公路隧道常见病害分析及治理对策

公路隧道常见病害分析及治理对策

作者：吴继礼

来源：《科技视界》2012年第22期

【摘要】公路隧道是公路通行的咽喉和瓶颈，隧道养护有其特殊性，不同于普通开放式公路的养护，其特殊性也是隧道固有属性决定的，病害发生的不可预见性和治理难度大是制约隧道畅通的瓶颈。对此，作为公路隧道的管理部门，要将隧道养护放在公路养护首位，必须掌握与之相关的情况与措施，才能很好地管理隧道。下面重点就以六盘山隧道常见病害与治理对策做以介绍。

【关键词】公路隧道；病害分析；治理对策

１基本情况

宁夏六盘山隧道地理位置非常特殊，始建于1991年6月，1997年3月竣工交付使用，由甘肃省交通规划设计院设计、武警交通第五支队承建，是国道312线上的重要工程。隧道全长2385m，呈东西走向贯穿六盘山脊，区域山体东陡西缓，西高东低，洞口高差57.24m，当地海拔高、气温低，年最低气温-25.7℃～-28.7℃，最大冻深113cm～137cm，常年降雨量在

2000mm左右，所经地质为暗红色钙质砂岩、泥岩，有构造断层、逆断层和破碎带、岩石层理、节理发育，围岩自稳定性差，隧道内流水属强碱性水类，矿化度高，对混凝土具有中强等腐蚀作用，可以说六盘山隧道集渗漏水、低温冻害、水体腐蚀、围岩破碎自稳定性差等最不利因素于一体。

２常见病害及治理对策

１）渗漏水

（1）六盘山隧道渗漏水分为大致三类

①隧道洞身（包括拱部、侧墙、拱脚）渗漏水，主要成因是：修建隧道破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿越山体附近地下水积聚的通道，围岩体内的地下水在围岩自重压力作用下沿岩体裂隙自由活动，流入到隧道衬砌表面，通过一、二衬渗漏到洞身。六盘山隧道防排水系统构造是在开挖初期支护后先铺挂无纺布、聚乙炔防水板和安装Φ110mm纵横向排水盲管，然后进行一、二衬施工，防水板和排水管安装的目的是防渗漏和进行组织排水。但在具体施工中，从防水板的铺设搭接、纵横排水管安装上都存在着一些问题：一是防水板破裂或搭接错位、变形脱落，形成防水空白区。二是纵向排水管周围未设有效滤水层，致使排水管花孔堵塞，无组织排水作用。三是在施工缝上二次衬砌时未设止水带。四是部分围岩段（六盘山隧道衬砌分11个类型断面）为了治理断层、塌方及涌水段，进行钻孔注浆，所注水泥浆淤塞了

纵向排水管，极大地破坏了组织排水效果，形成排水阻滞区，衬砌周围积水，致使洞身衬砌受压不均，影响结构安全。

②明洞沉降缝渗漏水，主要成因是：明洞全长38m，其中18m为增加抗震设防长度，每10m设沉降缝（缝宽1cm）一道，原隧道施工时由于防水板铺设不是有效焊接或二衬施工致使防水板破损、并且二衬未设橡胶止水带，导致水体沿沉降缝下泻形成渗漏水。水体来源是隧道围岩裂隙水沿一衬上表面向东流出和自然降雨下灌所致。

③隧道路面渗漏水，主要成因是：隧道仰拱以上蓄积水在压力作用下沿路面伸缩缝上溢，渗水主要来源有两处：一是隧道中央排水沟纵向穿过仰拱。造成仰拱不连续，水体沿仰拱与中央水沟外侧接缝处上泻，在仰拱上方蓄积。二是隧道两侧与纵向排水盲管相连接的横向排水管穿越仰拱上缘，多达100处，在隧道仰拱混凝土浇筑施工时，由于混凝土振捣不密实或漏浆，形成蜂窝孔洞，使衬砌外水体进入仰拱上方，造成路面渗漏水。

（2）危害程度：六盘山隧道漏水促使衬砌混凝土腐蚀泥化、冻胀开裂和剥落，造成衬砌结构破坏，尤其在冬季容易路面结冰和挂冰，严重影响行车安全，渗漏水还会软化围岩，引起围岩变形，对隧道供电线路、灯具、风机预埋件、电缆桥架、消防管道等设施造成不同程度的损害。

（3）治理对策：针对隧道渗漏水的具体情况，治理措施有防、排、堵、截相结合、刚柔相济、因地制宜、综合治理，使之既能自成体系，又能互相配合，形成一个完整的隧道防治水体系，主要处置方法是：

