第五章 隧道养护

第五章公路隧道养护一、隧道检查及养护工作内容1、检查——经常检查、定期检查、特殊检查、专项检查2、内容——隧道的各个结构组成部分二、公路隧道病害隧道病害发生较多的地段，从地质情况看，一般是断层破碎带，风化变质岩地带、裂隙发育的岩体、岩溶地层、软弱围岩地层等；从地形情况看，多发生在斜坡、滑坡构造地带、岩堆崩坍地带等。隧道内各种病害一般不是单独存在的，而是互相影响、互相作用的。其中最常见的病害形式是水害，隧道水害不仅增加隧道内湿度，造成电路短路等事故，危及运输安全，而且还引发其他病害。隧道由于渗漏水、积水，将会造成衬砌开裂或使原有裂缝发展扩大，加重衬砌裂损。当地下水有侵蚀性时，会使衬砌混凝土产生侵蚀，并随着渗漏水的不断发展，使混凝土侵蚀日益严重。在寒冷地区，水是影响隧道围岩冻胀和导致衬砌开裂的重要因素。（一）衬砌裂损隧道衬砌裂损的类型主要有衬砌变形、衬砌开裂、衬砌背后空洞、拱脚下沉以及仰拱破碎等。1.衬砌变形衬砌变形有横向变形和纵向变形两种，其中横向变形是主要变形。衬砌横向变形是指衬砌由于受力原因而引起拱轴形状的改变。2.衬砌移动衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动（倾斜）、平移和下沉（或上抬）等变化，也有纵向与横向移动之分，其基本形态如表8-4和表8-5所示。表8-4隧道衬砌纵向移动的基本形态表8-5隧道衬砌横向移动的基本形态衬砌裂缝：纵向裂缝、环向裂缝、和斜向裂缝三种纵向裂缝：纵向裂缝平行于隧道轴线，其危害最大。其发展可引起隧道掉拱，边墙断裂甚至整个隧道的塌方。分布特点：拱腰比拱顶多，双线隧道多在拱腰，单线隧道主要产生在边墙部位。3.衬砌开裂纵向裂缝比环向裂缝的危害大。•环向裂缝：环向裂缝主要由纵向不均匀荷载、围岩地质变化、沉降缝等处理不当所引起的。•分布特点：多发生在洞口或不良地质地带与完整岩层的交接处。且约占裂缝总长的30％～40％。•斜向裂缝：斜向裂缝一般和隧道纵轴呈45°左右，常因混凝土的环向应力和纵向受力组合而成的拉应力造成的。危害性仅次于纵向裂缝根据裂缝宽度大小δ分为四级：毛裂缝（发丝裂缝）：δ≤0.3mm；小裂缝：0.3＜δ≤2mm；中裂缝：2＜δ≤20mm；大裂缝：δ＞20mm。出现裂缝，应绘制平面展布图，对现有裂缝进行标注，确定1～3月的观测周期。以掌握裂缝发展趋向。混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计，施工不规范造成的混凝土裂缝占80%左右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15%左右，设计不当引起的裂缝可能占5%。4．错台由剪切力引起的裂缝，裂缝宽度在表面至深处大致相同，衬砌在裂缝两侧沿剪切方向有错动，即形成错台，如图8-9所示。衬砌裂损的特点1．裂损的自然发展过程衬砌结构受力（轻微变形、移动）→局部出现少量裂纹（变形范围，变形量增大；移动部位，移动量增大）→裂纹宽度、密度增大，隧道净空变小（严重变形，移动显著增大）→隧道净空严重缩小、衬砌破碎、失去承载能力→局部掉块、失稳、甚至拱坍墙倒。2．裂损发展的主要规律衬砌的裂损发展一般有缓慢变化，急剧变化，相对稳定等三个不同的阶段，往往是交替呈周期性地出现。3．裂损的分布特点了解和掌握衬砌裂损的分布特点，就能及早发现病害，及时采取对策。衬砌裂损的分布一般有以下特点。•（1）按纵向节段分布：•①洞口与洞口段，特别是斜交洞门有偏压或边、仰坡不稳固的洞口段。•②设有大型洞室的节段或各种洞室的接头处。•③洞身穿过断层、构造破碎带、接触变质带、滑坡带等山体压力大且岩体不稳定的节段。④洞身穿过软弱围岩的节段。⑤偏压隧道没有采用加强衬砌或偏压衬砌的节段。⑥寒冷地区围岩有冻胀现象的节段。⑦衬砌实际厚度不足或圬工强度过低的节段。⑧施工中超挖过大没有回填或回填不密实及施工中发生大塌方的节段。⑨施工中已经发生裂损的节段。（2）按横断面分布：①洞口附近及傍山隧道靠山侧裂损多，靠河侧少。