隧道病害及处理

1.3病害原因分析
1.3. 1 选线不当引起的病害
1.3. 2 设计不合理预留的隧道病害
(1) 设计断面形式不合理,如铁路隧道Ⅲ、Ⅱ、 Ⅰ级围岩一般采用直墙断面、不设仰拱,若有膨胀性 夹层或遇水易软化的围岩,对直墙隧道,边墙很可能 出现开裂现象,同时可能造成边墙基底承载力不足, 产生不均匀沉降,出现裂纹(裂缝) 或错台。 (2) 初期支护能力不足,造成坍塌或残余变形 过大,使二次衬砌承受较大的围岩压力。 (3) 二次衬砌安全储备不足,如有些隧道施工 中出现了比较大的坍方,二次衬砌仍采用素混凝土, 造成运营后素混凝土出现裂缝。 (4) 排水设计不合理,如对具有膨胀性、遇水软 化的围岩,应设置仰拱和深排水沟,事实上多数出现 基底下沉、翻浆冒泥病害的隧道均存在基底积水、排 水不畅等情况。 (5) 未充分考虑混凝土的防腐蚀性,这主要由于对地下水的腐蚀性调查不清楚造成的。
1.2.2施工情况调查
首先,应调查基本的施工情况,如开挖方式(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) 。其次,是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。再次,应对坍方(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。
1.1.3衬砌剥落、剥离的分级
日本铁路隧道根据落下的形状将剥落、剥离分为三级,即大于 砖块大小定为危险级,与砖块差不多的定为迟早有危险级; 与集料大小差不多的定为以后有危险级,判定时还应根据 预计频率和线区列车密度来修正等级。日本《道路隧道维 持管理便览》根据衬砌有无落下的可能将拱部的剥落分为 危险(有落下的可能) 、无影响(无落下的可能) 两级,将边 墙的剥落分为早晚有危险(有落下的可能) 、无影响(无落 下的可能) 两级。在美国《公路和铁路交通隧道检查手册》 中,剥落分为三级,即轻度的(表面砂浆流失深度小于6mm , 可见到粗骨料) 、中度的(表面砂浆流失深度达6～12mm , 粗骨料间的砂浆也有流失) 、重度的(砂浆和粗骨料均有流 失,且深度达25mm 以上) ;剥离也分为三级,即轻度的(混凝 土剥离的厚度小于12mm ,或直径达75～150mm) 、中度 的(混凝土剥离的厚度达12～25mm ,或直径达150mm) 、 重度的(混凝土剥离的厚度超过25mm ,直径超过150mm) 。
1.1.2渗漏水的分级
1.在我国的铁路隧道养护工作中根据渗漏水程度将渗漏水定性的分为润湿、渗水、 滴水、漏水、射水、涌水六级。 2.日本《道路隧道维持管理便览》将隧道渗漏水程度定性的分为渗出、滴水、流 出、喷出四级,并且根据渗漏水的程度和渗漏水部位(拱部和边墙两个部位) 将 渗漏水对隧道的影响也分为四级。 3.美国《铁路交通隧道和地下建筑物检查方法和程序》将渗漏水从定性的角度分 为轻度的、中度的、重度的三个等级。 4.美国《公路和铁路交通隧道检查手册》中,对这个分级标准进行了量化,即轻度 的(混凝土表面潮湿但无滴水) 、中度的(流量小于30 滴/ 秒) 、重度的(流量大 于30 滴/ 秒) 。 5.我国《铁路工务技术手册隧道》(修订本) 中,将环境水在五类侵蚀类型下对衬 砌混凝土的侵蚀程度从定量的角度分为三级。 6.我国《铁路桥隧建筑物劣化评定标准- 隧道》中,从定性的角度将隧道渗漏水对 隧道功能影响程度分为五级,并将渗漏水的p H 值对隧道衬砌的腐蚀程度定量 地分为四级。 7.《地下工程防水技术规范》用定性描述和定量分级相结合地方法将隧道的防水 等级分为四级。 8.国外一种隧道防水分级方法,该方法按最大允许渗漏量从定量的角度将隧道防水 等级分为七级,划分标准为,一级( 肉眼看不出) 、二级( 1L/ d/ m2 ) 、三级 ( 3L/ d/ m2 ) 、四级(13L/ d/ m2 ) 、五级(30L/ d/ m2 ) 、六级(100L/ d/ m2 ) 、七级(不限制) 。
1.2.4裂缝调查


Байду номын сангаас
裂纹的分布和形态的调查对判断隧道病害的成 因起着关键性的作用。裂纹调查项目应包括裂纹分 布、宽度、深度及性质,根据调查结果,按一定比例绘 制裂纹展示图。 (1) 裂纹的宽度可用读数显微镜(一般其刻度 为0. 02 mm) 检测。 (2) 深度可用声波仪检测(也可用比较直观的 钻芯法) 。 (3) 裂纹性质分为张拉、受压、受剪三种,张拉 裂纹为外大内小,受压裂纹为外小内宽,裂纹附近有 不规则的鱼鳞状,受剪裂纹用手触摸有错台情况。 (4) 观察裂纹随时间的发展动态。 目前也可采取摄影方法进行裂纹调查,但此法 只能显示裂纹的宏观表象,微观表象很难反映。
1.1. 6
其它病害的分级
