公路隧道的病害檢查及養(yǎng)護(hù)管理

1、、 公路隧道的病害檢查及養(yǎng)護(hù)管理公路隧道既是道路工程構(gòu)造物又是地下工程結(jié)構(gòu)。它涉及工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、空氣動(dòng) 力學(xué)、光學(xué)、自動(dòng)控制和工程機(jī)械等多種學(xué)科, 技術(shù)較為復(fù)雜。而且, 公路隧道一般都處于 崇山峻嶺之中, 無繞行可能, 如果隧道內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏水、襯砌開裂或設(shè)施故障等情況, 就 會(huì)妨礙交通, 進(jìn)而使整個(gè)交通線完全處于中斷狀態(tài), 給公路交通造成惡劣影響。隧道主體結(jié) 構(gòu)為永久性建筑物, 日本統(tǒng)計(jì)的隧道平均壽命為50 年以上, 我國(guó)公路隧道的設(shè)計(jì)壽命為 30年, 但隧道作為地下工程建設(shè)其壽命應(yīng)該大于100年。對(duì)公路隧道運(yùn)營(yíng)階段的病害檢測(cè) 與治理應(yīng)本著“預(yù)防為主、早期發(fā)現(xiàn)、及時(shí)維護(hù)、對(duì)癥施治”的原

2、則, 要經(jīng)常性的對(duì)隧道進(jìn) 行檢查, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題, 建立數(shù)據(jù)庫(kù), 確定需要整治的技術(shù)指標(biāo), 并采用有效措施整治, 對(duì) 整治完的隧要制定質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。力爭(zhēng)做到檢測(cè)程序化, 處治規(guī)范化, 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)化。但實(shí)現(xiàn) 這個(gè)目標(biāo)還有許多專題需要進(jìn)一步研究。我國(guó)交通部于2003 年10 月發(fā)布了公路隧道養(yǎng) 護(hù)技術(shù)規(guī)范( JTGHl2- 2003) , 其中已經(jīng)對(duì)公路隧道結(jié)構(gòu)檢查的基本內(nèi)容和采取的常規(guī)對(duì) 策給出了明確的規(guī)定。公路隧道的檢查公路隧道的檢查是為了掌握隧道的現(xiàn)狀, 發(fā)現(xiàn)對(duì)隧道安全和功能有影響的病害, 為隧道 進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)管理收集和積累資料, 建立隧道養(yǎng)護(hù)維修的數(shù)據(jù)庫(kù), 為決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 以便盡早采

3、取防治病害的措施, 確保隧道安全暢通。公路隧道的檢查分為日常檢查、定期檢 查、特別檢查和專項(xiàng)檢查。日常檢查是為了發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)的早期破損、顯著病害或其他異常 情況, 日常檢查原則上與道路巡回檢查一并進(jìn)行。公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范規(guī)定日常檢查 的頻度應(yīng)不小于1 次/月, 高速公路隧道應(yīng)不小于1 次/周, 特別是在雨季或冰凍季節(jié)更應(yīng) 增加日常檢查的頻度。檢查的內(nèi)容包括隧道襯砌的裂縫、錯(cuò)臺(tái)、起層、剝落以及排水設(shè)施的 破損、堵塞、積水和結(jié)冰等。定期檢查是按規(guī)定周期對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的基本狀況進(jìn)行全面檢查, 檢 查的目的是系統(tǒng)掌握隧道的基本技術(shù)狀況, 為制定養(yǎng)護(hù)工作計(jì)劃提供依據(jù), 檢查宜采取徒步 的目視檢查為主, 配

4、備必要的檢查工具或設(shè)備, 檢查的內(nèi)容除了上述提及的結(jié)構(gòu)病害外, 還 應(yīng)擴(kuò)展到運(yùn)營(yíng)的通風(fēng)、照明、噪音、環(huán)保、路面抗滑系數(shù)等, 檢查的周期宜為1 次/年, 高 速公路隧道應(yīng)不少于1 次/年。檢查宜安排在春季或秋季, 定期檢查完成后應(yīng)提交定期檢查 報(bào)告以及隧道展開圖和其他有關(guān)檢測(cè)記錄資料。特別檢查是在隧道遭遇地震、洪水等自然災(zāi) 害,發(fā)生火災(zāi)、交通事故或出現(xiàn)其他異常事件后對(duì)隧道進(jìn)行的檢查, 檢查的目的是及時(shí)掌握隧 道結(jié)構(gòu)受損情況, 特別檢查難以判明破損原因和程度時(shí)應(yīng)作專項(xiàng)檢查。專項(xiàng)檢查是根據(jù)定期 檢查和特別檢查的結(jié)果,或者通過其他途徑判斷, 需要進(jìn)一步查明某些破損或病害的詳細(xì)情 況而進(jìn)行的更深入的專門

