砌结构造成影响。除此之外，在某些情况下，如果在开挖过程中，没有做好防水措施不到位，也会导致地下水渗漏到隧道结构中。总而言之，随着我国社会经济的不断发展和进步，对于交通运输方面也提出了更高要求。因此，在进行隧道建设过程中应该加强对地下水的监测和处理工作。

(3)隧道衬砌与围岩的共同作用。支撑结构的稳定性，受到地质条件、隧道断面形状、支撑结构形式等因素的影响。如果支撑结构的稳定性不足，就会导致隧道的坍塌、滑动和变形等问题，从而危及隧道的安全运营。在隧道衬砌裂损病害中，由围岩变形引起的隧道衬砌裂损病害占有较大的比例，因此，从根本上来说，隧道衬砌裂损病害是由于围岩变形所致。在施工中，应该全面掌握围岩变形特点，这样才能制定出合适的施工方案。在施工中，应该加强对围岩变形规律的分析和研究。一般来说，围岩变形有三个阶段：1)是围岩的初始变形阶段；2)是围岩的稳定阶段；3)是围岩的最终稳定阶段。

3 公路隧道工程项目衬砌病害检测分析

随着我国交通事业的快速发展，公路隧道数量逐年增多，由于多种因素的影响，隧道衬砌常常会出现各种病害，如裂缝、渗漏、剥落等，这些病害不仅影响隧道的外观和正常使用，还可能引发安全事故。因此，如何对其进行有效检测和整治，已经成为施工企业普遍关注的问题。隧道衬砌病害检测与整治工作是隧道工程施工的重点内容，也是确保隧道工程质量的关键。如何更好地对隧道衬砌进行检测与整治，已成为隧道施工管理中的重点内容。在隧道工程中，衬砌作为施工中的一个重要组成部分，其质量对整个工程的质量有着决定性作用。公路隧道衬砌裂损检测的方法有很多，主要包括宏观检查、物探法和超声波检测法。其中，宏观检查方法包括地质雷达检测和多面反射地震法，物探法主要有雷达探水法、探地雷达、超声透射法和地质雷达法。目前，最为常用的就是超声透射法和地质雷达法。

(1)超声透射法。超声透射法主要是利用超声波在介质中传播的特性对隧道衬砌进行检测。此方法具有操作简单、效率高、检测精度高的优点，但是会受到隧道内空气和水等介质的影响，而且因为混凝土介质与水的密度不同，会产生一定的误差，需要根据实际情况对检测频率、仪器设置以及参数进行适当调整。除此之外，由于混凝土材料存在缺陷，可能会产生相应的反射信号。因此，在检测过程中需要注意这些问题。

(2)物探方法。物探方法主要是利用电磁波或电磁波信号在介质中传播的特性对介质内部结构进行检测，其中包括探地雷达、瑞雷波和雷达波等。这些方法可以有效地解决某些特定问题，比如隧道衬砌厚度和衬砌存在裂缝等。但是这种方法对隧道衬砌的安全性检测作用并不明显。除此之外，电磁波也有一定的局限性，比如在隧道中电磁波会受到不同程度的干扰等。

(3)地质雷达检测技术。地质雷达技术具有操作简便、速度快、效率高等特点，并且可以对复杂地质情况进行有效检测，可以说是一种高效、便捷的隧道衬砌裂损检测手段。在隧道工程中应用地质雷达技术具有一定的必要性：一方面能够提高检测精度；另一方面能够及时发现病害并进行整治。雷达检测是一种无损检测方法，通过发射雷达波穿透衬砌表面，探测衬砌内部的损伤情况。雷达检测可以发现一些隐蔽的病害，如脱空、空洞等。

(4)超声波检测法。超声波是一种弹性波，具有传播速度快、穿透力强等特点。由于在介质中传播时会发生反射现象，所以超声波可以运用于隧道衬砌裂损检测中。具体来说就是利用超声波在介质中的反射原理和不同介质对超声波的吸收、衰减等特性来进行无损检测。但是超声波在介质中传播时会受到很多因素的影响，比如空气、水等都会影响其传播速度和衰减速度；同时还受到传播介质厚度的影响以及不同材质对超声波吸收、反射情况的不同等等。因此在应用超声波技术进行衬砌裂损检测时需要注意：1)要保证地质雷达天线和隧道衬砌之间距离尽量保持一致；2)要保证探头与地质雷达天线之间距离保持一致；3)要保证声波传播时间与被测衬砌厚度保持一致[1]。

