淺析隧道病害產(chǎn)生的原因
瀏覽量：1726 發(fā)布時間：2016.12.141、 引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隧道及地下工程的建設(shè)正處于迅速發(fā)展階段，相應(yīng)修建的隧道也越來越多。但是，由于隧道工程的特殊性，受地質(zhì)、設(shè)計、施工、運營及運營管理和維修等因素的影響，出現(xiàn)的隧道病害也越來越多，有些隧道的病害已影響車輛的正常行使，甚至危及行車安全。為了使出現(xiàn)病害的隧道減少，有必要研究隧道出現(xiàn)病害的原因及相應(yīng)的措施。
每當(dāng)人們遇到隧道病害時，僅為了分析隧道病害產(chǎn)生的原因就需花費不少人力、物力、財力，即便如此，也未必能找到真正的原因，本文僅簡要分析產(chǎn)生隧道病害的幾種可能性，提醒人們預(yù)先注意。
2、 隧道病害分類
根據(jù)病害的表現(xiàn)形式，隧道病害可分為襯砌開裂、襯砌漏水、隧道基底翻漿冒泥等。在進(jìn)行隧道病害整治前，需對產(chǎn)生隧道病害的原因進(jìn)行調(diào)查、分析，只有在調(diào)查清楚原因后，才能做到有的放矢，根據(jù)病害產(chǎn)生的原因，采取有針對性的工程措施。
如襯砌開裂，其性質(zhì)有的屬于受彎拉引起的，有的屬于受剪切引起的，有的屬于受壓引起的，至于為何會出現(xiàn)開裂，既可能是施工質(zhì)量問題，也可能是設(shè)計存在缺陷，或多種因素綜合造成的，只有具體問題具體分析，很難一概而論。同樣，針對產(chǎn)生原因的不同，相應(yīng)的處理措施也不盡相同。從產(chǎn)生的原因出發(fā)，隧道病害一般可分為選線不當(dāng)引起的病害、設(shè)計不合理可能預(yù)留的病害、施工不當(dāng)預(yù)留的病害及維護(hù)不當(dāng)引起的病害。
3、 選線不當(dāng)引起的病害
2O世紀(jì)5O年代修建的隧道線路，限于當(dāng)時的施工技術(shù)水平，采取“晚進(jìn)洞早出洞”原則，線路采用小半徑傍河蜿蜒繞行，采用路塹和短隧道群，隧道洞口多為高路塹高仰坡。由于復(fù)雜的地質(zhì)、地形條件，造成崩塌、落石、滑坡、泥石流等病害大量發(fā)生，經(jīng)常造成洞口堵塞、襯砌開裂、泥石流倒灌，導(dǎo)致鐵路運輸中斷，修建明洞的工作從未停止過，有的明洞接長不止一次，一遇雨季仍經(jīng)常出現(xiàn)險情，中斷行車，最后只好改線繞行。
20世紀(jì)60年代后，雖然隧道選線貫徹“早進(jìn)晚出”原則，但地質(zhì)工作仍未引起足夠重視，在缺少可信的地質(zhì)資料情況下確定隧道的位置，有的隧道穿越古錯落體、滑動帶、巖溶
區(qū)暗河中等構(gòu)造復(fù)雜或不良地段，有些病害在施工中就出現(xiàn)了，有些病害運營后逐漸暴露。有的處于古錯落體上的隧道，有的處于不穩(wěn)滑坡體上的隧道，修建認(rèn)為滑坡是淺層滑坡且是穩(wěn)定的，但事實上是深層滑坡且處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
若選線不當(dāng)，可能使隧道形成先天的不足，埋下了安全隱患（見表1）。由于選線不當(dāng)造成的隧道病害，往往比根除由于施工質(zhì)量形成的病害更難，要消除（減少）由選線引起的病害，只有把地質(zhì)工作做好，嚴(yán)格按以下設(shè)計規(guī)范要求進(jìn)行隧道位置的選擇：
表1隧道選線與可能出現(xiàn)的病害
隧道位置 | 可能出現(xiàn)的情況 | |
良 地 質(zhì) |
滑坡和 錯落 | 若末調(diào)查清楚深層位置及穩(wěn)定狀態(tài)，可能引起隧道整體滑移；若淺層，有可能造成隧道偏壓，剪斷隧道襯砌；若屬堆積土填土滑坡，可能使隧道處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且隧道基底的承載力可能水足，造成隧道產(chǎn)生大的下沉。 |
危巖、落石 和崩塌 | 若洞口設(shè)在此地段，造成施工時的危險和運營安全隱患。 | |
巖堆 | 若隧道埋深較淺，易引起偏壓，造成隧道襯砌開裂、剪斷。 | |
泥石流 | 若洞口設(shè)在此地段，產(chǎn)生泥石流，就失去隧道作用。 | |
