隧道施工病害的成因及防治探討
2015-07-20
隧道是埋置于地層中的工程建筑物，是人類利用地下空間的一種形式。廣義上是指：以某種用途、在地面下用任何方法按規(guī)定形狀和尺寸修筑的斷面積大于2m2的洞室。鐵路隧道在運(yùn)營中會(huì)出現(xiàn)滲漏水(水害)、襯砌裂損、隧道凍害、襯砌腐蝕、震害和洞內(nèi)空氣污染等病害，還有火災(zāi)威脅。這些病害和危害對(duì)隧道的安全、舒適、正常運(yùn)營有重要影響和威脅。
1隧道水害
隧道水害是指在隧道修建和運(yùn)營過程遇到的水的干擾和危害，是最常見的隧道病害。主要指運(yùn)營隧道水害(即圍巖的地下水和地表水直接或間接地以滲漏或涌出的形式進(jìn)入隧道內(nèi)造成的危害)。隧道滲漏水(水害)對(duì)隧道穩(wěn)定、洞內(nèi)設(shè)施、行車安全、地面建筑和隧道周圍水環(huán)境產(chǎn)生諸多不良影響甚至威脅，影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施，降低使用壽命，嚴(yán)重時(shí)將危害到隧道及地下工程的運(yùn)營安全。輕則造成洞內(nèi)空氣潮濕，影響施工人員身體健康，機(jī)械設(shè)備銹蝕，絕緣設(shè)備失效，電路短路，漏電傷人；重則威脅人員安全，沖毀洞內(nèi)機(jī)械設(shè)備，造成塌方，淹沒工作面，中斷施工，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，危害環(huán)境。
1.1隧道水害的原因
隧道水害的成因是，修建隧道，破壞了山體原始的水系統(tǒng)平衡，隧道成為所穿過山體附近地下水集聚的通道。當(dāng)隧道圍巖與含水地層連通，而襯砌的防水及排水設(shè)施、方法不完善時(shí)，就必然要發(fā)生隧道水害。也可以將隧道水害歸結(jié)為客觀和主觀兩方面的原因。
1.1.1隧道穿過含水的地層。
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?、诠?jié)理、裂隙發(fā)育，含裂隙水的巖層。
?、凼?guī)r、白云巖等可溶性地層，當(dāng)有充水的溶槽、溶洞或暗河等與隧道相連通時(shí)。
?、軠\埋隧道地段，地表水可沿覆蓋層的裂隙、孔洞滲透到隧道內(nèi)。
1.1.2 隧道襯砌防水及排水設(shè)施不完善
?、僭ㄋ淼酪r砌防水、排水設(shè)施不全。
?、诨炷烈r砌施工質(zhì)量差，蜂窩、孔隙、裂縫多，自身防水能力差。
?、鄯浪畬邮┕べ|(zhì)量不良或材質(zhì)耐久性差，經(jīng)使用數(shù)年后失效。
?、芑炷恋墓ぷ骺p、伸縮縫、沉降縫等未做好防水處理。
?、菀r砌變形后，產(chǎn)生的裂縫滲透水。
?、藜扔信潘O(shè)施，如襯砌背后的暗溝、盲溝，無襯砌的輔助坑道、排水孔、暗槽等，年久失修阻塞。
1.2常用的整治運(yùn)營隧道漏水的基本方法
(1)適當(dāng)疏排
對(duì)地表水豐富的淺埋隧道，當(dāng)?shù)乇頊瞎瓤油莘e水、滲水對(duì)隧道有影響時(shí)，用疏導(dǎo)積水、填平溝谷、砌溝排水等措施，使洞頂?shù)乇硇纬闪己玫呐潘到y(tǒng)，不使洞頂?shù)牡乇硭魅牖驖B入隧道。洞口仰坡邊緣周圍設(shè)截水溝和排水溝，并保持良好狀態(tài)。對(duì)地下水豐富、隧道內(nèi)無排水溝或排水溝深度不足而導(dǎo)致隧底積水的，應(yīng)采取增設(shè)水溝、將單側(cè)溝改為雙側(cè)溝、加深側(cè)溝或采取設(shè)置密并暗管加深水溝等措施。
(2)注漿堵水
(3)增設(shè)內(nèi)防水層
2 襯砌裂損
隧道襯砌是承受地層壓力、防上圍巖變形坍落的工程主體建筑物。地層壓力的大小，主要取決于工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件和圍巖的物理力學(xué)特性，同時(shí)與施工方法、支護(hù)襯砌是否及時(shí)和工程質(zhì)量的好壞等因素有關(guān)。由于形變壓力、松動(dòng)壓力作用、地層沿隧道縱向分布及力學(xué)性態(tài)的不均勻作用、溫度和收縮應(yīng)力作用、圍巖膨脹性或凍脹性壓力作用、腐蝕性介質(zhì)作用、施工中人為因素、運(yùn)營車輛的循環(huán)荷載作用等，使隧道襯砌結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫和變形，影響隧道的正常使用，統(tǒng)稱為隧道襯砌裂損病害。
