淺析公路隧道襯砌裂縫檢測和治理對策

1、    淺析公路隧道襯砌裂縫檢測和治理對策    覃慧【摘 要】隧道工程屬于生命線工程，公路隧道開鑿的主要目的就是繞過巖石和水體障礙，實現(xiàn)公路交通的暢通，公路隧道在人們的日常生活中發(fā)揮著極為重要的作用。文章以某隧道工程為例，介紹了公路隧道施工過程，分析了襯砌裂縫產(chǎn)生的原因和公路隧道襯砌裂縫的常規(guī)檢測方法，并提出了公路隧道襯砌裂縫的治理對策?！娟P(guān)鍵詞】公路隧道;襯砌裂縫;檢測;治理對策u457.2 a 1674-0688（2020）02-0110-031 工程概況選取國內(nèi)某省公路段作為本文的研究對象，首先對該省內(nèi)的公路段進行分析，深挖路埑為該省內(nèi)公路段的原

2、設(shè)計方式，但是在削坡施工的過程中公路段上方山地出現(xiàn)滑坡、坍塌等事故，對于工程施工的安全造成嚴(yán)重的威脅。為此，該段公路暫停施工查明該段施工公路的工程地質(zhì)條件，從而為公路隧道設(shè)計或路埑邊坡設(shè)計提供可靠的地質(zhì)資料。經(jīng)過對該段公路施工區(qū)域地質(zhì)條件進行全面的分析后，將原設(shè)計施工方案改為隧道方案，設(shè)置隧道里程為k345-745+k345-980。該公路段隧道開裂主要發(fā)生在階段側(cè)墻和頂板位置，裂縫的寬度0.3 mm，裂縫的結(jié)構(gòu)形態(tài)為中間較寬，延伸逐漸變細。1.1 隧道工程支護結(jié)構(gòu)地下隧道工程所處的環(huán)境條件和地面道路橋梁工程建設(shè)截然不同，雖然地下隧道的修筑用途和修筑目的各有不同，但是公路隧道修筑的主要用途就是

3、為交通運輸服務(wù)，公路隧道的修筑環(huán)境主要是各種類型的地質(zhì)體結(jié)構(gòu)，如巖石地質(zhì)體、土體等，公路隧道的結(jié)構(gòu)體系為“洞室”，如果從公路隧道的結(jié)構(gòu)體系角度看，公路隧道結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成主要是地質(zhì)體結(jié)構(gòu)與支護結(jié)構(gòu)。因此，公路隧道結(jié)構(gòu)體系的形成需要通過一系列的施工并利用力學(xué)原理才能實現(xiàn)。1.2 公路隧道施工設(shè)計的基本思路公路隧道施工環(huán)節(jié)中原始的巖體或者地質(zhì)結(jié)構(gòu)通過開挖施工，會破壞原圍巖結(jié)構(gòu)的平衡應(yīng)力，而要想有效地控制巖體的變形發(fā)展，最直接的途徑就是利用巖體的承載能力及時地修筑支護結(jié)構(gòu)。設(shè)計人員需要對支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和支護結(jié)構(gòu)效應(yīng)進行評定和分析，結(jié)合本公路段隧道施工地質(zhì)條件，在各種類型的支護結(jié)構(gòu)中選擇最合適的支護結(jié)構(gòu)

4、，例如模筑混凝土襯砌、鋼支撐等;最后針對支護結(jié)構(gòu)進行設(shè)計方案的確定，還要針對不同的支護結(jié)構(gòu)和支護結(jié)構(gòu)的年限選擇合適的結(jié)構(gòu)材料及合理的施工技術(shù)，對支護結(jié)構(gòu)參與的時間、圍巖壓力的時間效應(yīng)等施工影響因素進行綜合分析1。公路隧道施工過程如圖1所示。1.3 坑道開挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)開挖坑道時，前后圍巖結(jié)構(gòu)會處于兩種不同的應(yīng)力狀態(tài)，前者屬于初應(yīng)力狀態(tài)，后者處于二次應(yīng)力狀態(tài)或者三次應(yīng)力狀態(tài)，一般情況下在二次應(yīng)力狀態(tài)和三次應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生的過程中存在較多的影響因素，例如巖體本身的構(gòu)造、坑道開挖的形狀、開挖的尺寸等。目前，學(xué)術(shù)界針對于二次應(yīng)力狀態(tài)和三次應(yīng)力狀態(tài)的理論研究雖多，但大都以假定為前提，然后通過進一步分析去

