关于隧道病害成因及防治措施的分析

张吉鹏

摘要：本文作者分析了隧道病害种类及成因，介绍了隧道病害的防治措施，供同行参考。

关键词：隧道病害；成因；防治措施；分析

1 隧道病害种类及成因

1.1 隧道病害种类

1.1.1 A类病害。隧道的结构轴线受偏载影响，变形极其严重，已施做的衬砌及初期支护发生侵限至整体破坏，表现为不同程度的开裂，钢拱架扭曲变形甚至断裂，位移超过30cm，最后出现极其严重的推移或破坏。

1.1.2 B类病害。因在受力后产生的变形从而形成缺陷和裂缝。严重变形，整体性和稳定性差，表现为裂缝多，其宽度在10～30 mm之间，错台小于10mm。

1.1.3 C类病害。因环境因素影响形成缺陷和裂缝。主要是温度和湿度的变化初期支护及衬砌虽有局部开裂，但整体性和稳定性较好，表现为在隧道的一侧或两侧开裂，裂纹少而细（宽度小于10mm），无错台发生，但局部有渗漏水现象。

总体来看隧道病害主要表现在为：隧道渗漏水（主要表现为点、线、面三种分布形式），二衬及路面等局部断块、开裂变形，排水系统阻塞致使路面返浆等。

1.2 隧道病害形成原因

1.2.1 隧道渗漏水的形成原因

隧道水害的形成原因是；在修建隧道时破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水地层连通，而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。也能将隧道水害归结为主观和客观两方面的原因。隧道施工质量控制不佳，是隧道渗漏水发生的主要因素，有以下主要表现：

a. 隧道穿过含水的地层，隧道防排水设计上存在诸多漏洞。长期以来，人们对隧道渗漏水病害的危害性认识不足，隧道设计上存在重结构、轻防水的倾向。

b. 隧道衬砌防水及排水设施不完善。

1.2.2 隧道结构损坏形成原因

a. 受地质因素的影响，前期施工中对地质情况探明不详尽，或是施工时对地质变化考虑与处理不周而导致后期岩层地质变化。

b. 施工方法与施工质量的影响：由于施工方法不同、施工质量不好，造成围岩松动，压力增大，衬砌厚度不够、强度不足，衬砌背后回填不密实，运营后会出现结构的变形和裂损。

c. 地下水的影响：地下水的动静压作用、严寒地区的冻胀力、地下水作用于隧道体周围的软弱破碎岩层，导致衬砌周围出现空洞等约束不均匀，都有可能造成隧道结构开裂。

d. 隧道砼结构受侵蚀性环境介质如各种酸、碱、盐以及大气中各种有害气体与混凝土中某些组分产生的化学反应侵蚀。

e. 由于配制混凝土时原材料中含有一定数量的碱或“碱活性”骨料，而发生因反应生成物吸水膨胀导致混凝土开裂的碱骨料反应。

2 隧道病害的防治措施

2.1 隧道渗漏水防治方法

2.1.1 凿槽排水法

此法主要用于拱、墙单点线流、股流、射流等水量较大而不易用以上几种堵水措施处理的渗漏部位。其方法是从渗水点起凿槽，在槽中埋设半个PVC管或塑料排水板，外用防水砂浆封闭。常用的排水方法分为以下几种：

a. PVC管反扣法。将直径ф150 mm的PVC管从中间剖开，分成两半，用扣码将剖开的PVC管固定在衬砌表面，漏水可沿管路排放到两侧沟内。

b. 塑料排水板排水法。从渗水点起凿槽，在槽中埋设塑料排水板，外用防水砂浆封闭；

c. 嵌缝堵漏法。此法主要用于局部施工缝浸水、渗水等水量较小的部位处理。主要分为隧道环向施工缝堵漏及隧道纵向缝堵漏两种方式。

2.1.2 注浆封堵法

注浆封堵是在人工凿成的槽内放置PVC半圆管，然后封填、注浆，最后抹壁、养护。它适用于渗漏量小（仅见湿渍，无明显水流）的裂缝线形渗漏。几种常见注浆封堵材料的配制方法分别为：