靠山侧以拱腰、墙腰内缘张裂多，靠河侧墙顶压劈或墙脚张裂较多。②衬砌断面对称，实际荷载分布不对称的变形、移动和裂损的部位也不对称。衬砌裂损的整治措施1、衬砌裂损的整治原则整治衬砌裂损病害首先要消灭已有的衬砌裂损带来的对结构及运营的一切危害，并防止再加大裂损。其次是采取以稳固围岩为主，稳固围岩与加固衬砌相结合的综合治理措施。•稳固岩体的工程措施•1．治水稳固岩体•地下水的浸泡与活动对各种围岩的稳定性消弱最大。通过疏干围岩含水，坚决地采取治水措施是稳固岩体的根本措施之一。2．锚杆加固岩体对较好的岩体（小于Ⅴ级），自衬砌内侧向围岩内打入一定数量和深度（3～5m）的金属锚杆、砂浆锚杆，可以把不稳定的岩块固定在稳定的岩体上，提高破碎围岩的黏结力。3．注浆加固岩体通过向破碎松动的岩体压入水泥浆液和其它化学浆液（如铬木素、聚氨酯等），加固围岩。•4．支挡加固岩体•对靠山、沿河偏压隧道或滑坡地带，除治水稳固山体外，尚可采用支挡措施，包括设支挡墙、锚固沉井、锚固钻（挖）孔桩等来预防山体失稳与滑坡，这种工程措施只能用于洞外整治。5．回填与换填如果衬砌外周围存在着各种大小空隙（如超挖而没有回填等），要采取回填措施，用砂浆或混凝土将围岩空隙回填密实。如果隧底存在厚度不大的软弱不稳定的岩体或有不稳定的充填物，可以采取换填办法处理。衬砌更换与加固1．压浆加固（1）圬工体内压浆加固衬砌裂损发展非常缓慢或者已呈稳定，可以进行圬工体内压浆，一般以压环氧树脂浆为主，并选择无水季节施工。（2）衬砌背后压浆加固主要是针对衬砌的外鼓和整体侧移。在拱后压浆增加拱的约束可以起到提高衬砌刚度和稳定性的作用，所以一般可以局部应用，主要在发生外鼓变形的部位。2．嵌补加固对已呈稳定暂不发展的裂缝，如果不能采取压浆加固者可以采取嵌补，即将裂缝修凿剔深，在缝口处用水泥砂浆、环氧树脂砂浆或环氧树脂混凝土进行嵌补。如图8-10所示。3．喷锚加固裂损衬砌的所有内鼓变形和向内移动的裂损部位，采用（预应力）锚杆加固岩体（如图8-8所示），可将衬砌与岩体嵌固在一起，形成一个均匀压缩带，以增强围岩的稳定性。图8-8锚喷加固4．套拱加固如果混凝土质量差，厚度不够，或受机车煤烟侵蚀，掉块剥落严重，并且拱顶净空有富余时，可对衬砌拱部加筑套拱（如图8-9所示）或全断面加筑套拱（如图8-10所示）图8-9拱部套拱加固图8-10全断面套拱加固5．更换衬砌拱部衬砌破坏严重，已丧失承载能力，用其它整治补强手段难以保证结构稳定，或者衬砌严重侵入限界，采用其它整治措施有困难时，采用全拱更换，彻底根除病害。6．其它加固手段当仅有墙脚内移而不下沉和隧底岩土隆起时，可在墙基处增设混凝土支撑以扩大基础，如图8-11所示。隧底围岩软弱下沉或隧底填充上鼓时，可加设仰拱，如图8-12所示。图8-11墙基混凝土支撑加固图8-12增设仰拱加固细微裂缝隧道衬砌混凝土表面常出现一些没有扩展性的细微裂缝，这种裂缝是稳定的，一般可自愈，不会影响结构的使用和耐久性。从美观考虑，可先清洗干净裂缝表面，然后涂刷环氧树脂浆液二至三遍，最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。•贯通性裂缝•贯通性裂缝的危害较大，必须采取有效的治理方法。沿裂缝方向凿成宽5cm、深3cm的V形槽，在槽内骑缝每隔0.5m钻一孔，孔深为衬砌厚度的1/2或2/3，一般不少于15cm，并不得穿透衬砌以防跑浆。用清水冲洗干净槽内的杂物及粉尘，在孔内插入φ10的压浆管，利用环氧树脂水泥砂浆锚固，用灰刀将砂浆压实抹光。•待环氧树脂砂浆有一定的强度后，以0.15MPa～0.2MPa压力压入水泥-水玻璃浆液或环氧树脂浆液。压浆结束后在0.2MPa压力下压水检查压浆效果。裂缝表面用刮抹料和调色料处理。密集裂缝衬砌背后有空洞或衬砌厚度不足引起的密集裂缝，必须进行防水和地层加固处理。沿裂缝两侧每隔1.2m～1.5m交错布点，凿成10cm×10cm大小深5cm的方槽，用风动凿岩机钻孔，孔深3m，安装WDT25中空注浆锚杆，注入水泥砂浆，灰砂比1:（3～5），水灰比1:1，施工时由下往上逐级注浆，注浆压力以0.4MPa～0.6MPa为宜。