5、證實。綜合二次應(yīng)力狀態(tài)的影響因素分析該狀態(tài)主要存在兩種情況：第一，坑道開挖后的圍巖依舊保持以往的彈性狀態(tài)，坑道的圍巖會存在微微的松弛，但不影響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;第二，坑道開挖后的應(yīng)力狀態(tài)超過了圍巖結(jié)構(gòu)的單軸抗壓強度，那么此時的坑道圍巖結(jié)構(gòu)的狀態(tài)為塑性、松弛，極易發(fā)生塑性滑移或圍巖結(jié)構(gòu)松弛損壞。1.4 坑道開挖后的三次應(yīng)力狀態(tài)二次應(yīng)力狀態(tài)下的圍巖結(jié)構(gòu)若保持以往的彈性狀態(tài)一般不需要進行支護，而當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)呈塑性或松弛狀態(tài)時就需要進行支護。一般情況下，支護結(jié)構(gòu)對圍巖結(jié)構(gòu)的阻力效果取決于支護結(jié)構(gòu)的大小和方向。實際上，支護阻力的存在能促使圍巖周邊的徑向應(yīng)力得到提升，從而降低切向應(yīng)力。在三次應(yīng)力狀態(tài)中，圍巖

6、結(jié)構(gòu)周邊的應(yīng)力狀態(tài)多為單相向雙向或雙向向三向轉(zhuǎn)變，所以圍巖結(jié)構(gòu)的承載能力會隨著應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變而增強。1.5 支護結(jié)構(gòu)的類型（1）防護型支護。防護型支護并沒有支護的作用，在實際應(yīng)用的過程中并不能夠承受巖體的壓力，同時也不能夠組織巖體的壓力，而且防護性支護僅用于封閉巖面，其基本的作用就是防止坑道周圍巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)進一步發(fā)生惡化;防護型支護的施工一般為噴漿、單獨錨桿。（2）構(gòu)造型支護。構(gòu)造型支護主要是針對圍巖中局部大塊巖體掉落崩塌而采用的支護措施，構(gòu)造性支護的相應(yīng)參數(shù)并不能夠按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)計算而得，還應(yīng)該結(jié)合公路隧道的施工需求和構(gòu)造需求進行確定，噴混凝土、金屬網(wǎng)等為構(gòu)造性支護的主要施工方式。（3）承載

7、型支護。在坑道支護中，承載型支護是主要的類型，承載型支護在實際的施工中主要是結(jié)合坑道圍巖的力學(xué)狀態(tài)進行材料的選擇和支護輕重型的確定。輕型到重型的承載型支護分別為木支護、鋼支護、錨桿金屬網(wǎng)支護、混凝土支護和噴混凝土支護、組合支護。其中，組合支護是結(jié)合坑道圍巖的結(jié)構(gòu)需求和施工需求將上述不同承載功能的支護方式混合應(yīng)用，以達到保證公路隧道順利施工的目的。2 公路隧道襯砌裂縫發(fā)生的原因分析綜合分析該段公路隧道裂縫發(fā)生的原因，首先隧道的階段側(cè)墻處多發(fā)裂縫且裂縫的形狀不一，結(jié)合施工過程和實際的裂縫大小，考慮與混凝土的配合比例存在直接的關(guān)系。通過具體的結(jié)構(gòu)檢測發(fā)現(xiàn)，部分頂部的混凝土結(jié)構(gòu)厚度未達到原設(shè)計的要求，

