浅谈高速公路隧道病害处理方法

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anonyjim
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  摘要:随着经济和社会的快速发展,高速公路隧道施工的新技术和新工艺不断涌现。高速公路隧道施工人员需要及时采用新工艺结合工程所处地质条件进行科学、高效的施工。通过科学的施工技术的利用来保证工程建设的质量和提高施工的效率。
  关键词:公路隧道;施工质量;控制
  中图分类号:U45文献标识码: A
  一、公路隧道病害成因分析 
  1、渗漏水 
  渗漏水是最常见的隧道病害,也是影响面最广的病害,其与隧道中其他病害均有一定的联系,例如衬砌裂损等会加剧水的渗漏,随着渗漏水的增多使得隧道结构内部钢筋更容易锈蚀,长期的渗水会严重破坏隧道结构的强度,因此随着时间的推移,隧道结构的裂损程度也会越来越大,而裂损程度越大渗漏水的量也越大,这样就形成了恶性循环,一旦达到一定的限值就可能发生隧道结构的失稳,产生衬砌成块脱落等现象,严重的可能发生塌方等事故;除此之外,由于渗漏水的影响,会导致隧道内部的用电设备损坏以及路面积水和冬季结冰等。 
  产生渗漏水的原因主要有:第一,防水材料性能不好,经过地下水的不断侵蚀,质量不好的防水材料会被渗透,从而渗水;第二,防水施工不到位,表现在对棱角、施工缝、变形缝等细部构造的防水处理不当和施工过程中对防水材料的损坏处理不到位;第三,由于衬砌开裂过程产生的张力破坏防水层;第四,设计不先进,由于我国在隧道设计方面经验的缺乏,在设计中没有充分重视防水的作用,使得隧道的防水功能不过关。 
  2、衬砌裂损  
  衬砌是整个隧道工程最重要的结构组成部分,其承担了隧道周围地层的压力,对隧道的正常使用发挥巨大的作用。一旦衬砌有裂损情况,就会导致钢筋外露,发生钢筋锈蚀现象,并且加快了衬砌内部混凝土的碳化过程,大大降低了衬砌的耐久性能,并且衬砌一旦产生裂缝就会有大量的地下水渗出,因此衬砌断裂无论是对于结构的稳定性还是耐久性的危害均较大。 
  衬砌裂损的原因有以下几个方面:第一,在设计时对衬砌的受力预估不足,导致衬砌的厚度达不到力学性能的要求,第二,衬砌周围的围岩具有一定的膨胀性或周围土质有腐蚀性物质,第三,隧道在使用过程中由于岩层结构节理发生了变化;第四,隧道在施工时所选用的原材料质量不过关或施工工艺控制不当造成的衬砌本身强度等级达不到设计要求。  
  3、路面破损 
  路面的破损包括路面裂缝、起拱、下沉、翻浆等,再加上隧道内光线昏暗,容易造成车辆在行车过程中视线模糊和轮胎打滑、底盘剐蹭等现象,为发生交通事故埋下隐患,也影响了车辆的行驶速度。 
  产生路面破损的原因主要有:第一,在施工过程中如果对道路的接触基面处理不恰当,很容易造成道床与结底板间出现施工裂缝,在运营过程中由于车辆行驶造成的循环荷载导致衬砌的疲劳性损坏其它各方面因素的综合影响,极可能造成路面与基层剥离开来。加之在车辆的循环荷载作用以及地下水的流动会导致结构层出现错动而产生横向的断裂,从而造成路面破损,出现翻浆冒泥的现象。第二,由于地下水流动致使基层混凝土中的氢氧化钙等化学物质被带走,降低了混凝土的强度,在长期作用下,致使混凝土出现裂缝,地下水的渗透作用及腐蚀作用严重降低道床混凝土及钢筋的强度,从而更容易导致路面的破损。 
  二、公路隧道健康检测方法
  1、撞击回波法
  撞击回波法是用钢球撞击产生的超声波和声波对结构进行检测的方法。在传感器记录多次反射后进行对频率分析。撞击回拨法的优势在于它的速度比较快,但其也存在诸多的缺陷,比如,检测的深度会受到材料的机构、强度与应力脉冲频带等诸多方面的影响,同时,钢球的尺寸要求比较严格,要适合给定的检测状态。
  2、地质雷达
  地质雷达是一种利用高频脉冲电磁波探测混凝土及下覆介质分布形态的一种无损伤检测方法。地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法,其使用的是高频电磁波,在介质中传播而产生相位及回波能量、波形的变化,由计算机将收到不同的波阻抗界面产生的数字信号进行成像处理和分析计算,从而推断地下地质结构。地质雷达检测技术分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便,采用了先进的连续透视扫描无损探伤技术,备受广大工程技术人员的青睐。这种检测手段目前在国内外得到了广泛应用,并取得了重要成果。
