关于高速公路隧道病害的整治研究

【摘 要】 本文充分尊重高速公路路网的隧道条件、运营环境，立足于国内标准规范，依据前沿技术研究成果，针对高速公路隧道在养护管理及运营中常见的典型病害，介绍和分析了高速公路隧道的病害种类、成因及所造成的危害。以隧道工程典型病害为基础，探讨隧道常见治理技术和方法，增强整治主动性，最大程度的保障高速公路隧道安全运营，提高高速公路隧道通行率。

【关键词】 高速公路隧道 病害整治 技术探讨

1 引言

我国是世界上隧道最多，隧道工程发展最快的国家之一。全国公路隧道已超过6000处，总计3000多万米。随着我国国民经济的快速稳步发展，基础设施建设日益完善，其中交通运输行业项目的需求量和等级要求越来越高。我国国土面积大且地形地貌复杂，山区高速公路建设的蓬勃发展伴随着隧道修建的数量越来越多。由于各地自然条件差异较大，隧道所穿越山体工程地质、气候、水文等因素复杂多变，加上受到设计、施工及养护等因素影响，易导致部分隧道出现结构变形、错台、开裂、渗水等病害[1]，大大降低了高速公路隧道的通行效率，同时威胁到安全运营，甚至使隧道失去使用价值，给国民经济带来巨大的损失。

高速公路隧道病害的整治还处于被动保障，当隧道病害出现以后，技术人员通过隧道病害特征结合隧道所在山体地质构造和水文条件等因素，主要以经验制定整治方案。不仅缺乏系统的流程，也容易造成不必要的浪费，甚至引起相应灾害。基于此，本文从隧道典型问题本身出发，分系统对高速公路隧道病害进行研究分析。

2 高速公路隧道病害现状和成因分析

2.1 国内公路隧道病害现状

目前国内对公路隧道病害整治还没有将理论很好运用到实践中，缺乏系统规范的检查标准。据有关资料统计，从隧道运营现状来看，高速公路隧道病害的类型主要有隧道渗漏水、隧道冻害、隧道衬砌破损、变形、下沉等。这些病害一般不是独立存在的，而是互相影响、互相作用的。其中的典型隧道病害都与渗漏水有着直接或间接的关系，隧道结构的缺陷给隧道渗漏水提供了通道，隧道渗漏水的长期作用又会加剧隧道侵蚀破坏，特别是地处存在地下水结构的隧道，其病害问题更加严重。在隧道运营期间，渗透水常通过混凝土衬砌变形缝、施工缝、混凝土孔隙等通道渗漏进隧道中，造成隧道内部附属设备处于潮湿环境而发生锈蚀、霉烂、变质等。严重的导致路面积水，甚至隧道基础的沉降[2]。

2.2 公路隧道病害分析

病害作用主要包括长久作用和偶然作用。长久作用主要考虑围岩压力、土体压力、材料劣化等，偶然则主要表现在地震等自然灾害。此外，设计和施工质量等外因也造成了隧道病害。

（1）隧道渗漏水成因分析。隧道开挖不仅对构造造成影响，对地下水也有很大影响。隧道水害的成因是修建隧道破坏了山体原始的水系统储存点，隧道成为所穿越山体附近地下水集聚的转移通道[3]。隧道开挖引起围岩应力的释放和重分布，不仅改变围岩力学特性还改变了水的平衡系统，导致周围的水形成新的含水层和专一通道，向隧道内汇集和积聚，给隧道渗漏水创造了条件。周围地下水渗流场的改变，引起应力场的不断重新调整，局部应力集中、地层受力不均匀或岩层断面活动都将对隧道结构造成破坏，使得衬砌结构出现裂缝等，形成渗漏水通道，使隧道产生渗漏水。

（2）隧道冻害成因分析。隧道周围环境气温变化是冻融交替的主要原因。衬砌周围冬季冻结，夏季融化范围的围岩沿衬砌周围各最大冻结深度连成的圈叫季节冻融圈。如果在设计过程中，对围岩的岩性没有考虑或考虑不周，加上工程材料的缺陷，隧道的排水设施则冬季易发生冰塞。在寒冷的冬季，渗漏水将改变岩性，造成隧道围岩冻胀和衬砌开裂。而衬砌一旦开裂，将会给地下渗透水重新开辟新的外渗通道，引起隧道严重水害，进而使衬砌混凝土侵蚀。冬季冻结，夏季融化。如此季节循环，连锁破坏，致使衬砌产生渗漏水。同时，地下水的侵蚀将造成衬砌混凝土的疏松、结构物剥落，隧道衬砌裂损，承载力降低，最终导致结构失稳破坏。

