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【摘要】通过对中国隧道的设计、施工、运营等现状的阐述,分析了隧道病害产生的类型和原因,并通过实例进行了说明,提出了处理病害防护及养护的意向。
【关键词】病害;处理思路。
中图分类号:U457 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)30-0110-01
进入21世纪10年来,我国公路网交通逐渐向崇山峻岭穿越,向离岸深水延伸,截止2010年底,全国公路隧道为7384处、512.26万米,其中,特长隧道265处、113.80万米,长隧道1218处、202.08万米。秦岭终南山隧道、上海崇明隧桥、厦门翔安海底隧道等重大工程相继建成,中国已建成公路隧道2495余座。总长度近1246km。公路隧道以每年约350km的建设速度增长[1]。在围岩动态量测反馈分析技术、组合式通风技术等方面都有许多成功实例,其中一些成果已达到国际先进水平。但是,对隧道出现的病害进行诊治是已演变为一个不容忽视、亟待解决的问题。
1隧道病害概况
1.1病害种类
(1)实际衬砌厚度不足。隧道衬砌实际厚度未达到设计值.衬砌层厚度变化趋势普遍为从墙脚至拱腰到拱顶逐渐变薄。
(2)衬砌表面出现裂缝或裂纹。隧道衬砌拆模过早,或配合比控制不严格以及隧道衬砌结构混凝土振捣不到位导致的强度不一致、强度忽高忽低,均可能导致衬砌表面出现裂缝或裂纹。
(3)拱背存在空洞。软弱围岩段,隧道出现塌腔,未能按规范回填;隧道围岩较好段,超挖回填处理不认真,均会导致不同程度的空洞。
(4)隧道内空局部侵限。隧道实际施工内空断面和原设计断面有差别,局部有侵限情况。
(5)隧道出现渗漏水。由于隧道修建时期因设计考虑不周、施工质量低劣及养护维修不当等造成隧道渗漏水,渗漏水主要集中在侧墙部、支护间及支护外空腔处、衬砌间施工缝和沉降缝处。
(6)路面开裂。隧道开挖后调平层底部虚渣未清理干净.隧底欠挖。调平层混凝土过薄.路面混凝土施工未能控制好振捣、吸水工艺,路面混凝土厚度不够或厚度差异大.产生引力集中等情况。
(7)其他情况。隧道所穿越山体的工程地质及水文地质条件复杂。修建时期因设计考虑不周、施工质量低劣及养护维修不当等造成衬砌腐蚀、隧道冻害、洞门及附属结构物损坏等。山体的内力重新分布。超挖回填不足,衬砌背后填土受水冲空。砌体砂浆失效,拱部、边墙和仰拱结合处应力集中。也会造成衬砌裂纹、错位、剥落等。
1.2病害实例
1.2.1屈家坡隧道
屈家坡隧道位于国道108线广元南段。系山岭重丘区高速公路隧道。洞身结构按矿山法(洞口浅埋段)和新奥法(洞身深埋段)施工原理进行设计。工程自1997年9月10日兴建,隧道主体工程于1998年10月23日完成,耗时13个月。隧道土建结构施工完成后,各段落出现不同程度的病害.严重影响隧道的结构安全。主要病害有实际衬砌厚度不足、部分衬砌混凝土强度不够、拱背普遍存在空洞、衬砌表面出现裂缝或裂纹、隧道内空局部侵限、隧道出现渗漏水等。
1.2.2仲溪隧道
仲溪隧道位于湖南省常德至吉首高速公路26标,全长171米,为偏压连拱短隧道,隧道于2005年5月完成衬砌施工,2006年12月发现衬砌出现部分裂纹,2007年8月调查时发现靠近山体内侧左洞整个隧道长度范围内,在拱顶出现不同程度裂缝,右洞部分地段在拱顶处也出现裂纹,裂纹最大宽度为1.1mm。
2病害产生原因
2.1国情现状
(1)规范及设计理念落后于现实。公路中的许多规范已经陈旧。编写规范的人多数脱离施工现场时间较长。深刻了解内在规律的人不多,理论不能很好地结合实际;另一方面一些設计理念传递慢。如延安至安塞高速上的联拱隧道采用的排水方式为中隔墙排水法。当时陕西的设计理念就是局限在如何对隔墙进行结构微调,使水能更顺畅的从隔墙上排走,在小的结构形式上下足了功夫,但落后于南方的联拱隧道整体排水方法。