5、檢測(cè), 例如隧道火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)損傷評(píng)價(jià)檢查, 檢查時(shí)要邀請(qǐng)一些有 經(jīng)驗(yàn)的專家并輔以專門的檢查設(shè)備。通過專項(xiàng)檢查, 應(yīng)完整掌握病害的詳細(xì)資料, 為其是否 實(shí)施處治以及采取何種治理病害的措施等提供技術(shù)依據(jù)。公路隧道的病害治理公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范( JTGHl2- 2003) 給出了公路隧道檢查和病害治理的基本原 則, 如表1 所示。表1 隧道的基本性能和采取的對(duì)策隧道的性能對(duì)策介于建設(shè)時(shí)和現(xiàn)狀之間的性能建設(shè)時(shí)的性能比建設(shè)時(shí)更高的性能耐久性能補(bǔ)修補(bǔ)修、補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)修、補(bǔ)強(qiáng)安全性能補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)使用性能恢復(fù)使用性、補(bǔ)強(qiáng)提高功能性、補(bǔ)強(qiáng)與第3者影響有關(guān)的性能補(bǔ)修補(bǔ)修美景、美觀修景修景2、公路隧道病害的分類及危害程度公

6、路隧道病害的類型主要有水害、凍害、襯砌裂損、襯砌侵蝕等。隧道病害發(fā)生較多的 地段, 從地質(zhì)情況看, 一般是斷層破碎帶、風(fēng)化變質(zhì)巖地帶、裂隙發(fā)育的巖體、巖溶地層、 軟弱圍巖地層等; 從地形情況看, 多發(fā)生在斜坡、滑坡構(gòu)造地帶、巖堆崩坍地帶等。隧道內(nèi) 各種病害一般不是單獨(dú)存在的,而是互相影響、互相作用的。其中最常見的病害形式是水害, 隧道水害不僅增加隧道內(nèi)濕度, 造成電路短路等事故, 危及運(yùn)輸安全, 而且還引發(fā)其他病 害。隧道由于滲漏水、積水, 將會(huì)造成襯砌開裂或使原有裂縫發(fā)展擴(kuò)大, 加重襯砌裂損。當(dāng) 地下水有侵蝕性時(shí), 會(huì)使襯砌混凝土產(chǎn)生侵蝕, 并隨著滲漏水的不斷發(fā)展, 使混凝土侵蝕日 益嚴(yán)重。

7、在寒冷地區(qū), 水是影響隧道圍巖凍脹和導(dǎo)致襯砌開裂的重要因素。隧道襯砌裂損病 害主要表現(xiàn)為襯砌的變形、開裂和錯(cuò)臺(tái)。而襯砌一旦開裂, 將會(huì)給地下水打開一條外滲的通 道, 引起隧道嚴(yán)重水害, 進(jìn)而就會(huì)產(chǎn)生襯砌混凝土的侵蝕, 冬季產(chǎn)生凍害等。凍害循環(huán)發(fā)生, 進(jìn)而使襯砌混凝土再產(chǎn)生開裂變形, 導(dǎo)致襯砌承載力下降。春夏季襯砌產(chǎn)生凍害部位解凍, 被凍結(jié)的冰融化成水, 致使襯砌產(chǎn)生滲漏水。在含有侵蝕性地下水的圍巖中, 地下水的侵蝕 將造成襯砌混凝土的疏松、剝落, 致使襯砌裂損, 承載力降低?？傊? 隧道內(nèi)各種病害并不 是單獨(dú)作用的, 而是幾種情況共同作用, 對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生連鎖破壞,致使襯砌混凝土開裂變 形,

8、產(chǎn)生剝落掉塊等, 有效厚度減薄, 承載力降低, 安全可靠性減小。隨著病害的持續(xù)發(fā)展, 最終導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。隧道水害的種類及危害程度隧道的水害主要是指隧道圍巖的地下水或部分地表水, 以滲漏或涌出方式進(jìn)入隧道內(nèi) 造成的危害，包括以下幾種。( 1) 隧道漏水和涌水。隧道漏水和涌水會(huì)對(duì)隧道的電力設(shè)備造成不同程度的損壞, 對(duì)照 明設(shè)備產(chǎn)生銹蝕, 影響設(shè)備的正常運(yùn)行,降低使用壽命, 增加維修費(fèi)用。滲漏水促使混凝土襯 砌風(fēng)化、剝落,造成襯砌結(jié)構(gòu)破壞。滲漏水還會(huì)軟化圍巖, 引起圍巖變形; 有些隧道滲水中含 有對(duì)路面的侵蝕性介質(zhì)，造成一般的混凝土堿化; 在寒冷地區(qū)造成邊墻結(jié)冰、拱部掛冰, 侵 入建筑限界。

