公路隧道病害分析及治理研究

马聪 

摘要

近年来，我国公路隧道快速发展，建设规模日新月异。但是，由于中国大陆地形复杂，六成以上是山地、高原和丘陵，而且我国公路建设发展较晚，早期技术并不成熟。所以，我国绝大部分的公路隧道都或多或少地存在着病害。隧道病害妨害着人们的财产、生命安全，隧道使用寿命也因此缩减。对运营的公路隧道开展调查，研究其病害的成因及防治技术刻不容缓。

本文研究分析了公路隧道三种常见的病害成因和防治技术，整理记录了造成公路隧道出现水害、冻害及衬砌裂损的自然因素和施工因素。

关键词：公路隧道；病害；成因；治理

1绪论

1.1研究背景及意义

研究背景

我国地形复杂多变，全国有超过60%的山地、高原和丘陵。地形复杂，水文状况多变，是建设运输大国的第一挑战。改革开放以后，随着经济发展和隧道施工技术的发展，我国的隧道施工技术也在逐步完善。在崎岖不平的地形地势中，隧道的作用是用来修路。然而，目前我国公路隧道建设方面还面临着一些未解决的技术难题。

2公路隧道常见病害理论概述

2.1隧道的组成

隧道是由洞门、明洞、洞身和附属设施等几部分组成。

隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施，大型隧道还有专门的通风和照明设备。

2.1.1水害

隧道水害对隧道结构的破坏多出现于喀斯特发育地带，最严重时会产生地层涌水等病害，其中最常见的是拱顶出现漏水。

当隧道内发生渗漏后，隧道的干湿度就会发生了显著的改变，使得隧道里面的所有设施都发生了不同程度的锈蚀，从而严重影响到了设备的正常工作，甚至会引起渗透变形、衬砌开裂等隧道病害。

2.1.2冻害

由于温度的改变，隧道中发生冻融交替。如果没有考虑到隧道围岩的冻胀特征，将隧道中的排水系统埋入到了冻土中，那么在冬天，隧道很可能会产生冰冻现象，形成冰塞。这样施工后，混凝土内部会凝结和扩张，从而形成冻胀压力。反复结冰融化会使衬砌结构强度下降，对隧道结构造成损害。

3病害原因分析

3.1水害成因

第一，衬砌的横截面厚度是否合适决定着能否防止渗漏，在施工规划时，应该考虑加厚衬砌的截面，这样能保证衬砌的截面可以承受比较大的荷载。

第二，混凝土作为衬砌的主要建材，收缩、徐变、开裂等现象伴随着混凝土的变形，所以在规划设计时务必要选择合适的混凝土强度。这样才能使衬砌具有一定的耐变形特性，并且结构紧密、受力状态合理。

3.2冻害成因

1.温度

处于温带或热带的隧道围岩外空气的热量和隧道内的热量保持着动态平衡，这样的平衡使隧道围岩的温度基本不变，不会发生结冰膨胀。但是寒冷地区的隧道内的热量无法与外界保持平衡，外界大气补给的热量远少于隧道内围岩散发的热量，这导致隧道周围生成冻土层，冻土层生成后会产生冻胀力，这种压力将会破坏隧道衬砌结构。

2.水的影响

在低温环境中，由于围岩中含有丰富的地下水，在温度低于围岩的冻结温度时，会使围岩内的水结冰，使其体积膨胀，从而造成冻害。围岩冻结是地下水持续被围岩所吸收的过程，围岩的渗透率和地下水位对冻结速率有很大的影响，其冻结速率与围岩的渗透率成正相关，与冻结线到地下水面之间距离呈反比关系。

3.3衬砌裂缝

3.3.1自然因素

施工时的环境与气候温度是否合适决定着公路隧道衬砌裂缝的出现与否，而施工环境中最重要的因素则是空气中的干湿度，施工环境空气中的水汽越多，混凝土越容易发生变形，变形之后则会产生衬砌裂缝。除此之外，施工时的气候温度也决定着衬砌是否会开裂。混凝土性能会随着气候温度一起变化，所以在严寒地带，施工方会尽量避免在寒冷天气里施工。如果外界温度低于零度，施工方还会采取防寒保温措施。