4 公路隧道工程项目衬砌病害整治分析

隧道衬砌病害的检测和整治是公路工程建设中的重要环节。通过采用多种检测手段对隧道衬砌进行全面的诊断分析，可以发现不同的病害类型和程度，为后续的整治工作提供依据。针对不同的病害情况，采取相应的整治措施进行处理，可以提高隧道衬砌的耐久性和安全性，为公路工程的安全运行提供保障。

4.1 综合处理

在实际工作中，针对隧道衬砌裂损的病害，应该按照不同的病害类型进行具体分析。除了上述提及的几点方法之外，外观检测也是一种直观的检测方法，通过观察隧道衬砌的表面状况，可以发现裂缝、剥落、渗漏等明显的病害。外观检测需要仔细查看衬砌的各个部位，包括拱顶、拱腰和拱底等。这些也是较为常见的病害问题，属于基础性的整治内容，需要展开综合性的整治处理。比如，对于裂缝的整治，可以采用表面封闭法、表面置换法和灌浆补强法等方法；对于衬砌强度不足的问题，则应该通过对围岩的加固、衬砌补强和加强支护等措施来加以解决；对于衬砌背后空洞、空鼓的问题，可以通过灌浆和注浆的方式进行处理；对于衬砌混凝土出现开裂的问题，可以采用表面置换法来进行处理，但需要对裂缝宽度、长度、深度和位置等进行详细分析，此外，还可以采用裂缝修补技术进行处理。常用的修补材料包括环氧树脂、聚氨酯等。修补时需要先将裂缝清理干净，然后按照材料的使用要求进行灌注修补。对于衬砌渗漏水问题，可以采用表面置换法来进行处理，但需要对渗水位置进行准确定位，继而采用防水材料进行治理，如：防水卷材、防水涂料等。治理时需要先将渗漏部位清理干净，然后按照材料的使用要求进行铺设或涂刷。此外，如果出现衬砌表面的剥落问题，可以采用水泥砂浆或环氧树脂等材料进行修补。但和渗漏处理相同，修补前需要先将剥落部位清理干净，然后按照材料的使用要求进行灌注修补。

除了上述提及的综合处理手段之外，还需要结合实际情况展开一些预防性和遏制性的措施。具体包括以下几个方面：1)加强围岩支护强度，采取注浆加固措施；2)对隧道内积水情况进行有效处理，确保衬砌结构具有良好的密实性和整体性；3)对于出现的裂缝问题，应采取一定的封闭措施来确保其具有良好的防渗性能；4)加强对隧道内渗水位置及水质变化情况的监测；5)在进行隧道衬砌结构加固处理时，还应注意其结构尺寸以及刚度等方面因素的影响[2]。

4.2 加强围岩支护强度

对于公路隧道衬砌裂损病害整治措施中，加强围岩支护强度是其中的关键内容。在实际工作中，由于衬砌混凝土具有一定的刚性，如果围岩的强度和刚度无法满足实际工作需要，就会出现衬砌裂缝、空鼓和变形等病害问题。所以，在实际工作中，首先应该对围岩的强度和刚度进行有效增强，确保隧道衬砌结构具有良好的承载能力。一般情况下，可以通过在围岩表面施加锚杆、挂网喷射混凝土或者钢支撑等方式来对围岩进行加固。在具体实施过程中，可以根据实际情况来确定加固范围、锚杆数量和布置方式。比如，在公路隧道衬砌裂损病害整治中，一般情况下应该在衬砌背后和两侧各设置一道钢筋网喷射混凝土进行加固。钢筋网喷射混凝土一般采用直径为10mm的钢筋制作而成，并将其按照一定的间距布设于衬砌背后。另外，为了确保钢筋网喷射混凝土具有良好的整体性和抗拉强度，可以在钢筋网表面铺设一定厚度的钢板或者钢筋网作为加强层。在具体施工中，通常情况下应该先将喷射混凝土均匀涂抹于已有衬砌结构上后再进行钢筋网施工。在具体施工过程中，为保证钢筋网与围岩之间的连接效果，一般情况下可以将钢筋网与喷射混凝土之间的间隙填充密实。另外，也可以在喷射混凝土表面设置一定厚度的钢支撑[3]。