襯砌裂損是隧道病害的主要形式，隧道襯砌裂損破壞了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低了襯砌結(jié)構(gòu)的安全可靠性，影響隧道的正常使用，甚至危及行車安全。
針對(duì)襯砌裂損病害提出整治措施：裂縫整修，襯砌背后空洞壓漿，底版的穩(wěn)定處理，換拱、換邊墻。
3 襯砌腐蝕
襯砌背后的腐蝕性環(huán)境水，容易沿襯砌的毛細(xì)孔、工作縫、變形縫及其他孔洞滲流到襯砌內(nèi)側(cè)，成為隧道滲漏水，對(duì)襯砌混凝土和砌石、灰縫產(chǎn)生物理性或化學(xué)性的侵蝕作用，造成襯砌腐蝕。隧道襯砌腐蝕分為物理性侵蝕和化學(xué)性腐蝕兩類。隧道襯砌腐蝕使混凝土變酥松，強(qiáng)度下降，降低隧道襯砌的承載能力，還會(huì)導(dǎo)致鋼軌及扣件腐蝕，縮短使用壽命，危及行車安全。產(chǎn)生腐蝕的三個(gè)要素是第一、腐蝕介質(zhì)的存在；第二、易腐蝕物質(zhì)的存在；第三、地下水的存在且具有活動(dòng)性。為確保隧道建筑物的安全使用，應(yīng)積極對(duì)襯砌腐蝕病害進(jìn)行防治。
隧道襯砌防腐蝕措施，應(yīng)首先從搞好勘測設(shè)計(jì)著手，掌握隧道工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，查明環(huán)境水含侵蝕性介質(zhì)的來源和成分，在正確判定其對(duì)襯砌混凝土侵蝕的程度的基礎(chǔ)上，因地制宜地采取防治措施。
4 隧道凍害
隧道凍害是寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)的隧道內(nèi)水流和圍巖積水凍結(jié)，引起隧道拱部掛冰、邊墻結(jié)冰、洞內(nèi)網(wǎng)線設(shè)備掛冰、圍巖凍脹、襯砌脹裂、隧底冰椎、水溝冰塞、線路凍起等，影響到安全運(yùn)營和建筑物的正常使用的各種病害。隧道凍害會(huì)導(dǎo)致襯砌凍裂開脹，甚至疏松剝落，造成隧道襯砌結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞，降低襯砌結(jié)構(gòu)的安全可靠性，嚴(yán)重影響運(yùn)輸?shù)陌踩驼＿\(yùn)行。隧道常見的凍害種類有：拱部結(jié)冰、邊墻結(jié)冰、圍巖凍脹破壞、襯砌發(fā)生冰楔、洞內(nèi)網(wǎng)線掛水等。
凍害形成的主要原因有：寒冷氣溫的作用，季節(jié)凍結(jié)圈的形成(如果隧道的排水設(shè)備在隧道的凍結(jié)圈內(nèi)，冬季易發(fā)生冰塞；在凍結(jié)圈內(nèi)如果圍巖的巖性是非凍脹性土，則不會(huì)發(fā)生凍脹性病害)。隧道在設(shè)計(jì)和施工時(shí)，對(duì)防凍問題沒有考慮或考慮不周，造成襯砌防水能力不足，洞內(nèi)排水設(shè)施埋深不夠、治水措施不當(dāng)，施工有缺陷，都會(huì)造成和加重運(yùn)營階段隧道的凍害。
嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)隧道凍害的防治，其基本措施是綜合治水、更換土壤、保溫防凍、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、防止融坍等，可根據(jù)實(shí)際情況綜合運(yùn)用。
5 隧道病害的防治
隧道病害給隧道的正常運(yùn)營和安全都帶來影響，有時(shí)影響十分嚴(yán)重；而且，病害整治和保持運(yùn)營之間矛盾突出，病害整治干擾正常運(yùn)營，造成運(yùn)營損失，而病害整治在空間、時(shí)間和施工條件都局限的條件下進(jìn)行，困難重重。因此，首先要預(yù)防為主，必須在設(shè)計(jì)階段就要采取預(yù)防措施，防止病害產(chǎn)生；另一方面，對(duì)出現(xiàn)的病害須查清病害原因、采取合理的措施進(jìn)行整治，提高隧道病害整治的工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。
