隧道结构的薄弱环节分析与治理

　　1 概述

　　隧道工程是公路、铁路交通工程的咽喉，其施工质量决定着竣工后的运营使用状况，由于隧道工程结构复杂，结构本身存在缺陷及施工过程中人为因素影响，造成隧道工程竣工后往往存在较多病害，致使使用过程中需投入大量人力物力进行维修加固，有的甚至影响工程的正常使用，阻断交通。经对隧道工程结构及施工现状分析，现阶段隧道工程结构及施工主要存在以下薄弱环节: 隧底病害，仰拱底部渗水，路面塌陷或隆起; 衬砌结构施工缝处理不当，渗漏水; 衬砌拱部脱空或空洞等问题。

　　2 隧道结构薄弱环节分析

　　1) 隧底病害，仰拱填充渗水，路面塌陷或隆起

　　a． 隧底病害成因分析。隧道工程是在山体中开挖形成的通道，隧道施工破坏了山体稳定的地质构造、地下水体形态及通路，隧道施工完成后，地下水对隧道周边产生影响。隧道工程防水系统一般为无纺布加复合防水板沿开挖轮廓面整体铺设形成防水系统，排水系统多采取环向透水盲管( 一般间距 10 m) 连通矮边墙处的纵向透水盲管及纵向排水侧沟组成。但隧道防排水系统一般在隧道拱部及边墙部位设置，仰拱填充部位不设置，这样地下水可能对隧道仰拱部位产生影响，造成隧底渗水病害，甚至形成隧底承压水，影响仰拱填充稳定，严重者造成隧底仰拱混凝土等结构层隆起破坏，影响行车。隧道底部路面塌陷原因主要是由于石灰岩等可溶岩地质地段，隧道底部可能存在溶洞、溶腔等地质构造，隧道开挖时未揭露出来，但隧道工程施工期间或运营期间，由于车辆通行荷载等因素影响，隧道底部溶洞顶岩层及仰拱混凝土破坏，出现隧底病害，甚至产生隧底塌陷严重问题。

　　b． 病害防治措施探讨。由隧底病害成因分析可知，隧底病害主要是地下水或可溶岩地质溶洞空腔塌陷引发的，因此，防治措施也必须从这两方面考虑。地下水造成的危害主要是由于水流通路在隧道开挖时被破坏，隧道防排水系统不完善，没有形成全环防排水系统，因此，防治措施可采取完善隧道防排水系统，隧道仰拱底部增设纵向排水盲管，将隧底地下水引排出隧道，同时，在仰拱底部增设复合防水板，此措施可解决隧底渗水和路面隆起等病害。

　　隧底塌陷病害防治措施，重点是防治可溶岩地质隧道，在隧道仰拱施工前，采取地质雷达探测等措施预先探知隧底地质情况，隧底隐伏溶洞( 腔) 情况，采取跨越、填埋等措施进行处理。

　　2) 衬砌结构施工缝处理不当，渗漏水病害

　　隧道衬砌沿开挖轮廓施作，为马蹄形或蛋壳形［1］，一般采取模筑混凝土衬砌结构，施工顺序为: 先完成仰拱填充( 底板) 混凝土，提供平整作业面后，采取整体式液压衬砌台车施工混凝土衬砌。

　　仰拱混凝土一般采取仰拱栈桥方法施工，矮边墙与仰拱同时完成，不留施工缝，高出填充顶面 50 cm 左右。矮边墙顶面设计为倾向开挖轮廓的斜面，衬砌施工后，理论上混凝土施工缝与衬砌环向中线垂直。