冻害:我国《铁路桥隧建筑物劣化评定标准- 隧道》从定性的 角度根据冻害对隧道功能影响程度将冻害分为五级。 鼓出:在美国《公路和铁路交通隧道检查手册》中,根据鼓出 后产生的孔洞的直径将鼓出分为轻度的(直径不大于10mm) 、中 度的(直径为10～50mm) 、重度的(直径为50～75mm) 三级,当直 径大于75mm 时,鼓出就是剥离。 基底翻浆冒泥:冯晓燕[15 ] 从定性的角度将隧道基底翻浆冒 泥的影响程度分为四级,即一级(基底未发生冒水、翻浆冒泥和沉 陷) 、二级(基底出现微小裂缝,有水冒出,但未冒出泥浆) 、三级 (底板开裂,有水和泥浆冒出,泥浆超过道渣底面,但未超过枕木 底面) 、四级(泥浆升至枕木以上无论是否淹过轨道) 。
1.2隧道病害调查方法
1.2. 1 水文地质调查 首先要对隧址处的工程 地质和水文地质进行调查,包括设计勘测资料、施工 所遇地质情况以及竣工资料等,必要时还需进行补 充钻探勘测。水是诱发隧道病害的重要因素,因此 应特别注重地下(地表) 水的水质、水量以及水对围 岩、结构等影响的调查分析。在对地质资料进行分析时,应特别注意围岩中是否夹有泥岩、 千枚岩、泥质页岩、碳质页岩等膨胀 性岩层,因为很多隧道产生病害的一个重要原因就 是因为施工中对存在此类岩层的围岩未采取有效工 程措施。如某铁路线,凡是Ⅳ级围岩以上直墙隧道边墙的开裂都是因围岩中夹有遇水膨胀性 岩层造成 的。基底的翻浆冒泥也是因为对Ⅳ级以上围岩未考 虑存在遇水软化的岩层,因此设计中未考虑仰拱及 深排水措施。从笔者参与工作的病害隧道来看,很 大一部分隧道在设计时,对夹有软弱膨胀性岩层的 围岩情况,通常都未考虑相应的工程措施。
1.2.5渗漏水调查 应调查渗漏水范围(里程) 、部位、出水形式、水量、水压及水质,并绘制 展示图,可以与裂纹展示图一并绘制。 1.2. 6 路面或基底调查 首先应绘制路面或基底下沉、翻浆冒泥(出泥、 出水点) 的展示图,采取钻芯法查明基底的围岩性 质,绘制钻芯柱状图,同时查明常年地下水位。 1.2. 7 地下水 调查地下水流向、补给及含水层分布。若衬砌 出现被腐蚀现象,应进行地下水的化验;有时边沟的 水可能不具有腐蚀性,这时应在腐蚀地段进行钻孔, 提取围岩裂隙水进行化验。
隧道病害及处理
1.1隧道病害分级
1.1.1衬砌开裂的分级 1.1.2渗漏水的分级 1.1.3衬砌剥落、剥离的分级 1.1.4衬砌材料劣化的分级 1.1.5衬砌变形、移动、下沉的分级 1.1.6 其它病害的分级
1.1.1衬砌开裂的分级 1.1.1.1根据裂缝的宽度分级 1.我国《铁路工务技术手册- 隧道》分为四级, 毛裂纹( ≤0. 3mm) 、小裂纹(0. 3～2mm) 、中裂缝(2～20mm) 、大裂 缝( > 20mm) 。 2.美国《铁路交通隧道和地下建筑物检查方法和程序》 将隧道裂缝从 定性的角度分为轻度的、中度的、重度的三个等级。 3.美国《公路和铁路交通隧道检查手册》对非预应力混凝土衬砌,裂缝分 为轻度的( ≤0. 8mm) 、中度的( 0. 8 ～ 3. 2mm) 、重度的 ( > 3. 2mm) 三个等级; 对预应力混凝土衬砌, 裂缝宽度超过 0. 1mm就认为是重度的,不超过0. 1mm 是中度的。 4.我国《铁路隧道设计规范》规定,钢筋混凝土衬砌结构构件,按荷载基本 组 合所求得的最大裂缝宽度不应大于0. 2mm。 5.李治国 参考设计资料、调查资料、统计资料和整治经验,将隧道裂缝宽 度影度 分为四级,即轻微影响( < 0. 2mm) 、较小影响(0. 2～0. 3mm) 、较 大影响(0. 3～0. 5mm) 、严重影响( ≥0. 5mm) ,并利用断裂力学 的方法研究了裂缝对隧道稳定性的影响。
1.1.4衬砌材料劣化的分级
日本铁路隧道和日本《道路隧道维持管理便览》采用衬砌有 效厚度(有效厚度指抗压强度大于15MPa 的部分) 与设计厚的 比值作为衬砌材料劣化程度的分级划分指标。日本铁路隧 道的分级为,当比值小于1/ 2 时,定为危险级;当比值为1/ 2～2/ 3 时,定为迟早有危险级;当劣化范围是极小部分时, 可降低一级。日本《道路隧道维持管理便览》的分级为, 当比值小于1/ 2 时,定为早晚有危险级;当比值为1/ 2～2/ 3 时,定为将来危险级;当比值大于2/ 3 时,定为无影响级。 我国《铁路桥隧建筑物劣化评定标准- 隧道》采用定量与 定性相结合的方法将衬砌材料劣化程度 分为五级。
1.2.3隧道施工质量调查
1.2.3.1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,当然采用地质雷达进 行普 查过程中也需钻取一定数量芯样进行校验。
1.2.3.2衬砌强度 强度检测可以回弹法或超声回弹综合法进行普 查,同时辅以钻芯试验进行修正,或直接用钻芯方法 推定混凝土强度。 1.2. 3. 3 衬砌完整性 根据超声仪检测声波在衬砌中的传播速度与声 波在相应等级混凝土中传播速度的标准值相比较来 判断衬砌混凝土强度的完整性。因为完整衬砌与有 裂缝衬砌波谱不一样,因此衬砌结构的完整性主要 根据波谱特征进行判断。 1.2. 3. 4 断面净空检测 用激光断面仪检测隧道净空,对各测点与设计 轮廓或行车限界进行比较是否侵限。,判断