(2)隧道设计前的水文地质调查、勘测等预设计(初步设计)工作的重视程度不够。对于施工中的地质超前预报及变形量测工作,要及时进行信息化反馈施工设计。这种动态设计、动态施工、动态管理是符合地下工程不确定性的客观规律的,是克服施工中不确定因素的重要手段,是确保安全、可靠、适用、优质建成工程的关键。
(3)对隧道的竣工验收工作不到位。现有的检测技术水平,对隧道可能出现运营病害的问题,如衬砌厚度不均匀、衬砌后空洞、路面下空洞、较明显的隧道渗漏水、路面强度、排水系统是否畅通、隧道净空界限是否满足等问题均可以很容易地检测出来,但往往这些问题依然存在,直到最后导致了隧道病害的产生。
2.2盲目施工
(1)施工单位技术水平差,对于施工项目的难度及重点把握不足。比如对于进出洞口处软弱围岩的加固处理。为了盲目追赶进度,未搞好洞口段支护就开始进洞.导致洞口处开裂坍塌;洞内出现断层或破碎带开挖施工处理,未能及时汇报或设置安全措施。
(2)施工单位过度分包,出现管理混乱,小包工头盲目施工。比如对于衬砌沉降缝处的的二衬施工处理,为了省事,未在初期支护支护强度变化处设置沉降缝,而随意设置在整数模附近的施工缝上,导致衬砌沉降拉裂;施工中偷工减料.减少钢支撑数量;缩小开挖断面;减少喷层厚度;改变混凝土标号;偷换骨料配合比或钢筋型号;无视坍塌留空腔作业等。
(3)业主单位为了特定目的,盲目确定工期,导致大规模的大跃进式施工。
2.3设计缺陷
目前.隧道设计的地质勘探多为钻眼勘探。而对于一座山、一整个隧道而言,钻眼的个数总是有限的。于是,这就带来了对围岩级别划分不准确的问题。现在很多设计院(设计公司)的外业勘探采用外包的方式,委托一些公司做外业勘探.而直接从这些公司获得勘探数据。这些客观原因导致地质勘查不够详细,必然引发设计的错误定位。即使地质勘探的数据是准确的。在此基础上设计的隧道支护参数也可能出现问题。目前隧道支护、衬砌参数多在满足设计规范的基础上,采用工程类比法确定,真正进行结构计算的并不多,从而造成不同的荷载(即使围岩等级相同)却采用同样支护方式的现象。目前隧道结构的计算理论并不是很成熟。施工中经常提到新奥法,设计同样要以新奥法为指导思想。而新奥法在中国的实施状况却是一个值得讨论的问题。新奥法强调动态设计,强调在施工过程中根据开挖、检测、地质预报等多项措施完善设计,而实际施工中,除了施工单位从自身利益出发,报一些变更外,施工对设计并没有多大的指导和反馈。设计与施工并没有形成一种互动,动态设计也成为了空谈。
3病害处理思路
针对于出现病害的产生原因,主要可通过如下方式进行处理
3.1加固
目前国内加固的方法有很多,但由于受到净空和运营等方面的限制,在不同的环境下,采用的加固方式也各不相同,目前的加固方法主要有锚固注浆法、锚杆加固法、凿缝嵌补法、混凝土套拱法、局部断面加固法、喷射混凝土加固法,拱架补强法,粘钢法、粘碳纤维板(布)、植筋法等。
3.2日常维护
隧道作为运营的主体,日常维护在隧道病害控制中占据很大的份额,隧道渗漏水、开裂、沉降错台的发生并不都是突然事件,都有一个渐变的过程如果在病害出现的起始阶段及时进行处理,及时制止病害的扩展,将对病害的治理起到绝定性的作用。
5结语
综合上述.对于隧道病害的治理,一方面要以防为主,在源头上加以控制。固然现有的国情决定了病害产生的必然性,但有病需治根依然是是处理问题的不二法宝。防不住就需要治了,既然病害的产生有其必然性,那么,如何治,怎么样去治就是摆在我们工程人员面前的课题,方法多种多样,病害出了,要多加以分析,尤其需对病害产生的原因要调查清楚,才能治理到位。
参考文献:
[1]侯建斌,夏永旭.公路隧道的养护及痛害防治[J].公路交通科技: 应用技术版,2006,25(3):6-10.