（3）隧道衬砌结构破损成因分析。隧道衬砌结构破损是指在环境水对混凝土和水泥砂浆的侵蚀作用下，由于地质、设计、施工和其他人为因素（如在隧道附近采矿、取土等），隧道衬砌发生开裂变形、片块剥离以及大块坍落。其主要类型有衬砌开裂、衬砌变形、衬砌腐蚀以及衬砌背后空洞等。隧道衬砌结构破损主要是由地质构造引起，而设计阶段和施工阶段中的技术限制、材料质量、施工工艺等也造成了结构的破损[4]。

3 隧道病害的整治研究

在病害整治中应尽量不中断运营或减小对隧道运营的影响。同时，应根据隧道病害特征，结合地形地貌形态水文规律建立系统规范的流程进行整治。

（1）隧道渗漏水整治方法。地下水在公路隧道病害成因中，是最活跃、最具破坏力的因素[5]，隧道渗漏水病害治理难度最大，其治理效果能够综合反映隧道整治质量。隧道治水的具体措施就是防、排、堵、截等相结合。主要采用堵水注浆技术、渗透水引排技术等。一是完善地下截水，在地质不利的地方采取截留和引排，设置转移通道，使水远离隧道；二是贯通隧道内原有的排水系统，在渗漏水的衬砌处设置引水管、泻水管和引水渡槽等；三是在施工缝和变形缝处用止水带、遇水膨胀橡胶等密封防水材料进行封堵；四对严重漏水的隧道应采取套拱加固。

（2）隧道冻害的整治研究。隧道冻害指寒冷地区和严寒地区的隧道内水泥和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、衬砌胀裂等。其根本原因包括：寒冷气温、季节冻结圈、设计与施工方面的等因素。如果能将水排除在冻结圈以外，加强结构层和接缝防水，选用具有一定的抗冻性的防水材料。就能达到防治。考虑到其难度大，可行性不高，现实中的以隔热，加热为主。在衬砌表面或初期支护与二次衬砌之间设隔热材料，使围岩的热量在冬季不逸出隧道衬砌，并保持隔热材料的表面在冰点以上，从而防止冻害的发生。在严寒地区可采用更换土壤、增加保温材料防冻、防止融坍、加强结构等措施。

（3）隧道衬砌结构破损整治研究。整治衬砌裂损病害，以保障为前提，优化为目的。首先应该稳固衬砌结构进一步破损。可通过注浆、增加支挡、锚干等[6]方法对衬砌加固并在此基础上结合病害特征，制定相应完善的整治方案。如果衬砌破损裂缝交错分布，密度较大，并且出现结构物剥落，使原衬砌失去使用功能，则应该考虑拆除并新建衬砌。衬砌破损容易引起周边结构出现渗透水，对于此类情况，一方面要阻止并改善衬砌破损，另一方面要利用灌注混凝土或者防水材料，对其结构进行防透水整治。

4 结语

随着我国交通基础设施的建设，高速公路网逐步向越来越多的山区铺设，随之高速公路隧道的建设量也越来越多。同时，对隧道病害系统完善的整治需求日益突出。目前，还缺少一套系统、完善、经济、环保、安全的整治流程系统，工程中还在以病害特征结合个人经验进行整治方案的确定。本文叙述了高速公路典型病害特征，并综合分析了病害整治的研究方法。针对隧道病害原因复杂，影响因素众多等，需要不断探索新技术、新工艺。将“整治保障”转化为“设计保障”，最大程度的减少隧道病害带来的事故隐患，提高高速公路隧道通行效率。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.公路隧道养护技术规范（JTGH12—2003）：北京.人民交通出版社.2003勘察设计网.

[2]扬新安，黄宏伟.隧道病害与防治[M].上海：同济大学出版社.2003.

[3]侯建斌，夏永旭.公路隧道的养护及病害防治[J].公路交通科技，2006（3）：5-9.

[4]王战兵.隧道病害处置研究[D].长安大学硕士学位论文，2004.

[5]杨新安，黄宏伟.隧道病害与防治[M].上海：同济大学出版社.2003.

[6]中华人民共和国行业标准.《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）.