隧道工程衬砌及病害处治探析

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摘要：近年来，我国隧道工程迅速发展起来，新技术、新工艺和新材料研究与应用也层出不穷，设计施工技术已接近了国际先进水平，复杂水文、地质和各种条件下的隧道施工技术也在日益成熟。鉴于此，本文对隧道工程衬砌及病害处治作了详细的研究。

关键词：隧道工程；衬砌；病害处治

1隧道概述

1.1隧道分类

①按长度分为：特长隧道L>3000m、长隧道1000<L≤3000m、中隧道500<L≤1000m、短隧道L≤500m。②按埋置深度：深、浅埋分界标准：Hp=（2～2.5）Hq≈2.5H（Ⅳ～Ⅵ），H为开挖隧道断面高。③按隧道上层界质不同分为：山岭隧道、水下隧道（河底隧道、海底隧道）、地下隧道（地铁、下穿式地道、部分轨道交通等）。④按结构分为：普通单洞隧道、左右双向分离式隧道、联体隧道、双层隧道（单洞分上下层）。

1.2隧道围岩分级

根据隧道工程的地质、围岩的整体性、种类、强度及水文状况，共分为六级，级别越高，岩质越差（2000年以前为类别，类别越高，岩质越好）。Ⅰ、Ⅱ级为坚石，整体性很好，其二次混凝土衬砌基本上是装饰性衬砌，但也有强制性要求，厚度≥20cm；Ⅲ级为次坚石；Ⅳ、Ⅴ级分别为弱风化石、强风化石，需在初期支护上增设型钢等结构进行加强防护；Ⅵ级为风化颗粒碎碴及土质，一般在进出洞口段和大断层夹层中，其进洞需增加土层加固措施，如超前管棚、地表注浆加固等措施。

1.3隧道工程常见病害原因

（1）混凝土施工中渗漏水通道。

①在隧道混凝土施工中，由于没有严格控制混凝土调配比例会导致水灰比过大，也容易导致毛细型渗水，也就是说水分过多混凝土材料在使用中不利于拦截渗水。②在隧道混凝土施工中如果材料不利于拌合，那么泥浆材料将无法缝隙粘结，进而导致出现各种形状缝隙，也会导致渗水病害。③在隧道混凝土施工中，混凝土材料拌合会存在杂物，混凝土浇筑完后杂物腐蚀形成空隙也会导致混凝土缝隙和渗漏，因此这也是隧道渗水的一个原因。④在隧道混凝土施工中没对“三缝”进行密封处理，就会导致缝隙漏水，如果对混凝土隧道缝隙不能进行填补和预防，就会导致隧道工程的渗漏。⑤在隧道工程混凝土施工中，有关部门防水板安装并不合理，没达到相关质量标准也会导致接缝破损，进而导致排水管渗漏，出现渗水现象。

（2）隧道衬砌结构破损。

隧道结构破损也是导致渗水的原因，因此在隧道施工中，相关部门要加强对结构问题的预防与控制。一般来说，隧道工程结构破损原因有地质因素、设计因素及施工因素。其中反映在施工施工中的问题是比较普遍的，如强度不足、厚度不够、模板变形及浇筑时机不合适等，但地质原因在衬砌结构破损中起主要作用，尤其是地基不均匀沉陷和山体滑移错动。

2隧道复合衬砌

2.1初期支护

软弱围岩段施工必须坚持“先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、早封闭、勤量测”的施工原则，初支紧跟掌子面；Ⅳ～Ⅵ围岩初支必须保证尽早封闭成环。初期支护以锚喷混凝土支护为主，辅以型钢、隔栅支架、小导管注浆等加固软弱围岩段（Ⅳ级以下围岩）的支护体系，保障后续工程的施工安全。①按设计布打锚杆（Ⅳ级以下先初喷混凝土后，再打锚杆），挂网喷射混凝土。②按设计布设型钢或钢筋隔栅支架，分部支护必须做好连接件及锁脚锚杆，锁脚锚杆一般采用2根以上准25中空锚杆且杆长大于3.5m的进行锁定，使钢架安全稳固。③复喷射混凝土达到设计厚度，且将型钢或隔栅完全置于喷射混凝土中，形成初期支护的整体结构。喷射混凝土2h后必须采取正常的喷水养护，时间不小于7d。④初支量测设置：必测项目为拱顶下沉和周边位移，按规范观测，绘制量测曲线，待稳定后，可进入二次衬砌混凝土的施工。⑤初支检测项目：锚杆长度、数量、抗拔力、钢架垂直度、连接件及纵向间距、喷射混凝土厚度、强度等。⑥提高喷混凝土的实体质量，改正操作程序和采取相应的技术措施，提高喷混凝土的密实度，如接长喷射头、喷管，减少回弹，降低造价。