防（截）：说到防水，就要在隧道建设之即优化设计方案、优化防水结构形式，在施工时，监理与施工方要密切配合，严格按照设计文件进行施工，严把隧道防水关。

排：隧道排水系统至关重要，六盘山隧道在排水系统设计上不尽完善，现在看来存在很多弊端：一是原设计只在拱脚设置两道Φ110mm纵向排水盲管，未设置排水收集支管，使隧道侧墙、拱部衬砌外围没有排水通道，积水无法排出。应该设置柔性透水性好的排水支管，呈肋型环向布置，间距控制在10m范围之内，并在初期支护时设置隔离板，防止衬砌混凝土握裹排水管；二是原设计防水板选型用材料不当，在六盘山隧道施工中所用防水板厚度仅为1.2mm 聚乙炔板材，强度小，抗老化性能差，通过不到6年的使用，防水板严重老化，并且搭接错位，形成截水盲区。通过2002年隧道渗漏水治理工程施工便一目了然。做为隧道辖养单位，只能立足于现实进行病害处置：一是对于隧道洞身渗漏水的地方，尽最大可能采取排水的处置方式，即打孔埋管引流，在渗漏水点周围，分析找准积水点，用风钻打Φ6cm孔，穿透一、二衬混凝土，放出积水，在隧道壁用风钻刻槽，连通钻孔，埋置半硬塑料泄水管，用速凝砂浆封口（槽），引水到中央排水沟；二是对于仰拱以上，路面以下积水，要经常疏通路面排水地漏及排水管，防止淤塞。三是在路面板块接缝与中央排水沟上方交点用风钻垂直打孔，让路面蓄积水下泄至中央排水沟内，绝不能让积水溢出路面。四是对于渗漏水面积大，混凝土衬砌腐蚀

严重，结构受到破坏的情况争取很大投资，要采取专项治理措施。比如象2001提至2002年六盘山隧道渗漏水治理工程，拆除原一、二衬混凝土，重新铺设防水板，排水管和衬砌，彻底改善防排水系统。

２）低温冻害，主要成因是：前面提到六盘山隧道年最低气温在摄氏零下25℃～28.7℃，且持续时间长，最大冻深在1.13m～1.37m之间，六盘山隧道11个类型衬砌断面衬砌厚度在60cm～85cm之间，均在冰冻圈范围之内。一是渗漏水点出口受低温影响，在拱部形成冰柱，倒挂在拱部。二是路面渗水低温结冰。三是衬砌外围积水在冻深范围内结冰。

（1）危害程度，高寒地区隧道内渗漏水和蓄积水结冰，将严重危及隧道结构和行车安全。一是拱部和路面渗漏水在低温环境下很容易结冰，形成挂冰，一旦负荷过大，将形成自由落体垂直砸向路面，路面上溢渗水和拱部未冻结的渗水滴到路面形成冰溜子，极大地降低路面抗滑系数，涌量大的漏水在路面上形成冰坎，严重危及行车安全。二是衬砌周围积水在冻深范围内低温结冰，容易发生围岩及衬砌冻胀，致使隧道路面错台。在隧道运行之初，错台现象十分严重，拱部和侧墙发生变形与开裂，尤其在积水临界点，产生冻胀应力传递，会造成拱脚移动，或者侧墙顶内移、破坏隧道结构。三是积水渗入混凝土毛细孔蓄积，尤其是在衬砌渗漏点，冬季水在混凝土内外结冰，膨胀产生冻胀压力，产生冻融现象，使衬砌结构混凝土变酥、泥化、强度降低。比六盘山隧道冻害现象发生严重的隧道较多，新疆的天山二号隧道因渗漏侵蚀和冻胀破坏而报废；青海的大坂山隧道由于渗漏水而成为“冰河”，衬砌结构因冻胀而开裂变形，在2004年采用20cm厚保温泡沫板加三合板进行全断面装修保温。2006年5月青海交通厅专家携带大阪山隧道管理处人员一行12人到分局进行实地调研参观学习，吸取六盘山隧道治理渗漏水经验进行治理，并于2008年9月2日在《中国公路网》上发表了题为《浅谈大坂山隧道渗漏水病害治理》论文；还有甘肃的七道梁隧道因渗漏水和冰冻而被迫向隧道送暖气；辽宁的八盘岭隧道和吉林的密江隧道因渗漏水而被迫在混凝土衬砌内加复衬。对于低温冻害，临近省份的隧道加衬和送暖气，都不能从根本上解决问题，只能是加大冻害面积。前面提到，隧道防排治水的原则是：“防、排、堵、截”，笔者认为尽管隧道在防水和排水做到完善有很大困难，只要隧道防排水设计方案合理、接养单位精心管理、就能够处置好隧道渗漏水问题，同时有效防止冻害发生。解决好隧道排水问题，不让水体在衬砌周围积聚，是解决隧道冻害的有效措施，也是解决隧道冻害的根本途径之一。

（2）治理对策，要解决低温冻害问题，还是要从隧道防排治水上做起，只要隧道排水畅通，摆脱水体蓄积问题，就不会有冻害发生。

３）水体腐蚀

（1）水体腐蚀的成因：隧道周围环境水体对衬砌混凝土和金属材料的侵蚀作用主要可归纳为三种：溶出性侵蚀（非结晶性侵蚀）、结晶性侵蚀和复合性侵蚀（溶出性结晶性两种侵蚀同时作用或交替作用），六盘山隧道水体腐蚀病害主要是复合性侵蚀，即溶出型和结晶性同时作用，六盘山地区下水矿化度很高，衬砌混凝土的水泥中化合物与水体中的盐类、硫酸根离子