a. 水泥浆及水泥沙浆的配制；

b. 水泥一水玻璃浆液；

c. 丙凝化学浆液等。

2.1.3 顺畅排放

顺畅排放针对渗漏量大的环向线形（施工缝）渗漏和施工裂缝线形渗漏，它不去堵，而是把水导引至隧道两侧边沟排出隧道外。

2.2 隧道结构损坏病害防治措施

对于病害严重影响行车安全的需对其进行更换处理或进行整体补强：主要分为以下几种方式。

2.2.1 隧道拱部、边墙部位开裂、掉块病害整治方法

① 对隧道拱部进行更换。

② 对隧道边墙部位进行更换。

③ 对破损部位整体进行锚注支护。由于超开挖回填不实或未回填，围岩孔隙和裂隙发育严重。应用传统锚杆时，不仅易出现塌孔和卡钻事故，且可锚性也较差，还经常造成锚杆锚固力低和失效的现象，利用自钻式中空锚杆则能解决以上问题。自钻式中空注浆锚杆是一项集钻孔、锚固和注浆于一体的支护方式，通过锚杆注浆一方面改变了岩体的力学性能，提高了岩体的粘聚力和内摩擦角，从而提高了岩体的强度与完整性，有效改善了应力分布情况。另一方面工程岩体的水理环境和锚杆的锚固环境也得到改善，注浆封闭缝隙后阻止了水对岩体的侵蚀，改善了岩体的水理环境，起到很好的滲漏治理效果。

④ 采取套拱补强施工方法。

a.套衬补强：套衬补强是指在原衬砌混凝土表面再灌注一定厚度的混凝土，一方面抑制原混凝土裂缝的发展，另一方面与原衬砌混凝土共同作用成为新的承载结构。套衬补强的范围为拱墙部分。

b.适用条件：原混凝土衬砌尚未失去使用功能，套衬后的断面满足隧道净空要求。隧道衬砌裂缝的外观表现一般是裂缝分布较多，但较少有交错分布，且裂缝宽度较小，没有混凝土错台、剥落现象。

c.技术要点：套衬混凝土厚度不低于20cm，应采用钢筋混凝土，要保证隧道净空断面要求，套衬混凝土要与原衬砌混凝土结合成一个整体。

⑤ 隧道衬砌背后回填注浆。采用多次、少量的注浆施工方案，裂缝区段浆液灌注宜分3次以上完成，每次灌注采用浆液注量和压力双重控制标准，分次灌注时间以间隔5 d到7d为宜。

⑥ 喷锚支护形式。本施工方法主要是对隧道局部厚度小于最小设计值地段的二衬结构进行补强，二衬结构补强措施主要采用喷锚支护形式，依据不同的病害情况分为如下3种形式：

a.素喷C20混凝土：该形式主要用于隧道病害较轻区段即二衬背后空洞规模不大，或局部衬砌厚度小于设计值的地段。

b.挂网喷C20混凝土：主要用于衬砌背后空洞较大，或二衬厚度小于设计值的地段。

c.锚杆加网喷C20混凝土：用于隧道空洞规模大且连通，二衬厚度小于设计值，且二衬局部存在裂缝的区段。锚杆采用自钻式中空锚杆，常规锚杆长L=3.0 m，按间距1.2 m ×1.2 m呈梅花型布置。

⑦ 对隧道衬砌裂缝进行修补。主要有如下治理方法：

a.由砼干缩、温度应力等引起的未贯穿衬砌厚度的局部细小裂缝，且裂缝基本无渗水，在裂缝处凿槽，用环氧树脂浆液嵌补。

b.局部纵向长渗水裂缝或环向渗水裂缝，可在裂缝处凿槽，埋管引排地下水，再用环氧树脂浆液嵌补。

2.2.2 隧道腐蚀病害防治方法

隧道衬砌腐蚀病害处理：治理腐蚀的最佳方法是彻底治理二衬渗漏，即以排为主，排、堵、截并用，综合治水；对于已腐蚀的二衬砼，采取以下措施：

a. 侵蚀深度<10 cm处治方法。渗水较小部位，凿除侵蚀砼，在清洗好的基面上作抹面防水层，埋好排水管，重新用防腐蚀砼或环氧树脂砂浆补平。

b. 侵蚀深度>10 cm处治方法。除采取排水降底水压外，要对已侵蚀的衬砌进行翻修，即凿除病窖砼，在清洗好的基面上敷设耐腐蚀材料作为防腐层，再立模浇筑抗侵蚀、防水砼，使防水、防腐蚀设施与结构合为一体。

参考文献：

[1] 王伟.高速公路隧道病害成因及整治技术研究[J].山西建筑，2010，（15）.

[2] 成科生.黄土公路隧道病害治理实例研究[J].工程地质学报，2011，（04）.