　　a． 施工过程中存在的问题及原因分析。施工存在的问题: 一是施工时为便于施工操作，仰拱与矮边墙分次施工，完成仰拱填充后再支模浇筑矮边墙混凝土; 二是仰拱不采取模筑施工工艺，仰拱与填充同时完成，造成不同标号混凝土( 仰拱与填充混凝土标号不同，一般仰拱混凝土标号高于填充混凝土) 混用，在仰拱与边墙施工缝部位形成了低标号混凝土夹层［2］; 三是矮边墙顶面斜面浇筑混凝土时由于混凝土流动性较大，无法形成斜面，造成衬砌环向中线与施工缝不垂直，上述问题在矮边墙与衬砌边墙接缝部位形成受力薄弱带。这些问题出现的原因主要是: 一是承担施工人员对隧道结构受力认识不足，认为以前隧道也是这样施工的，凭经验施工。二是施工管理不严格，偷工减料。三是隧道设计方案没考虑施工是否可行。

　　b． 病害防治措施探讨。防治措施: 一是加强培训学习，使技术人员清楚隧道结构受力情况，明白该病害的危害，施工过程中严格操作工艺，仰拱采取模板化作业，仰拱填充分次浇筑混凝土，做到仰拱与矮边墙同步浇筑混凝土［3］; 二是改变矮边墙顶部斜面设计方案，采取其他结构形式，方便施工。

　　3) 衬砌拱部托空或空洞

　　a． 隧底病害成因分析。隧道衬砌一般采取整体液压衬砌台车［4］，泵送混凝土入模，自两侧边墙对称浇筑，两侧混凝土面高差控制在50 cm，衬砌混凝土浇筑至拱部后由预留灌注口压注衬砌混凝土，压注顺序由已浇筑衬砌处向前压注，衬砌混凝土封顶采用顶模中心封顶器接混凝土泵管压注混凝土，当挡头模板上观察孔有砂浆溢出，即完成封顶。由于衬砌台车本身的强度、刚度的限制，浇筑封顶混凝土施工时，如压力过大，势必造成衬砌台车变形和损坏，如压力不足，拱部衬砌混凝土未完全填充密实，且衬砌混凝土硬化时体积收缩，就出现了混凝土衬砌拱顶托空或空洞的病害。

　　b． 隧道拱部托空处理设计方案。为解决这一问题，设计采取拱顶注浆措施，填充衬砌拱部托空。在衬砌施工前预埋注浆管，待衬砌混凝土完成后注浆［5］，预埋注浆管纵向间隔 4 m 设 1 个，采取直径 50 mm PVC 管，注浆管布置形式见图 1。

　　注浆施工，隧道衬砌混凝土强度达到设计强度后方可进行衬砌拱部充填注浆。注浆材料采用 M20 水泥浆或水泥砂浆，注浆压力不小于 0． 5 MPa。

　　c． 施工现状及病害防治措施探讨。隧顶注浆施工时，往往由于施工管理控制不严，或者注浆工序缺失等问题，造成隧道衬砌拱部长期存在托空问题，随着使用年限的增长，可能会带来各种病害，甚至造成拱部围岩连同衬砌坍塌等严重问题。因此，严格施工管理，严控拱部注浆施工质量，竣工前采取地质雷达探测隧道拱部托空状况，及时处理是防治隧道衬砌拱部托空或空洞病害的重要措施。

　　3 结语

　　隧道工程寿命多为 100 年，由于隧道病害的存在，在外部地下水、空气中腐蚀性介质等对隧道结构体内部的侵蚀作用下，势必影响隧道工程合理的使用年限。因此，优化隧道结构设计，加强施工过程控制，减少或杜绝隧道出现病害尤为重要。本文对隧道工程结构及施工情况进行了分析，对隧道病害产生的原因及防治措施进行了研究，并针对隧道不同病害从管理、技术等方面提出了防治措施。相信随着工程技术水平的不断提高，隧道工程结构设计理论的优化，隧道工程病害将越来越少。

　　参考文献:

　　［1］ TB 10203—2002，铁路隧道施工规范［S］．

　　［2］ TB 10108—2002，铁路隧道喷锚构筑法技术规范［S］．

　　［3］ TZ 231—2007，铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南［Z］．

　　［4］ 铁建设［2005］157 号，铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定［M］． 北京: 中国铁道出版社，2005．

　　［5］ 铁路隧道工程施工手册( 上册) ［M］． 北京: 中国铁道出版社，2001．