4.3 对隧道内积水情况进行有效处理

当隧道内出现积水的问题时，如果积水深度较浅，则可以通过对隧道进行开挖的方式来进行处理。但如果积水深度较深，则应该通过对隧道衬砌结构进行加固处理的方式来进行解决。一般来说，在公路隧道衬砌裂损病害整治过程中，往往会出现衬砌结构渗漏水的问题，导致衬砌结构出现一定程度的破坏。比如，在某公路隧道中，由于排水设施设置不合理，导致隧道内存在一定的积水问题。在对其进行处理时，可以通过以下几个方面来进行解决：1)对隧道内的排水系统进行重新规划设计；2)对隧道内排水设施进行改造；3)对于渗漏水问题较严重的段落，可以采取注浆加固措施来加以解决。当渗水位置位于拱顶或仰拱时，可以通过对渗水位置进行封闭的方式来进行处理。

当渗水位置位于隧道拱顶时，则应该对拱顶衬砌结构进行加固处理。在施工过程中应注意：1)应对衬砌结构表面及四周出现的裂缝问题进行详细分析；2)根据裂缝的具体情况采取相应的封闭措施；3)合理设置排水系统。除了上述内容之外，还可以在隧道工程中打造出无压排水系统，利用特殊性的半圆排水管顺着裂缝进行敷设，通过构建形成完善的排水系统可以最大程度解决地下水渗入隧道内，让地下水流入两侧的排水沟。在这一排水系统构建过程中可以借助水泥钉进行固定，并且在管道表面敷设环氧砂浆，减少喷射混凝土造成的冲击影响，确保整体排水系统的高效稳定(见图2)[4]。

图2 隧道双排水系统示意

4.4 对于出现的裂缝问题进行有效处理

在进行公路隧道衬砌裂损病害整治时，应该首先对出现裂缝的位置进行准确定位，然后根据实际情况采取相应的措施来确保裂缝处具有良好的防渗性能(见图3)。通常情况下，对于公路隧道衬砌出现裂缝的部位，可以采取如下两种措施来加以处理：1)对裂缝表面进行封闭处理，首先应该采用环氧胶泥对裂缝表面进行简单封闭，然后再用水泥砂浆对裂缝表面进行嵌缝，使其具有良好的防渗性能；2)将裂缝表面进行凿槽处理，在凿槽过程中需要根据实际情况来确定凿槽深度和宽度。凿好后再将其表面用环氧树脂材料进行粘贴处理，以使其具有良好的防渗性能。需要注意的是，在对公路隧道衬砌裂损病害进行整治时，还需要在一定程度上保持隧道内良好的通风条件和卫生条件，防止出现二次污染问题。另外，还可以采用化学灌浆的方法来进行处理，以确保裂缝处具有良好的防渗性能。对于隧道内出现的渗水问题，可以采用表面置换法来进行整治，但需要对渗水位置进行准确定位，并确保其具有良好的防渗性能。而对于隧道内渗水位置及水质变化情况的监测，需要结合实际情况，采用有针对性的方法来进行处理。比如，在进行隧道内渗水位置及水质变化情况监测时，需要采用一定的仪器来对渗水位置及水质变化情况进行有效监测，并将其作为隧道衬砌裂损病害整治措施实施效果的重要评价指标。在具体操作过程中，需要对渗水位置及水质变化情况进行有效监测，并根据其具体情况采取有针对性的整治措施[5]。衬砌结构补强也是一种整治手段，可以让隧道使用的安全性得到增强，但这一补强手段难度较大，需要对边墙受力情况进行加固优化，并且严格控制焊接质量，避免出现二次裂缝产生。

图3 水平定向钻疏通隧道中心水沟示意

5 结语

综上所述，公路隧道作为国家交通建设项目中最为关键的内容之一，在实际发展过程中，必须对病害问题展开综合性分析，落实高质量的检测和整治工作。未来随着公路隧道建设规模不断扩大，衬砌裂损病害问题必须得到解决，以此确保行驶安全，施工团队需要对具体的施工项目展开综合性分析，确定具体成因，制定出针对性措施，实施有效处理。