8、當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)承載受力時，隧道拱頂?shù)目斩磳蚍鞘芰ψ冃味T發(fā)襯砌裂縫。同時，圍巖的二次應(yīng)力和三次應(yīng)力所承受的圍巖壓力較大，支護施工和抗?jié)B施工等工藝問題也會導(dǎo)致圍巖局部應(yīng)力、水壓力集中且過大，繼而引發(fā)公路隧道襯砌裂縫的發(fā)生2。圍巖承載能力的變化圖如圖2所示。3 公路隧道襯砌裂縫的常規(guī)檢測方法3.1 隧道襯砌裂縫常規(guī)檢測方法隧道襯砌裂縫常規(guī)檢測方法（見表1）。3.2 公路隧道襯砌裂縫無損檢測方法（1）頻譜分析技術(shù)的應(yīng)用。頻譜技術(shù)的原理和傳統(tǒng)的敲擊法原理大致相同，都是通過對原隧道結(jié)構(gòu)進行敲擊判斷建筑是否有裂紋。但與傳統(tǒng)的敲擊法不同的是，頻譜分析技術(shù)的精確性和檢測效率更理想，并且不會在檢測的過程中二次傷

9、害原隧道結(jié)構(gòu)。頻譜檢測技術(shù)主要借助聲波在不同介質(zhì)中的傳遞速度，通過對傳播速度的分析推斷檢測對象的實際情況。頻譜分析技術(shù)的準(zhǔn)確率能夠作為一個可靠的依據(jù)，該技術(shù)需要在待測對象的表面施加一個垂直壓力，在路橋工程中通過垂直壓力的施加形成帶有頻率差異的瑞雷波面，工作人員需要在隧道結(jié)構(gòu)上安裝多個傳感器，并分別對不同部位的檢測對象施加壓力，以達到對公路隧道結(jié)構(gòu)裂痕的整體檢測需求。該技術(shù)在應(yīng)用的過程中最重要的一點就是施加壓力的方向，一定要保證壓力是垂直方向的，否則檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性會受到一定程度的影響。該技術(shù)的優(yōu)勢是檢測速度快、適用范圍廣，但是技術(shù)應(yīng)用的前期需要施工人員做好傳感器安裝等準(zhǔn)備。（2）圖像技術(shù)的應(yīng)用

10、。圖像技術(shù)在隧道襯砌裂縫檢測中最常用的為紅外成像和激光全息成像。其中，紅外成像的主要原理就是利用分子構(gòu)成物質(zhì)，分子在變化的過程中會釋放出相應(yīng)的熱量，所以不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)所釋放出的熱量會存在一定的差異。在道路橋梁工程質(zhì)量檢測中，紅外成像技術(shù)就是對不同結(jié)構(gòu)進行掃描，通過分析物質(zhì)所釋放出的熱量來判定工程施工結(jié)構(gòu)，所以紅外成像的應(yīng)用主要是針對結(jié)構(gòu)物質(zhì)的形態(tài)進行辨別。工程施工人員可以利用相應(yīng)的紅外檢測儀器分析隧道結(jié)構(gòu)表面的溫度，明確隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在裂紋和破損問題。而激光全息成像技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)就是對攝像結(jié)果的分析，工作人員利用相應(yīng)的攝像設(shè)備儀器對特定區(qū)域范圍的隧道結(jié)構(gòu)進行攝影，并對攝像所得到的全息圖像進

11、行綜合性的分析，再利用相應(yīng)的計算公式判斷公路隧道工程中存在的問題和缺陷。（3）探地雷達檢測技術(shù)的應(yīng)用。雷達波主要由設(shè)備自身的激振產(chǎn)生，工作人員利用相應(yīng)的設(shè)備向待檢測區(qū)域發(fā)射電磁波，并通過電磁波的反射與接收獲取路面路基的采樣信號，同時將所獲得的采樣信號利用相應(yīng)的軟件、硬件和圖文顯示系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)換，并對檢測結(jié)果進行分析。在該技術(shù)中，雷達脈沖能夠在傳播的過程中發(fā)現(xiàn)檢測區(qū)域地下介質(zhì)的差異，一部分的雷達脈沖會從檢測區(qū)域反射回來用作信息的接收，另一部分雷達脈沖則用以檢測區(qū)域介質(zhì)信號的采集。探地雷達檢測技術(shù)能夠?qū)z測區(qū)域的缺陷深度、缺陷大小及缺陷形狀進行準(zhǔn)確的判定，在工程檢測環(huán)節(jié)中，該技術(shù)具備操作便捷、檢測范