9、滲漏水還會(huì)造成路面翻漿, 危及汽車的安全行駛。嚴(yán)重滲漏水還會(huì)引發(fā)隧道基 礎(chǔ)的沉陷, 進(jìn)而造成地面和地面建筑物的不均勻沉降和破壞, 使得地表水和含水層水大量流 失,破壞周圍的生態(tài)環(huán)境。( 2) 隧道襯砌周圍積水。運(yùn)營(yíng)隧道中地表水和地下水向隧道周圍滲流匯集, 水壓力較大 時(shí)會(huì)導(dǎo)致襯砌破裂和拱腳下沉, 使圍巖的結(jié)構(gòu)面軟化或泥化,使膨脹性圍巖體積膨脹。在寒冷 地區(qū)造成冰脹和圍巖凍脹。在黃土隧道襯砌周圍的水還會(huì)離析土中的膠體并帶出黃土, 使周 圍的襯砌變成空洞。( 3) 潛流沖刷。主要是指由于地下水滲流和流動(dòng)而產(chǎn)生的沖刷和溶蝕作用, 使得隧道襯 砌基礎(chǔ)下沉。它可使邊墻開裂或者仰拱、隧道內(nèi)路基下沉開裂;

10、圍巖滑移錯(cuò)動(dòng)可導(dǎo)致襯砌變 形開裂; 對(duì)超挖回填不密實(shí)或未全部回填者, 引起圍巖坍塌, 導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)破壞。隧道凍害的種類及危害程度我國(guó)凍土地區(qū)分布廣泛, 其中多年凍土占整個(gè)陸地面積的1/5, 在凍土地區(qū)修建的公路 隧道易產(chǎn)生凍害現(xiàn)象, 例如新疆的天山二號(hào)隧道因滲漏水侵蝕和凍脹破壞而報(bào)廢, 青海的大 阪山隧道成為“ 冰河”, 甘肅的七道梁隧道因滲漏水和冰凍而被迫向隧道送暖氣, 遼寧的八 盤嶺隧道和吉林的密江隧道因滲漏水而被迫在混凝土襯砌內(nèi)加復(fù)襯。拱部掛冰、邊墻結(jié)冰滲漏的地下水通過隧道襯砌混凝土裂縫逐漸滲出, 在滲水點(diǎn)出口處受低溫影響在拱部 形成掛冰,邊墻積成冰柱, 尤其在施工接縫處滲水點(diǎn)多, 結(jié)冰

11、明顯。如不清理, 掛冰越積越大, 侵入限界危及行車安全。水溝因結(jié)冰堵塞, 使地下排水困難, 水溝( 管或槽) 凍裂破損。隧 道襯砌周邊因水結(jié)冰而凍脹, 致使隧道內(nèi)各種凍害接踵而至, 特別是路面結(jié)冰嚴(yán)重危及汽車 的安全行駛。圍巖凍脹破壞隧道修筑在不良地質(zhì)地段的圍巖, 如果圍巖層面及結(jié)構(gòu)內(nèi)含水多時(shí), 冬季就易發(fā)生凍脹 破壞, 致使隧道拱部和邊墻襯砌發(fā)生變形與開裂。當(dāng)邊墻壁后排水不暢, 積水成冰, 產(chǎn)生凍 脹壓力, 會(huì)造成拱腳移動(dòng), 或者墻頂內(nèi)移; 有的雖然墻頂不動(dòng)但墻中發(fā)生內(nèi)鼓現(xiàn)象,也有墻頂 內(nèi)移致使斷裂多段。如果隧道襯砌混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)較低, 抗?jié)B性差, 在地下水豐富地區(qū), 水 就滲人混凝土內(nèi)部。

12、到冬季水在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)結(jié)冰, 膨脹產(chǎn)生凍脹壓力, 經(jīng)多年凍融循環(huán)使 襯砌結(jié)構(gòu)變酥、強(qiáng)度降低, 造成結(jié)構(gòu)破壞。隧道襯砌除結(jié)構(gòu)內(nèi)因含水受凍害外, 由于巖體凍 脹壓力的作用, 也會(huì)使襯砌發(fā)生縱向裂紋和環(huán)向裂紋。2.3 隧道襯砌裂損的種類及危害程度隧道襯砌裂損的種類隧道襯砌裂損的類型主要有襯砌變形、襯砌開裂、襯砌腐蝕破壞、襯砌背后空洞、拱 腳下沉以及仰拱破碎（ 進(jìn)而引起路基下沉、路面翻漿冒泥） 等。隧道襯砌開裂根據(jù)裂縫走向, 分為縱向裂縫、環(huán)向裂縫和斜向裂縫 3 種。環(huán)向工作裂縫一般對(duì)于襯砌結(jié)構(gòu)正常承載影響 不大, 拱部和邊墻的縱向及斜向裂紋對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的整體性危害較大。襯砌裂損的危害程度襯砌裂損的危害

