公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策

公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策摘要：当前，我国隧道修建数量、规模得到快速发展，但管理

方面还比较薄弱，加之隧道工程理论不完善，使在建、新建和运营的隧道均有不少病害，尤以隧道衬砌裂损对隧道结构安全影响较严重。本文具体进行了公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策实证分析。

关键词：公路隧道衬砌裂损病害检测治理对策

中图分类号：u455文献标识码：a文章编号：

由于地下水的作用、地层压力的影响、腐蚀介质的侵蚀、地震

力或其他人为因素的影响，隧道衬砌结构发生开裂、剥离、错台等，使得隧道无法正常使用，对其统称为隧道衬砌裂损。

隧道衬砌裂损一般多发生在拱顶、拱腰、拱脚和边墙位置。隧

道衬砌裂损走向一般多为纵向裂损、斜向裂损、环向裂损和拱顶剥落等几种形式，其中纵向裂损所占比例较大，且多发生在拱腰位置。

某公路石匣隧道全长77 米, 拱圈地质为泥质页岩石, 采用矿

山法施工, 浆砌块石衬砌。隧道上部常年渗水, 拱部多处变形开裂, 严重影响行车安全。经过认真分析研究, 对隧道衬砌以上空洞进行了注浆处理, 对衬砌内部进行了加钢筋喷射混凝土加固, 对衬砌

上部的地下水实施了无压排水,取得了良好效果。

1、检测分析

（1）检测方法

造成隧道衬砌无规律裂损的因素主要有: 衬砌厚度、衬砌混凝土强度、衬砌混凝土密度、衬砌背后空洞等。为探明石匣隧道衬砌上述缺陷的分布和范围, 主要采用地探雷达检测方法, 辅助使用

钻孔取样、裂缝测量、观察缝隙等方法。

（2）地探雷达检测基本原理

地探雷达检测隧道衬砌质量属于反射波探测法, 即向地层发射一定的高频电磁脉搏冲击波, 电磁波在传播的过程中遇到不同电

磁性介质分界面时, 一部分能量会转换成反射波返回到地面, 另

一部分能量透过界面继续传播, 再次遇到界面时, 又产生反射波

返回到地面。接收到反射波并利用所带信息加以分析, 就可获得被探地层内的层厚、动弹模量等物理量。地探雷达探测隧道表面以扫描的方式无损探测, 测点密度可达0.5 厘米或更高, 如同沿测线

垂直于表在切一剖面, 观察其内在的情况。再者, 因空气与混凝土或围岩的介电常数差异较大, 所以雷达图像对空洞或较大空隙有

明显的反映。因而探地雷达探测衬砌厚度、衬砌背后空洞、空隙是有效的。

（3）仪器设备

本次工作使用的仪器是美国地球物理勘探仪器设备公司(gssi) 生产的sir- 10h 型地探雷达。由主机、天线和显示器三部分组成, 采集时窗、扫描速率灵活可变, 扫描速率最高可达160 扫描每秒, 数据采集时有多种增益控制形式和虑波形式供选择, 可保证数据

采集的正确可靠, 配备有多种频率的天线, 可根据需要选择使用, 以达到需要的分辩率和探测深度, 配有各种专用测量轮, 使用时

可达到精确定位。

（4）检测范围

本次工作在石匣隧道内左右拱腰、左右拱脚、拱顶共布设五条测线, 隧道全长探测, 选用400mhz 天线, 测量轮控制测量, 测点间距1 厘米, 采集时窗长度40ns, 每个扫描样点数512 个。

（5）数据处理

原始数据采集时会受到不同的干扰, 增益也不一定合适, 未经处理的原始数据所成的图像有用信息不突出, 不利于解释使用。为此使用sir- 10h 型地探雷达专用软件, 经过处理试验, 确定相应的处理流程。