【关键词】病害;处理思路。
中图分类号:U457 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)30-0110-01
进入21世纪10年来,我国公路网交通逐渐向崇山峻岭穿越,向离岸深水延伸,截止2010年底,全国公路隧道为7384处、512.26万米,其中,特长隧道265处、113.80万米,长隧道1218处、202.08万米。秦岭终南山隧道、上海崇明隧桥、厦门翔安海底隧道等重大工程相继建成,中国已建成公路隧道2495余座。总长度近1246km。公路隧道以每年约350km的建设速度增长[1]。在围岩动态量测反馈分析技术、组合式通风技术等方面都有许多成功实例,其中一些成果已达到国际先进水平。但是,对隧道出现的病害进行诊治是已演变为一个不容忽视、亟待解决的问题。
1隧道病害概况
1.1病害种类
(1)实际衬砌厚度不足。隧道衬砌实际厚度未达到设计值.衬砌层厚度变化趋势普遍为从墙脚至拱腰到拱顶逐渐变薄。
(2)衬砌表面出现裂缝或裂纹。隧道衬砌拆模过早,或配合比控制不严格以及隧道衬砌结构混凝土振捣不到位导致的强度不一致、强度忽高忽低,均可能导致衬砌表面出现裂缝或裂纹。
(3)拱背存在空洞。软弱围岩段,隧道出现塌腔,未能按规范回填;隧道围岩较好段,超挖回填处理不认真,均会导致不同程度的空洞。
(4)隧道内空局部侵限。隧道实际施工内空断面和原设计断面有差别,局部有侵限情况。
(5)隧道出现渗漏水。由于隧道修建时期因设计考虑不周、施工质量低劣及养护维修不当等造成隧道渗漏水,渗漏水主要集中在侧墙部、支护间及支护外空腔处、衬砌间施工缝和沉降缝处。
(6)路面开裂。隧道开挖后调平层底部虚渣未清理干净.隧底欠挖。调平层混凝土过薄.路面混凝土施工未能控制好振捣、吸水工艺,路面混凝土厚度不够或厚度差异大.产生引力集中等情况。
(7)其他情况。隧道所穿越山体的工程地质及水文地质条件复杂。修建时期因设计考虑不周、施工质量低劣及养护维修不当等造成衬砌腐蚀、隧道冻害、洞门及附属结构物损坏等。山体的内力重新分布。超挖回填不足,衬砌背后填土受水冲空。砌体砂浆失效,拱部、边墙和仰拱结合处应力集中。也会造成衬砌裂纹、错位、剥落等。
1.2病害实例
1.2.1屈家坡隧道
屈家坡隧道位于国道108线广元南段。系山岭重丘区高速公路隧道。洞身结构按矿山法(洞口浅埋段)和新奥法(洞身深埋段)施工原理进行设计。工程自1997年9月10日兴建,隧道主体工程于1998年10月23日完成,耗时13个月。隧道土建结构施工完成后,各段落出现不同程度的病害.严重影响隧道的结构安全。主要病害有实际衬砌厚度不足、部分衬砌混凝土强度不够、拱背普遍存在空洞、衬砌表面出现裂缝或裂纹、隧道内空局部侵限、隧道出现渗漏水等。
1.2.2仲溪隧道
仲溪隧道位于湖南省常德至吉首高速公路26标,全长171米,为偏压连拱短隧道,隧道于2005年5月完成衬砌施工,2006年12月发现衬砌出现部分裂纹,2007年8月调查时发现靠近山体内侧左洞整个隧道长度范围内,在拱顶出现不同程度裂缝,右洞部分地段在拱顶处也出现裂纹,裂纹最大宽度为1.1mm。
2病害产生原因
2.1国情现状
(1)规范及设计理念落后于现实。公路中的许多规范已经陈旧。编写规范的人多数脱离施工现场时间较长。深刻了解内在规律的人不多,理论不能很好地结合实际;另一方面一些設计理念传递慢。如延安至安塞高速上的联拱隧道采用的排水方式为中隔墙排水法。当时陕西的设计理念就是局限在如何对隔墙进行结构微调,使水能更顺畅的从隔墙上排走,在小的结构形式上下足了功夫,但落后于南方的联拱隧道整体排水方法。