  3、激光扫描
  激光扫描是近几年首先在欧洲发展起来的新型检测技术,近几年来在隧道地质病害诊治中应用地震CT技术,并取得了一定的进展。激光扫描通过发射无害激光和连续分析反射,激光扫描用于危险区域的灵活防护,通过出入控制,实现访问保护等。由于其扫描速度快、測量精度高(可达a20一3ram)、获得三维空间数据的同时获得三维图像等优点,在德国、瑞士等国家普遍应用。它扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描三种方式。隧道扫描仪的优点主要以下几个方面:首先,对交通没有或只有轻微的负面影响;其次,能以数字形式按比例绘制全部面积的内壳表面;第三,同步多路记录(可视照片+红外图);第四,测量能够重现;第五,重复测量能够获得有关损伤发展的数据。
  三、 隧道病害的防治方法 
  1、注浆技术的运用 
  通过向围岩和衬砌之间注入水泥或其他材料制备的浆液,填充到衬砌背后的孔洞中,并充分渗入混凝土结构的产生的裂缝中,使之在浆液固化后被封堵起来,可有效阻隔地下水渗漏,同时通过注浆的方法来加固围岩,可使围岩与衬砌形成一个统一的整体,有效提高围岩和衬砌的承载力,防止结构的变形以及裂缝的扩大。另外,在路面施工时在路面以下注入防水浆液,使之渗入到地层中,可大大降低地层的透水系数,防止由于地下水渗透导致的路面的下沉和翻浆。 
  2、结构抽换技术的运用 
  为限制衬砌裂损程度的进一步扩大,在注浆加固之外,还要对隧道的自然边坡进行改造,以通过改变隧道和病害处的空间关系的方式来阻止病害的迁延,实际工作中,可采用对隧道进行支撑的方式来抵抗结构的继续形变,常用的支撑为钢架支撑;另外,可采用将已裂损结构拆除重砌的方式,利用设备悬吊已裂损的部分衬砌,然后用静态破碎技术拆除这部分混凝土,并对原有结构进行支撑,防止其失稳,而后利用强度高一个等级的混凝土重新补砌,使新旧混凝土完美结合在一起。 
  3、隧道建设的合理施工 
  在隧道建设中,从设计、勘察阶段开始直到项目竣工都要对工程质量进行严格控制,在进行勘察时要充分了解施工所在地的地质情况,并进行相关记录,设计人员要充分考虑这些因素,对可能发生的隧道病害进行预判,充分重视隧道工程的防水施工,在施工过程中要采用合理的施工方法,如果在施工过程中发现地质情况有变化应当及时调整设计方案和施工工艺方法,事实证明,合理的施工是防止隧道病害的重要措施,可做到对隧道病害做到“事前控制”,降低病害发生的概率,减少日后的维修和维护,因此经济上最为合理。 
  四、案例分析
  1、工程概况
  某隧道工程穿越剥蚀中低山地貌,地形沟壑交错,偏压浅埋情况较多,施工难度较大。本地区绝对高程为180~350m,相对高差最大达170m,自然坡度一般为10~40°。本隧道属于高原斜坡侵蚀、构造中、低山地貌区。地形受流水强烈侵蚀与切割,水系呈树枝状密布,横向形态多呈V型,基岩多裸露,阶地不发育。
  2、施工方案
  该隧道工程位于某省境内,起讫桩号为DK327+745~DK328+655,全长910m。本隧道设计为单洞双线式隧道,属中长隧道。穿越剥蚀中低山地貌,地形沟壑交错,偏压浅埋情况较多,施工难度较大。全隧除明洞段采用明挖法施工,其余段落均采用暗挖法施工。
  3、施工前期工作 
  3.1 调查隧道地质问题 
  在调查基本的施工情况时,先考虑开挖方式(全断面、台阶法、分步开挖)、支护形式(矿山法、新奥法,二次衬砌是一次性施作还是先拱后墙或先墙后拱)。对于调查锚杆数量和质量、注浆配比和注浆量、水泥生产厂家及质量、粗细骨料检验报告、混凝土的配合比及其养护和强度、隧道监测资料等情况。最后对坍方(坍方规模、处理方式)及变更(原因、方案、处理方式)等情况进行重点调查,调查资料应以设计文件、施工记录及监理签认单为准,同时可以参考当时的各种会议纪要、通知及竣工文件。 
  3.2 调查隧道施工质量 