采空區(qū) | 易引起隧道施工中的坍塌、塌方，甚至引起隧道整體下沉。 | |
有害氣體 | 有害氣體突出危險，造成施工困難若產(chǎn)生爆炸，易造成人員傷亡。 | |
啞口 | 啞口往往是地質(zhì)條件薄弱處，穿越啞口不可避免時，應(yīng)進(jìn)行方案比選，千萬不能順啞口選線，否則造成進(jìn)洞、洞身施工困難，若圍巖具有膨脹性，易造成隧道底的翻漿冒泥、隧道襯砌開裂，影響隧道整體穩(wěn)定性，同時易出現(xiàn)漏；往往洞口段存在偏壓，若設(shè)計、施工處理不當(dāng)，會引起山體的不穩(wěn)定或滑動。 | |
①；應(yīng)選擇在穩(wěn)定的地層中，不宜穿越工程地質(zhì)、水文地質(zhì)極為復(fù)雜和嚴(yán)重不良地段；
②；長、特長隧道和重點隧道，位置的選擇應(yīng)從區(qū)域地質(zhì)來分析，通過多方案的比較來確定，盡可能不要從埡口通過；
③；沿河傍山的隧道，隧道位置盡量向山側(cè)內(nèi)移，盡可能采用長隧道代替短隧道群；
④；應(yīng)貫徹“早進(jìn)晚出”原則，洞口不宜設(shè)在不良地質(zhì)、排水困難的溝谷低洼或不穩(wěn)定懸崖陡壁下，應(yīng)盡可能避開嚴(yán)重的滑坡、崩坍、巖堆、危巖落石、泥石流等地段。
4、 設(shè)計不合理可能預(yù)留的隧道病害
作為地下工程的隧道，其設(shè)計理念與地面工程不同，應(yīng)該采取動態(tài)設(shè)計理念，動態(tài)設(shè)計是新奧法施工的精髓所在。通常意義上的設(shè)計僅作為初步設(shè)計或“預(yù)設(shè)計”，真正的設(shè)計應(yīng)根據(jù)施工中出現(xiàn)的情況進(jìn)行設(shè)計調(diào)整。但由于體制原因，凡在施工中出現(xiàn)的設(shè)計參數(shù)調(diào)整都屬于設(shè)計變更，手續(xù)非常復(fù)雜，有些業(yè)主甚至認(rèn)為這是承包商的一種市場操作方式，誠然確實有些情況如此，但多數(shù)情況確實是地質(zhì)情況變化了，不采取相應(yīng)的措施調(diào)整，很難保證隧道施工及以后的運營安全。
目前，無論在鐵路隧道施工中，還是在公路隧道施工中，對設(shè)計參數(shù)的調(diào)整或變更多數(shù)僅依據(jù)圍巖級別，只有少數(shù)根據(jù)監(jiān)測的動態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；一般來說，出現(xiàn)目前意義上的設(shè)計變更，通常是出現(xiàn)了大的塌方、變形、斷層、涌水、溶洞、煤系地層（或瓦斯）等情況，在隧道施工中距離真正意義上的動態(tài)設(shè)計還有一定差距，因此，難免由于設(shè)計上的缺陷增加了隧道病害出現(xiàn)的可能性：
①；設(shè)計斷面形式不合理。如鐵路隧道Ⅲ、Ⅱ、I級圍巖一般采用直墻斷面、不設(shè)仰拱，若有膨脹性夾層或遇水易軟化的圍巖，尤其是這些不利巖層處于邊墻部位時，若仍采用直墻，邊墻很可能出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，遇水易軟化的圍巖有可能造成邊墻基底承載力不足，產(chǎn)生不均勻沉降，出現(xiàn)裂紋（裂縫）或錯臺。
②；初期支護(hù)能力不足，造成坍塌、變形過大或使二次襯砌承受較大圍巖壓力；
③；二次襯砌安全儲備不足，如有些隧道施工中出現(xiàn)了比較大的坍方，二次襯砌仍采用素混凝土，造成運營后素混凝土出現(xiàn)裂縫。
④；排水設(shè)計不合理。對具有膨脹性、遇水軟化圍巖，應(yīng)設(shè)置仰拱和深排水溝，事實上多數(shù)基底出現(xiàn)翻漿冒泥病害的隧道均存在基底積水、排水不暢等問題；
⑤；未充分考慮混凝土的防腐蝕性，這主要是由于對地下水的腐蝕性調(diào)查不清楚造成的。
要盡量減少設(shè)計方面的不合理，可從體制上著手；
a建立設(shè)計監(jiān)理；
b業(yè)主成立具有設(shè)計、施工等方面豐富經(jīng)驗的專家顧問組對施工單位提出的變更進(jìn)行審核；
c設(shè)計、施工實現(xiàn)真正意義上的聯(lián)合，實行投資總的承包方式。