12、圍廣的優(yōu)勢，經(jīng)常用于淺層和超淺層工程質(zhì)量的檢測。（4）超聲波技術(shù)的應(yīng)用。超聲波技術(shù)在公路隧道工程中的應(yīng)用主要是通過對特定區(qū)域結(jié)構(gòu)發(fā)射超聲波，然后工作人員利用超聲波接收設(shè)備將所接收的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進行對比，從而達到對路橋建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量檢測的目的。與頻譜分析技術(shù)相同的是，超聲波技術(shù)因聲波接收環(huán)節(jié)的限制需要在相應(yīng)距離裝置傳感器，工作人員可通過傳感器對聲波在隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳播速度和傳播時間進行確定。在超聲波技術(shù)的應(yīng)用中，傳感器、聲波的發(fā)射、標(biāo)準(zhǔn)的參考參數(shù)和準(zhǔn)確的計算是最關(guān)鍵的4個要素，該技術(shù)以聲波的方式實現(xiàn)對待測對象缺陷和問題的檢測，滿足無損檢測技術(shù)的需求，但是該技術(shù)具備一定的專業(yè)難度。4 公路隧道襯

13、砌裂縫的治理對策4.1 排水系統(tǒng)的科學(xué)施工與管理（1）設(shè)計圖紙的完善。設(shè)計圖紙的完善，需要設(shè)計人員結(jié)合施工項目的需求和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，進行認真仔細的實地勘察后，再開展項目圖紙的繪制。在這一環(huán)節(jié)中，施工單位要加強實地勘察力度，主要勘察地質(zhì)情況、重要管道線路情況等，此外應(yīng)重視各部門人員的交流和協(xié)調(diào)配合。（2）管道安裝質(zhì)量管理。首先要保證管材的質(zhì)量，保證接口材料的性能與配比規(guī)范，合理地選擇管道安裝施工工藝，利用鑿毛的處理方法進行接縫口的清理;其次要注意基礎(chǔ)表面的清理施工，管道安裝順序應(yīng)從下游至上游且精確測定高程樣板的中心位置和具體的標(biāo)高距離。下管的過程中，翼板應(yīng)用大型吊裝設(shè)備，如遇特殊情況大型設(shè)備無法運作

14、時，則采用人工壓繩的方式施工，并保證下管位置的準(zhǔn)確性。（3）回填工作?；靥钍┕け仨氃诠艿罍y試合格填滿水的基礎(chǔ)上施工，不能將施工完成的排水管道長期暴露在空氣和陽光下，回填環(huán)節(jié)中要保證回填土質(zhì)量，管道附近不能出現(xiàn)積水、淤泥及有機物質(zhì)等，回填后壓力機碾壓速度應(yīng)保持每小時不超過2 000 m。4.2 施工管理及其裂縫處理首先在混凝土配比過程中加入引氣型外加劑，以達到強化混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能和提高混凝土結(jié)構(gòu)密度的目標(biāo)。其次對混凝土的水灰比例進行控制。一般情況下，水灰比在0.6以下為最佳。施工管理人員還應(yīng)重視混凝土振搗質(zhì)量和混凝土的接縫施工質(zhì)量。最后要分析公路隧道襯砌裂縫的處理，針對襯砌空洞進行注漿處置，應(yīng)用環(huán)氧樹脂對襯砌裂縫進行處理。重點分析襯砌裂縫處理施工工藝，工作人員應(yīng)對裂紋進行標(biāo)記，清除混凝土表面的水漬、雜物，選用細針工具向裂縫內(nèi)注入配置好的環(huán)氧樹脂，待裂縫表面干燥后利用銼刀抹平鑿深，并在原裂縫處布置間距為2040 cm的注漿嘴，一般情況下，每一個裂縫應(yīng)該至少布置2個注漿嘴。5 結(jié)語在研究公路隧道襯砌裂縫的檢測方法與治理技術(shù)的環(huán)節(jié)中，重點在于檢測技術(shù)和檢測方法的應(yīng)用、施工環(huán)節(jié)中混凝土施工技術(shù)的管理、裂縫的重新修復(fù)。襯砌裂縫是公路隧道施工中最為常見的施工問題，襯砌裂縫不僅影響了公路隧道的使用年限，而且會對交通的暢行和往來車輛的安全造