  除了地质调查、查阅施工记录外,还需采取必要的检测手段对施工质量普查,主要包括混凝土强度及完整性、衬砌厚度及背后空洞、回填情况及隧道净空等。如对衬砌厚度及背后空洞检测方法有无损、有损或无损与有损相结合。有损检测主要采取钻孔或开天窗,目前较常用的无损检测主要用地质雷达,不过这方法还需要对地质雷达芯样进行校验。 
  3.3隧道监测项目及量测要求 
  隧道监测主要目的:1)确保安全;2)指导施工;3)修正设计;4)积累资料。当前隧道施工的最大特点就是把量测、观察技术和方法引进到施工中,并作为施工中一个重要而不可缺少的环节予以实施,其目的之一就是要根据观察、量测等得到的资料对已开挖的区间和掌子面前方的围岩状况进行预测,并反映到施工中去,从而指导施工。
  4、施工工艺与施工要点
  4.1洞口开挖要点
  本隧进口采用耳墙式明洞门,出口采用单压式明洞门,其余段落均采用暗挖法施工。暗挖段采用锚喷构筑法施工,开挖用光面爆破,V级围岩如围岩整体性较好采用三台阶七步开挖施工,如围岩整体性较差则采用台阶法施工。Ⅳ级围岩采用台阶法施工,深埋Ⅴ级围岩及加强段采用大拱脚台阶法即三台阶七步作业法或CRD法施工;围岩较好地段采用非电毫秒雷管起爆光面爆破技术,严格控制超欠挖,软弱围岩地段采用微震光面爆破技术或非爆破开挖,以减轻对围岩的扰动和破坏。
  4.2坡面防护要点
  洞口边仰坡开挖到位后及时修正坡面,按设计要求进行锚喷网混凝土防护。边坡修正主要采用挖掘机施工,人工配合,洞口边坡、仰坡刷至设计坡度,并使洞门处边坡与明洞边坡顺接。松软地层开挖时从上至下,随挖随防护,随时监测、检查山坡稳定情况。边坡、仰坡上浮土要清除,坡面凹凸不平处予以修整平顺。开挖弃方堆放在指定堆放地点,边坡仰坡上不堆积弃土。锚喷网防护采用准22螺纹钢砂浆锚杆,布置成梅花型;YT—28凿岩机成孔,砂浆锚固。钢筋网片采用准8盘条,喷射C25混凝土。施工时喷嘴尽量垂直于岩面,回旋摆动,喷射均匀。
  4.3初期支护要点
  本隧洞设计除明洞外均为暗挖法施工,在隧道断面开挖后应及时进行初期支护。砂浆锚杆注浆及安装:砂浆锚杆作业程序为:先注浆,后放锚杆。具体操作是:先将水注入牛角泵内,并倒入少量砂浆,初压水和稀浆湿润管路。然后再将已调好的砂浆倒入泵内,将注浆管插至锚杆眼底,压紧密封泵盖。一切就绪后,慢慢打开阀门开始注浆,在气压推动下,将砂浆不断压入眼底,注浆管跟着缓缓退出眼孔,并始终保持注浆管口埋在砂浆内,以免浆中出现空洞。将注浆管全部抽出后,立即把锚杆插入眼孔,然后用木楔堵塞眼口,防止砂漿流失。锚杆孔中必须注满砂浆,发现不满须拨出锚杆重新注浆。注浆管不能对着人放置,以防止高压喷出物射击伤人。砂浆应随用随拌,在初凝前全部用完,使用掺速凝剂砂浆时,一次拌制砂浆数量不应多于三个孔,以免时间过长,使砂浆在泵管中凝结。
  中空注浆锚杆施工方法:它将传统的先灌浆后锚固工艺改为先锚固后注浆,其具体操作是:采用锚杆台车或风枪钻孔,并用高压风清孔。地质为黄土地层时采用煤矿螺旋钻成孔。将安装好锚头的中空锚杆和排气管同时插入孔内,锚头上的倒刺立即将锚杆挂住。人工安装止浆塞、垫板和螺母。利用快速接头将锚杆和注浆机连接。开启注浆机器,按照设计的注浆压力进行压力注浆。
  喷射混凝土施工:喷射混凝土施工是隧道施工初支的一个主要环节;喷射混凝土的好坏和锚杆、挂网施工同等重要,在施工中必须做好。喷射混凝土一般要求采用湿喷技术,减少隧道内粉尘,改善施工人员作业环境,保护其身心健康。目前也有采用潮喷工艺施工的工程项目,由于潮喷工艺对拌和料潮湿度要求很严,一般工地因试验跟不上不容易达到,往往施工时现场扬尘很大,直接影响施工人员身心健康和施工进度。建议在不能保证潮喷料有一定湿度的情况下,尽量采用湿喷技术施工喷射混凝土。
  结束语
  隧道病害是国内外非常普遍的现象,其原因是多方面的,隧道病害直接威胁到隧道的结构和运营安全。近年来国家基本建设的快速发展要求不断提高隧道修建技术水平,避免或减少隧道病害的发生;隧道病害的形式主要有渗漏水和结构破损,其中渗漏水病害比较普遍;隧道病害产生的主要原因有地质方面的、施工方面的、设计方面的和人为因素等,要认真地系统地分析;隧道病害整治要各种方法综合运用,由专业队伍来进行,治理的时机最好选择在通车前进行,要坚持一次根治、不留后患。的治理原则。
  参考文献
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