(2)隧道设计前的水文地质调查、勘测等预设计(初步设计)工作的重视程度不够。对于施工中的地质超前预报及变形量测工作,要及时进行信息化反馈施工设计。这种动态设计、动态施工、动态管理是符合地下工程不确定性的客观规律的,是克服施工中不确定因素的重要手段,是确保安全、可靠、适用、优质建成工程的关键。
(3)对隧道的竣工验收工作不到位。现有的检测技术水平,对隧道可能出现运营病害的问题,如衬砌厚度不均匀、衬砌后空洞、路面下空洞、较明显的隧道渗漏水、路面强度、排水系统是否畅通、隧道净空界限是否满足等问题均可以很容易地检测出来,但往往这些问题依然存在,直到最后导致了隧道病害的产生。
2.2盲目施工
(1)施工单位技术水平差,对于施工项目的难度及重点把握不足。比如对于进出洞口处软弱围岩的加固处理。为了盲目追赶进度,未搞好洞口段支护就开始进洞.导致洞口处开裂坍塌;洞内出现断层或破碎带开挖施工处理,未能及时汇报或设置安全措施。
(2)施工单位过度分包,出现管理混乱,小包工头盲目施工。比如对于衬砌沉降缝处的的二衬施工处理,为了省事,未在初期支护支护强度变化处设置沉降缝,而随意设置在整数模附近的施工缝上,导致衬砌沉降拉裂;施工中偷工减料.减少钢支撑数量;缩小开挖断面;减少喷层厚度;改变混凝土标号;偷换骨料配合比或钢筋型号;无视坍塌留空腔作业等。
(3)业主单位为了特定目的,盲目确定工期,导致大规模的大跃进式施工。
2.3设计缺陷
目前.隧道设计的地质勘探多为钻眼勘探。而对于一座山、一整个隧道而言,钻眼的个数总是有限的。于是,这就带来了对围岩级别划分不准确的问题。现在很多设计院(设计公司)的外业勘探采用外包的方式,委托一些公司做外业勘探.而直接从这些公司获得勘探数据。这些客观原因导致地质勘查不够详细,必然引发设计的错误定位。即使地质勘探的数据是准确的。在此基础上设计的隧道支护参数也可能出现问题。目前隧道支护、衬砌参数多在满足设计规范的基础上,采用工程类比法确定,真正进行结构计算的并不多,从而造成不同的荷载(即使围岩等级相同)却采用同样支护方式的现象。目前隧道结构的计算理论并不是很成熟。施工中经常提到新奥法,设计同样要以新奥法为指导思想。而新奥法在中国的实施状况却是一个值得讨论的问题。新奥法强调动态设计,强调在施工过程中根据开挖、检测、地质预报等多项措施完善设计,而实际施工中,除了施工单位从自身利益出发,报一些变更外,施工对设计并没有多大的指导和反馈。设计与施工并没有形成一种互动,动态设计也成为了空谈。
3病害处理思路
针对于出现病害的产生原因,主要可通过如下方式进行处理
3.1加固
目前国内加固的方法有很多,但由于受到净空和运营等方面的限制,在不同的环境下,采用的加固方式也各不相同,目前的加固方法主要有锚固注浆法、锚杆加固法、凿缝嵌补法、混凝土套拱法、局部断面加固法、喷射混凝土加固法,拱架补强法,粘钢法、粘碳纤维板(布)、植筋法等。
3.2日常维护
隧道作为运营的主体,日常维护在隧道病害控制中占据很大的份额,隧道渗漏水、开裂、沉降错台的发生并不都是突然事件,都有一个渐变的过程如果在病害出现的起始阶段及时进行处理,及时制止病害的扩展,将对病害的治理起到绝定性的作用。
5结语
综合上述.对于隧道病害的治理,一方面要以防为主,在源头上加以控制。固然现有的国情决定了病害产生的必然性,但有病需治根依然是是处理问题的不二法宝。防不住就需要治了,既然病害的产生有其必然性,那么,如何治,怎么样去治就是摆在我们工程人员面前的课题,方法多种多样,病害出了,要多加以分析,尤其需对病害产生的原因要调查清楚,才能治理到位。
参考文献:
[1]侯建斌,夏永旭.公路隧道的养护及痛害防治[J].公路交通科技: 应用技术版,2006,25(3):6-10.