13、是不言而喻的, 它可導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)變形、掉塊甚至塌落; 降低襯砌結(jié)構(gòu) 對(duì)圍巖的承載能力; 使隧道的凈空變小, 侵入建筑限界, 影響車輛安全通過; 襯砌裂縫還會(huì) 成為滲漏水的通道。2.4 襯砌侵蝕的種類及危害程度建在富含腐蝕性介質(zhì)的公路隧道, 其襯砌背后的腐蝕性環(huán)境水, 容易沿襯砌的工作縫、 變形縫、毛細(xì)孔, 及其他孔洞滲流到襯砌內(nèi)側(cè), 成為隧道滲漏水對(duì)襯砌混凝土和砌石、灰縫 產(chǎn)生物理性或化學(xué)性的侵蝕作用, 造成襯砌侵蝕。襯砌侵蝕的種類襯砌侵蝕的種類分為物理侵蝕和化學(xué)侵蝕 2 類。物理侵蝕的種類主要有: 凍融交替部 位的凍脹性裂損和干濕交替部位的鹽類結(jié)晶性脹裂損壞 2 種。隧道襯砌混凝土的化學(xué)侵蝕

14、 是一個(gè)很復(fù)雜的物理化學(xué)過程。綜合國(guó)內(nèi)外的研究成果, 根據(jù)主要物質(zhì)因素和腐蝕破壞機(jī)理, 可分為硫酸鹽侵蝕、鎂鹽侵蝕、溶出性侵蝕（ 軟水侵蝕） 、碳酸鹽侵蝕和一般酸性侵蝕 5 種。襯砌侵蝕的危害程度隧道內(nèi)混凝土襯砌的腐蝕按其種類不同, 可分為水蝕、煙蝕、凍蝕及骨料溶脹等。隧 道襯砌侵蝕, 使襯砌出現(xiàn)起毛、酥松、蜂窩麻面、起鼓剝落、孔洞露石、骨料分離等材質(zhì)破 壞, 襯砌厚度變薄。還會(huì)導(dǎo)致襯砌內(nèi)的鋼筋腐蝕, 使得襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減小,降低隧道襯砌的承 載能力, 縮短使用壽命, 危及行車安全。3 公路隧道病害的成因與防治隧道病害的防治原則( 1) 病害防治應(yīng)盡量不中斷運(yùn)營(yíng)或盡量減少對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響;( 2)

15、摸清病害產(chǎn)生的原因, 根據(jù)圍巖地質(zhì)等具體因素, 選擇合理的整治;( 3) 病害整治時(shí)宜盡量利用既有的臨時(shí)設(shè)施, 如便道、房屋、水池等, 以降低病害整治費(fèi)。水害的成因及防治方法水害的成因隧道水害的成因是修建隧道破壞了山體原始的水系統(tǒng)平衡, 隧道成為所穿越山體附近 地下水集聚的通道。在工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中對(duì)其工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況了解得不夠仔細(xì), 對(duì)襯 砌周圍地下水源、水量、流向及水質(zhì)勘察不全; 有時(shí)還缺乏反映防水材料性能的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)和對(duì)結(jié)構(gòu)抗?jié)B、抗腐蝕的具體要求; 另外由于施工和監(jiān)理中存在的問題也是形成水害的原 因; 目前國(guó)內(nèi)許多廠家生產(chǎn)的防水材料質(zhì)量不過關(guān)也是一個(gè)很重要的原因。水害的防治方法隧道治水的具體措施就是防、排、堵、截相結(jié)合, 剛?cè)嵯酀?jì), 因地制宜, 綜合治理, 使之 既能自成體系, 又能互相配合, 形成一個(gè)完整的隧道防治水體系。主要的處置方法有: ( 1) 完 善或者補(bǔ)充地表和地下截水; ( 2) 在埡口和地質(zhì)不利的地方采取截留和引排使水遠(yuǎn)離隧道; ( 3) 貫通隧道內(nèi)的原有排水系統(tǒng); ( 4) 襯砌背面注漿; ( 5) 在滲漏水的襯砌設(shè)置排水設(shè)施包 括引水管、瀉水管和引水渡槽;( 6) 在襯砌內(nèi)貼防水層; ( 7) 在施工縫和變形縫處用止水帶、 遇水膨脹橡膠等密封防水