3.3.2施工因素

水泥混凝土是公路隧道衬砌结构的主要材料，它具有显著的自收缩性能，也就意味着它会对衬砌结构产生很大的影响。混凝土的收缩形式有两种：一种是自收缩，另一种是干缩。自收缩指的是对于水泥胶结材料来说，它是在一个恒定的温度和绝对的湿度这两种条件下，伴随着水化作用的体积收缩；干缩是混凝土不再养护后，由于水分干燥而引起的体积收缩。

4公路隧道常见病害的防治措施

4.1水害防治措施

4.1.1地下水防治措施

在围岩工程地质条件下，地下水的治理是一项复杂的工作。首先要查明水源、水流形态，并将其划分为裂缝水或地下水。其次，要根据实际情况，采取相应的对策。在围岩破碎、涌水易塌区，向围岩中压浆可以预防，如果水量变大，则需要加固后进行隔离，加固材料可以使用化学泥浆；围岩状况良好，流量较小时，可不压浆，直接采用隔离式防渗。砂浆、水泥、水玻璃溶液是目前常用的注浆防水材料，必要时可以用化学浆液代替水泥砂浆。

4.2冻害防治措施

4.2.1保温防冻

隔热法是在衬砌表面或早期支护和二次衬砌之间放置隔热材料，使围岩的热量在冬季不溢出隧道衬砌，同时也能保证隔热材料的温度高于冰点，从而避免了冻害的发生。

对于在建隧道，施工单位通常采用的保温防冻措施是增加隔热层。

施工单位通常采用U型沟槽法、表面隔热法，用以建成隧道。在漏水、冻结的部位，如接缝、裂缝等处挖U型的沟槽，插上隔热材料或悬挂在衬砌表面，以避免冻结，形成一条线形的导水孔道。

4.2.2综合治水

隧道冻害的根源在于围岩的地下水结冰，若能将水从冰层中排出，使水不流入冰层，则可有效预防冻害，故采取综合治水是控制冻害的最基本手段。

综合治水的总体原则是“防、排、堵、截”。采取以下几种方法：第一种，加强接缝的防水性能，选用抗冻性能良好的防水材料，防止接缝渗漏；第二种，对冻害地段的隧道进行防排水，以排除衬砌背后的积水，防止冻结区以外的地下水向冻结区迁移。

5结论与展望

5.1结论

近年来，公路隧道病害频发，严重威胁着隧道的结构正常的交通运输，本文通过研究，发现我国公路隧道病害多以渗漏水、衬砌裂缝和冻害为主。因此，公路隧道病害的治理必须分析病害成因，对症下药。

第一，治理地表水时必须加强防渗措施，治理地下水时大多采用注浆法。

第二，治理冻害应注重“防、排、堵、截”，改建完善排水设备，进行综合治水，保温隔热也是治理冻害常采用的措施。如果病害严重，则需要更换冻结圈内土壤。

第三，衬砌开裂首先应稳固围岩，再加强衬砌。

5.2展望

本文从公路隧道的三类常见病害成因入手，归纳出相应的防治对策，但仍存在诸多缺陷，仍有许多有待深入研究的问题尚未研究，以下问题可以再进行深入研究：第一，运营隧道中存在着大量的常见病害，应加强对其它常见病害的监测与预警，以确保运营隧道的安全。第二，利用大量的资料进行统计分析，指出了目前国内公路隧道养护技术中存在的一些问题，如病害的特征划分不清楚，与实际情况不符。第三，随着科技的进步，本论文所述的防治技术还不够成熟，而隧道的问题却越来越突出，因此，采用更为简便、快捷、实用的仪器方法来进行隧道的养护工作已成为当务之急。

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