5、 施工不當(dāng)預(yù)留的病害
隧道施工中可能會遇到軟弱圍巖、淺埋、大跨偏壓、巖溶、涌水、斷層、瓦斯、高地應(yīng)力、強(qiáng)地震、巖爆、膨脹巖、酸性水侵蝕、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，會給施工帶來很大困難和阻力，造成塌方不斷，甚至造成人員傷亡。
①；回填不密實或存在空洞，由于超挖或坍方，沒有按規(guī)范認(rèn)真做好回填或壓注漿工作，造成初期支護(hù)與圍巖之間留有較大范圍的空隙，尤其是拱部；或二次襯砌澆筑原因使拱部或拱腰出現(xiàn)局部脫空現(xiàn)象，或混凝土振搗不密實。由于不密實或存在空洞，形成積水空間，使隧道出現(xiàn)滲漏水，或使隧道與圍巖不能形成一個有機(jī)整體，不能很好發(fā)揮圍巖的彈性抗力作用。
②；施工中的偷工減料，造成塌方，而對塌方處理不徹底，預(yù)留不密實、脫空等缺陷；
③；施工中的偷工減料，如錨桿數(shù)量、質(zhì)量不符合設(shè)計要求，造成初期支護(hù)不足或支護(hù)安全儲備減弱，預(yù)留安全隱患；
④；由于欠挖或變形過大，造成二次襯砌厚度不足；
⑤；所選防水材料不合格（不合理）或防水板的鋪設(shè)存有缺陷造成隧道滲漏水；
⑥；所選水泥不合格或混凝土配比不合理，造成二襯混凝土強(qiáng)度不能滿足設(shè)計要求；
⑦；混凝土骨料不合格，造成強(qiáng)度不足或不能滿足設(shè)計的特殊要求，若采用人工機(jī)制砂、石，除對骨料進(jìn)行力學(xué)試驗外，還應(yīng)進(jìn)行各種成分含量分析。如某隧道用人工機(jī)制砂、石含有石膏，而未進(jìn)行物理成分分析，在施工中未發(fā)現(xiàn)，結(jié)果二次襯砌施工后不到一年，整個混凝土襯砌已遭腐蝕，不但如此，其它隧道襯砌、橋梁樁基也采用由該隧道生產(chǎn)的廢碴加工的砂、石作為骨料，同樣造成了危害；
⑧；在石灰?guī)r地區(qū)特別應(yīng)注意地下水，尤其是裂隙水的水質(zhì)化驗，檢驗地下水是否具有腐蝕性。邊溝的水沒有腐蝕性，裂隙水未必不具有腐蝕性；
⑨；在遇水軟化的圍巖中，隧底浮碴未清理干凈就澆注仰拱或鋪墊層，易造成隧底翻漿冒泥；
施工預(yù)留的病害，有些是施工時無法預(yù)見的，有些是可以預(yù)見的。對無法預(yù)見的病害，只有通過不斷提高施工技術(shù)水平或檢測手段，以盡量減少；對可以預(yù)見的病害可以采取以下措施：a選擇有經(jīng)驗的、有資質(zhì)的施工、監(jiān)理單位；b加強(qiáng)施工單位或施工人員的質(zhì)量安全意識教育，施工單位應(yīng)健全質(zhì)量檢查和質(zhì)量控制管理體系；c加強(qiáng)監(jiān)理的監(jiān)理力度；d業(yè)主應(yīng)建立相應(yīng)的監(jiān)督體系，同時加大獎懲的力度，e引入第三方檢測制度，對工程質(zhì)量進(jìn)行跟蹤監(jiān)督檢查。
6、 維護(hù)不當(dāng)引起的病害
維護(hù)不當(dāng)主要指未能及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，或處理措施不合理使得小的缺陷發(fā)展成病害。
①；洞外排水系統(tǒng)遭破壞，未及時修復(fù)，可能使或增加隧道滲漏水的可能；
②；洞內(nèi)水溝被堵，造成基底積水，可能使基底圍巖軟化，產(chǎn)生翻漿冒泥；
③；對出現(xiàn)的小的裂紋（縫）、?。ㄉ伲┑臐B漏水重視不夠，或預(yù)見不足，未能采取有效措施，遏制其發(fā)展；
④；對已出現(xiàn)病害的隧道，或病害原因分析不清楚，或處理措施不當(dāng)，或處理不徹底，造成病害繼續(xù)發(fā)展，形成更大的病害或形成危害。
其實隧道病害的發(fā)展是一個漸變過程，若在隧道運營階段發(fā)現(xiàn)病害后，能夠及時加以有針對性的整治，是可以使病害產(chǎn)生的危害減小到最低程度。
7 結(jié)語
一般說來維護(hù)不當(dāng)僅是隧道產(chǎn)生病害的外因，隧道病害的真正原因是隧道由于選線、設(shè)計或施工方面等存在缺陷，使得隧道本身存在隱患，因此要減少（或消除）隧道病害，盡可能消除人為因素在選線、設(shè)計、施工等方面的不合理可能造成的隧道病害。
