高速公路隧道病害整治技术探讨

高速公路隧道病害整治技术探讨作者：罗杰瘟泉周东勇摘要：介绍和分析了高速公路隧道病害的种类和成因，探讨了隧道病害的治理技术，并通过工程实例进行了说明。1前言随着我国国民经济的快速稳定发展，对交通运输的需求量和等级要求越来越高，高等级公路、铁路的建设蓬勃发展，修建的隧道数量越来越多。但是由于设计、施工、地质等各方面的原因，导致一些隧道产生结构变形、开裂、错台、渗漏水等病害，大大降低了线路的级别，并威胁到安全运营，情况严重的使隧道失去使用价值，给国民经济带来巨大损失。重庆高速公路建设步伐很快，到2010年建成“二环八射”2000km高速公路。仅2005年将完成投资100亿元，其中新开工项目总里程为478km，通车项目34km，续建项目计682kme到2020年，重庆将建成总投资1990亿元的“三环十射三连线”共计3600km高速公路。重庆是丘陵山区，高速公路建设中桥隧的比重较大，减少新建隧道发生病害和及时对现有病害隧道进行有效整治，对重庆的高速公路建设有着非常重要的意义。2我国高速公路隧道病害种类和成因分析据有关资料统计，目前高速公路隧道病害主要表现在：严重渗漏水、结构衬砌的腐蚀裂损、仰拱或铺底的变形损坏导致路面的破坏。几乎所有的隧道病害都与渗漏水有着直接或间接的关系，隧道结构的缺陷给隧道渗漏水提供了通道，隧道渗漏水的长期作用又会加剧隧道侵蚀破坏，特别是在围岩有地下水并具有侵蚀性的情况下，对衬砌和隧道设备的腐蚀更加严重。在运营期间，地下水常通过混凝土衬砌变形缝、施工缝、裂缝甚至混凝土孔隙等通道渗漏进隧道中，造成洞内通信、供电、照明等设备处于潮湿环境而发生锈蚀、霉烂、变质、失效，若使路面积水，就会改变路面反光条件，引起眩光，造成车辆打滑，危及行车安全。2．1隧道渗漏水成因分析a．隧道开挖对地下水的影响①隧道开挖引起围岩应力的释放和重分布，改变围岩的力学特性和水的泾流路线，使周围的水向隧道内汇集和积聚，隧道处于地下水的包围中，给隧道渗漏水创造了条件；②隧道周围地下水渗流场的改变，进一步引起应力场的不断调整，可能引起的局部应力集中、地层不均匀沉降或滑移面活动都将对隧道结构造成破坏，使得衬砌结构出现裂缝等，形成渗漏水通道，使隧道产生渗漏水；③隧道开挖可能引起的古滑坡复活或新滑坡、或矿产采空区失稳、或大的塌方、或大量失水后的地面沉陷以及地震或人为诱发地震等都会破坏隧道衬砌结构，引起隧道渗漏水病害。b．混凝土施工中产生的渗漏水通道①混凝土浇筑时水灰比过大，形成开放性毛细泌水管路；②混凝土拌合物和易性不佳、混凝土质地不够均匀、水泥浆未能与骨料表面很好粘结、未能很好灌满捣实产生疏松层或留下各种形状的缝隙与孔洞，形成透水缝隙；③衬砌混凝土材料中有杂物，腐烂后形成缝隙或孔洞。特别是在两环混凝土接缝部位，由于挡头板未拆除干净，腐烂后形成缝隙而漏水；④“三缝”处理不当，产生的漏水缝隙；⑤防水板安装不规范，未处理好防水板的接缝和破损部位，导致渗水，排水管路堵塞，等等。2．2隧道衬砌结构破损成因分析隧道衬砌结构破损是指隧道衬砌开裂变形、片块剥离以及大块坍落。其原因概括起来有地质原因(如软弱围岩、地层偏压及山体滑坡等)、设计不完善、施工原因和其他人为因素(如在隧道附近取土、采矿等)。其中反映在施工方面的问题比较普遍，如强度不足、厚度不够、模板变形、拆模过早及浇筑时机不合适等。但地质原因在衬砌结构破损成因方面起主要作用，尤其是地基不均匀沉陷和山体滑移错动。3隧道病害整治技术人们早已认识到隧道病害对运营的严重威胁，只是限于条件，目前对高速公路病害隧道的治理，由于受行车条件的限制，大都处于治表为主的状况，修修补补，一段时间后旧病复发的很多。除非病害严重到危及结构安全才加以彻底整治，治理技术主要有以下几种。a．