2.2永久性支护

永久性支护的前提条件必须在初期支护沉降、收敛稳定后方可进行进行施工。①挂设防水卷材，要求牢固密贴喷射混凝土面，防水卷材采用真空粘贴，充气检验，形成整体防水体系。②台车就位，通过进料口检查各部位衬砌厚度，合格后台车固定，如不合格，退台车整改，整改后复位待浇灌混凝土。③泵送混凝土由于工作条件的要求，混凝土的水灰比较大，在保证泵送混凝土不堵管的前提下，适当降低水灰比，以减小混凝土收缩变形量。④模注混凝土利用台车进料口，必须两侧对称灌注混凝土，不能产生过大高差而形成偏载，防止不对称偏载对台车不均匀受力而产生位移。⑤拱部混凝土浇筑时，压注混凝土满后仍需继续持压10min，尽可能使拱部不脱空或减轻脱空现象，并预留3个注浆孔（9m台车，注浆孔位1.5m、4.5m、7.5m处分布）。⑥模板台车长度应该控制在9m过长混凝土收缩裂纹增多，过短对施工不利，接缝多处治不利。⑦二次衬砌完成后，应使用地质雷达对二次衬砌厚度、脱空情况选择5条线进行检测，两拱腰和拱顶必须检测，另随机抽检2条和每200m且每种二次衬砌断面形式沿拱圈环向抽检不少于一个断面。

3隧道二衬混凝土表面裂缝及处治方案

3.1裂缝产生的原因

混凝土在硬化过程受温度影响产生收缩和膨胀，其收缩和膨胀受围岩开挖面糙度的制约，而产生表面收缩裂缝。

3.2处治方案

以裂缝封闭为主，构造裂缝以增补强度、钢度为主。①收缩裂缝：根据隧道养护规范规定，大于3mm宽度的裂缝必须修补，3～5mm裂缝采用10cm宽碳纤维布粘贴；大于5mm的裂缝切成V型槽，压注环氧树脂浆液处治。②构造裂缝：不论裂缝宽度大小，构造裂缝必错台，系受力不均所致，必须补强。

4隧道二衬混凝土厚度不足、脱空处治方案

4.1二衬拱顶脱空

一般脱空均应在浇灌混凝土前预留注浆孔（或重钻注浆孔）压注水泥浆灌满即可。

4.2隧道二衬混凝土厚度不足

①Ⅰ、Ⅱ级围岩：混凝土二衬主要是起安全储备的功能，其衬砌厚度达到设计的2/3厚且不少于20cm，可暂不作加固处理，但不能评优。②其他级别围岩，混凝土二衬起到承重围岩压力的作用，必须进行加固处理。二衬厚度不足（但不脱空）主要原因是严重欠挖，围岩开挖面侵入衬砌断面造成二衬厚度不足，根据检测资料，可按下列方法补强治理：a.二衬检测厚度大于2/3设计厚度，采用外部加固拱厚。b.二衬检测厚度小于2/3设计厚度，采用凿除混凝土及围岩，达到设计标准后，再重新立模压注混凝土。c.二衬内夹杂防水卷材：其治理方案：凿除混凝土20cm以上，植筋胶植准20钢筋（长50cm、孔深25cm、间距50cm），混凝土槽周边凿除顺直也进行植筋胶植准20钢筋（长80cm、孔深25cm、间距50cm），使后喷混凝土与原衬砌良好结合，喷射混凝土20cm后，表面打磨装饰涂料。上述处治方案是基于该段围岩为Ⅱ级，衬砌起安全储备作用，且无任何渗漏水现象，如有渗水，喷射混凝土中应增添防水材料。

5结束语

公路隧道在运营过程中，衬砌会不同程度的出现开裂、渗水、混凝土剥落等现象，直接威胁运营安全，因此研究隧道二次衬砌病害及处治措施具有重要的工程意义。

参考文献

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[3]姜海燕，黄杰，刘志强.公路隧道裂缝成因及整治措施研究[J].公路交通科技（应用技术版），2014，08（06）：09~10.

作者：刘世元 单位：中星路桥工程有限公司