从结果可以看出, 五测线的衬砌厚度分布在15 至70 厘米之间,而拱顶断面的衬砌平均厚度分布在25 至40 厘米, 说明衬砌厚度值非常离散、衬砌厚度严重不足, 加之衬砌背后存在许多空洞, 是衬砌受荷载作用下裂缝的主要原因。

通过对石匣隧道病害调查分析, 可归结为两个方面的病害: 一是隧道处于危险状态, 急需采取补强措施; 二是隧道漏水严重,

需设置必要的防排水设施。对于前者, 需从两方面进行隧道结构的补强, 即衬砌背空洞的填充和衬砌本身的加强; 对于后者, 须从

导排、防漏两方面入手, 解决隧道漏水问题。

2、病害治理方案

（1）空洞注浆

经过地探雷达检测, 发现隧道衬砌背后有大量空洞和空隙存在, 这些空洞、空隙会使衬砌局部所受荷载增大, 抗力减少, 其内存的地下水会软化围岩。经研究确定用衬砌背后填充注浆处理, 以增强原衬砌的承载能力。

①注浆孔布。设该隧道注浆分三段进行, 每段长度不等, 分别

调置注浆孔和排气孔。注浆钻孔排距2.2 米, 共3 排, 钻孔距3 米, 梅花形布置。排气孔布置在注浆孔之间。钻孔深度为0.65 米, 以

穿过隧道衬砌为准, 采用钻孔直径71 毫米。

②注浆液及用量。经过对各种材料的比较分析, 采用水泥浆混

合液单液注浆, 水泥浆混合液成分: 水泥80%、二级袋装粉煤灰20%, 万分之一的水泥量掺进铝粉膨胀剂。将配置好的水泥浆混合料按1: 1 的水灰比进行试浆, 结石率可达0.85, 抗压强度能达到25mpa以上。

③注浆顺序。先拱顶、后拱腰, 先对裂缝少处注浆再处理缝隙

多的地方, 隧道注浆顺序为先两端后中间。

④注浆压力。注浆压力控制在0.3—0.5mpa 之间, 在无裂缝或

裂缝较少处可采用较大压力, 在裂缝较多处可采用较小压力。

（2）隧道衬砌补强层

通过采用有限元法分析计算, 石匣隧道的补强层厚度采取15

厘米即可满足强度要求, 也可保证限界要求。隧道拱部模筑15 厘米厚混凝土, 施工困难、易形成空洞、施工质量不易保证, 如采用喷射混凝土则不存在这类问题; 隧道的边墙直立, 只要加强振捣, 模筑混凝土是可行的。所以石匣隧道衬砌的补强层, 拱顶采用喷射混凝土, 边墙采用模筑混凝土, 施工简单, 质量有保证, 费用节省且具有一定的美观效果。

①锁脚锚杆。为了稳固原隧道拱部衬砌, 改善新增边墙补强层的受力状态, 采用长2 米、直径22 毫米的螺纹钢砂浆锚杆加固拱脚。每侧拱脚环向设置两根, 间距0.5 米、纵向排距2.5 米。

②连接钢筋。为使补强层与原衬砌连接紧密, 除凿毛衬砌表面外, 另按3×3 米间距、梅花状布设钻孔, 孔入衬砌80 厘米深, 插入长90 厘米的直径16 毫米钢筋, 用速凝高标号水泥砂浆堵塞密实。

③钢筋网。采用直径6 毫米、一级钢筋绑扎成形, 网孔为15×

15 厘米, 全隧道衬砌铺满。钢筋网被焊接固定在预埋的连接钢筋上,喷射混凝土时钢筋网不得发生颤动。衬砌损坏严重的部位布设双层钢筋网。

④喷射混凝土层。采用20 号小石子喷射混凝土, 厚15 厘米,分三层喷射, 每层5—6 厘米。要求喷射混凝土5 分钟初凝, 2 小时达到强度5mpa。

⑤模筑混凝土层。采用20 号混凝土灌注边墙补强层, 15 厘米