注浆加固堵水技术注浆作为加固围岩的一种手段，在隧道病害治理中所起的作用主要表现在加固地层以提高围岩的承载力和充填衬砌背后空洞使衬砌均匀受力，从而达到阻止衬砌结构继续变形或破坏。同时，浆液能充填岩体裂(孔)隙(洞)，降低地层透水系数，同时能够修补衬砌混凝土结构裂缝达到加固和阻水的双重目的。通常采用的浆液有普通硅酸盐水泥(或特殊)单液浆、水泥水玻璃双组份浆液及化学浆液等。b．锚杆支护技术锚杆具有悬吊作用、组合梁作用、紧固作用及均匀压缩拱作用(如图1所示)，在隧道结构产生病害部位安设锚杆，可有效提高围岩的整体承载能力，将已产生裂纹的衬砌混凝土与已加固的围岩结合在一起，阻止衬砌结构的进一步破坏。c．套衬技术病害治理中如衬砌产生的裂缝不密集，尚不足以危及隧道结构安全，经加固后仍有较强的承载能力，而且存在净空断面缩小的余地，在安设锚杆、注浆加固的基础上，可以考虑施作套衬。套衬就是在既有衬砌内表面再灌注一定厚度的混凝土，与既有衬砌共同承担围岩压力。套衬可以有效地阻止既有衬砌进一步裂损变形，同时可起到防水的作用。d．结构抽换技术隧道衬砌结构如果裂缝交错分布，密度较大，并伴有片块剥落，严重错台，侵入净空限界，使原衬砌失去使用功能，则应考虑拆除旧的衬砌结构，重新施作新的衬砌。结构抽换过程中，必须采取如下措施，保证施工和隧道结构安全。①架设钢架支撑，抑制结构变形发展；②注浆加固围岩，并利用注浆管悬吊既有裂损衬砌；③运用静态破碎及控制爆破技术拆除1日有裂损混凝土，并严格控制开挖进尺；④及时进行初期支护并加强监控量测。e．渗漏水引排技术地下水在高速公路隧道病害成因中，是最活跃、最具破坏力的因素，隧道渗漏水病害治理难度最大，其治理效果能够综合反映隧道整治质量。对于从衬砌表面(主要在“三缝”部位)渗漏出来的地下水，必须配合采用引排技术治理。4工程实例重庆万梁高速公路亭子垭隧道和金竹林隧道由于建成后山体滑移，引起隧道拱顶、拱墙、拱底产生较大的纵、横、斜向裂缝，最大裂缝宽度为50mm。金竹林隧道和三正隧道为双连拱隧道，与国内所有双连拱隧道一样特别是中隔墙和拱脚处的防水问题都或多或少的存在设计不够完善、施工工艺达不到设计要求等现象，从而造成该处严重渗漏水。建设单位及早认识到隧道的病害将对隧道结构和以后的运营直接构成威胁，分析了病害的原因主要是地质原因和目前国内双连拱隧道修建技术水平问题，认为这几座隧道的病害治理是一个系统工程，必须由一支在隧道方面具有先进施工技术和丰富经验的专业单位进行设计和治理。在此共识下，经多方选择，中铁隧道集团设计院和科研所承担了本项目的设计和治理任务。经过三个多月的紧张施工，基本达到了一次根治、不留后患的整治目的，整治后隧道结构稳定，不渗不漏。2003年12月26日通车至今一年多采，运营状况良好，尤其是对双连拱隧道中隔墙渗漏水的治理效果非常显著。在隧道病害整治过程中，综合采用了注浆加固堵水技术、结构抽换技术、中空锚杆加固技术、引排技术和软基袖阀式注浆加固技术等。尤其是对双连拱隧道进行注浆堵水过程中，采取普通水泥浆液和超细水泥浆液的配合使用，采用了注浆堵水结合引排水和单独引排水治理两种方案，目前来看，两种方案都达到了预期的效果。5结论①隧道病害是国内外非常普遍的现象，其原因是多方面的，高速公路隧道病害一方面大大降低了“高速”，一方面直接威胁到隧道的结构和运营安全。高速公路近年来的快速发展要求不断提高隧道修建技术水平，避免或减少隧道病害的发生；②高速公路隧道病害的形式主要有渗漏水和结构破损，其中渗漏水病害比较普遍；③高速公路隧道病害产生的主要原因有地质方面的、施工方面的、设计方面的和人为因素等，要认真地系统地分析；④高速公路隧道病害整治要各种技术综合运用，由专业队伍来进行，治理的时机最好选择在通车前进行，要坚持“一次根治、不留后患”的治理原则。