注浆结束后，另凿新孔在0.6MPa～1.0MPa压力下压入纯水泥浆检查注浆效果，当达到规定压力而砂浆压不进时，即认为已经注满。注浆24h后安装锚杆垫板，用环氧树脂砂浆抹平方槽，表面用刮抹料和调色料处理。（二）衬砌渗漏水1、表现形式及危害（1）隧道漏水隧道衬砌的漏水现象一般表现为渗、滴、淌、涌几种。以上四种漏水现象，其出露部位与水量的不同，对隧道产生不同的危害:•对电力牵引区段和电力配线，使电绝缘失效，发生短路、跳闸等事故，危及行车安全•洞内空气潮湿，影响养护人员身体健康，使洞内设备（通讯、照明、钢轨等）锈蚀•混凝土衬砌风化、腐蚀、剥落，造成衬砌结构破坏•涌水病害造成衬砌破坏，隧底积水造成道床基底被软化或掏空，使道床翻浆冒泥或下沉开裂，中断行车•有冻害地段的隧道漏水会造成衬砌挂冰侵限和冻融破坏（2）衬砌周围积水主要是指运营隧道中地表水或地下水向隧道周围渗流汇集。如果不能迅速排走而引起的病害有：水压较大时会导致衬砌破裂使原完好的围岩及围岩的结构面软弱夹层因浸水而软化或泥化，失去承载力，对衬砌压力增大而导致衬砌破裂使膨胀性围岩体积膨胀，导致衬砌破坏在寒冷地区发生冰胀和围岩冻胀，快速导致衬砌破坏（3）潜流冲刷主要是指由于地下水渗流和流动而产生的冲刷和溶蚀作用其危害有：衬砌基础下沉，边墙开裂或者仰拱、整体道床下沉开裂围岩滑移错动导致衬砌变形开裂对超挖回填不密实或未全部回填者，引起围岩坍塌，导致衬砌破坏侵蚀性水对衬砌的侵蚀2、隧道渗漏水发生的原因分析：（1）隧道的开挖使地下水渗流场发生了改变，隧道周边的地下水集中向隧道方向排泄；（2）隧道防排水设计上存在诸多漏洞；（3）在隧道设计上存在重结构、轻防水的倾向；（4）隧道施工质量控制不佳，是隧道渗漏水发生的主要因素；（5）防水混凝土未达到预期的防水效果•不按设计配合比配制防水混凝土，特别是随意加水的现象并不罕见。•不按规定浇筑混凝土。在浇筑高度大于２ｍ的情况下，不采取任何措施进行浇筑，造成混凝土离析。•未按规定进行混凝土振捣，致使混凝土不密实。•拆模时间过早。•未按规定的时间养护。以上情况的存在，造成混凝土衬砌不密实，表面蜂窝麻面现象严重，衬砌开裂，给地下水的渗漏开辟通道。（6）施工缝、变形缝处理时，操作不细，防水材料形同虚设。中埋式止水带固定不牢，浇筑混凝土时有卷起现象；止水条安放不规范，不按规定镶入槽内，而是随意粘贴或钉在接头混凝土表面，造成扭曲、变形；即使设了镶嵌槽，也不把灰土和浮碴清理干净。•施工缝、变形缝处混凝土振捣不到位，止水带和止水条与混凝土不密贴。由于以上原因，隧道建成后施工缝、变形缝渗漏水几率最高，有关资料表明，施工缝、变形缝渗漏水占隧道总渗漏水的６０％以上，个别工程甚至出现“见缝必漏、无缝不漏”的现象，不得不花费高昂的代价进行整治。（7）隧道基底处理不到位，地下水隐蔽在底板以下，造成隐患。（8）防水板的铺设不尽人意。①不采用无钉铺设工艺，仍用“铁钉”将防水板板钉在铺设基面上，而对穿透的钉孔不做任何处理。②焊接工艺不过关，漏焊、焊穿现象仍有发生。③对铺设好的防水板保护不够，防水板被扎破、烧破，在二次衬砌前也很少对破损处修补。有人讲，“打把破伞总比不打伞好”。实际上，防水板与二衬混凝土之间不会粘贴，总留有透水间隙，只要塑料板漏水，就会一漏百漏，而且治理时寻找水源也非常困难。•（9）隧道排水形不成体系，不能有效地排除衬砌背后的积水。•隧道与地下工程防水原则是：“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”。因此有限制地排出衬砌背后的地下水，减小地下水对衬砌的压力，也是结构防水的关键所在。•但目前隧道施工中，虽也建立了防排水体系，但由于种种原因，常使体系功能失效，如在二衬或注浆施工中，由于对排水盲沟、盲管未进行有效的保护，砂浆、浆液堵塞了盲沟、盲管，起不到排水作用；有的不设泄水孔或泄水孔堵塞，上部盲沟、盲管的水排不到排水沟中。这样，衬砌背后地下水越积越多，就在衬砌薄弱地方渗流排泄出来。隧道防