隧道施工病害的成因及防治探讨
2015-07-20
隧道是埋置于地层中的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。广义上是指：以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。铁路隧道在运营中会出现渗漏水(水害)、衬砌裂损、隧道冻害、衬砌腐蚀、震害和洞内空气污染等病害，还有火灾威胁。这些病害和危害对隧道的安全、舒适、正常运营有重要影响和威胁。
1隧道水害
隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。主要指运营隧道水害(即围岩的地下水和地表水直接或间接地以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害)。隧道渗漏水(水害)对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不良影响甚至威胁，影响内部结构及附属设施，降低使用寿命，严重时将危害到隧道及地下工程的运营安全。轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则威胁人员安全，冲毁洞内机械设备，造成塌方，淹没工作面，中断施工，造成重大经济损失，危害环境。
1.1隧道水害的原因
隧道水害的成因是，修建隧道，破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水地层连通，而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。也可以将隧道水害归结为客观和主观两方面的原因。
1.1.1隧道穿过含水的地层。
①砂类土和漂卵石类土含水地层。
②节理、裂隙发育，含裂隙水的岩层。
③石灰岩、白云岩等可溶性地层，当有充水的溶槽、溶洞或暗河等与隧道相连通时。
④浅埋隧道地段，地表水可沿覆盖层的裂隙、孔洞渗透到隧道内。
1.1.2 隧道衬砌防水及排水设施不完善
①原建隧道衬砌防水、排水设施不全。
②混凝土衬砌施工质量差，蜂窝、孔隙、裂缝多，自身防水能力差。
③防水层施工质量不良或材质耐久性差，经使用数年后失效。
④混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等未做好防水处理。
⑤衬砌变形后，产生的裂缝渗透水。
⑥既有排水设施，如衬砌背后的暗沟、盲沟，无衬砌的辅助坑道、排水孔、暗槽等，年久失修阻塞。
1.2常用的整治运营隧道漏水的基本方法
(1)适当疏排
对地表水丰富的浅埋隧道，当地表沟谷坑洼积水、渗水对隧道有影响时，用疏导积水、填平沟谷、砌沟排水等措施，使洞顶地表形成良好的排水系统，不使洞顶的地表水流入或渗入隧道。洞口仰坡边缘周围设截水沟和排水沟，并保持良好状态。对地下水丰富、隧道内无排水沟或排水沟深度不足而导致隧底积水的，应采取增设水沟、将单侧沟改为双侧沟、加深侧沟或采取设置密并暗管加深水沟等措施。
(2)注浆堵水
(3)增设内防水层
2 衬砌裂损
隧道衬砌是承受地层压力、防上围岩变形坍落的工程主体建筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质和水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。由于形变压力、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学性态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，影响隧道的正常使用，统称为隧道衬砌裂损病害。
衬砌裂损是隧道病害的主要形式，隧道衬砌裂损破坏了隧道结构的稳定性，降低了衬砌结构的安全可靠性，影响隧道的正常使用，甚至危及行车安全。
针对衬砌裂损病害提出整治措施：裂缝整修，衬砌背后空洞压浆，底版的稳定处理，换拱、换边墙。
3 衬砌腐蚀
衬砌背后的腐蚀性环境水，容易沿衬砌的毛细孔、工作缝、变形缝及其他孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土和砌石、灰缝产生物理性或化学性的侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。隧道衬砌腐蚀分为物理性侵蚀和化学性腐蚀两类。隧道衬砌腐蚀使混凝土变酥松，强度下降，降低隧道衬砌的承载能力，还会导致钢轨及扣件腐蚀，缩短使用寿命，危及行车安全。产生腐蚀的三个要素是第一、腐蚀介质的存在；第二、易腐蚀物质的存在；第三、地下水的存在且具有活动性。为确保隧道建筑物的安全使用，应积极对衬砌腐蚀病害进行防治。
隧道衬砌防腐蚀措施，应首先从搞好勘测设计着手，掌握隧道工程地质和水文地质资料，查明环境水含侵蚀性介质的来源和成分，在正确判定其对衬砌混凝土侵蚀的程度的基础上，因地制宜地采取防治措施。
4 隧道冻害
隧道冻害是寒冷地区和严寒地区的隧道内水流和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰椎、水沟冰塞、线路冻起等，影响到安全运营和建筑物的正常使用的各种病害。隧道冻害会导致衬砌冻裂开胀，甚至疏松剥落，造成隧道衬砌结构的失稳破坏，降低衬砌结构的安全可靠性，严重影响运输的安全和正常运行。隧道常见的冻害种类有：拱部结冰、边墙结冰、围岩冻胀破坏、衬砌发生冰楔、洞内网线挂水等。
冻害形成的主要原因有：寒冷气温的作用，季节冻结圈的形成(如果隧道的排水设备在隧道的冻结圈内，冬季易发生冰塞；在冻结圈内如果围岩的岩性是非冻胀性土，则不会发生冻胀性病害)。隧道在设计和施工时，对防冻问题没有考虑或考虑不周，造成衬砌防水能力不足，洞内排水设施埋深不够、治水措施不当，施工有缺陷，都会造成和加重运营阶段隧道的冻害。
严寒及寒冷地区隧道冻害的防治，其基本措施是综合治水、更换土壤、保温防冻、结构加强、防止融坍等，可根据实际情况综合运用。
5 隧道病害的防治
隧道病害给隧道的正常运营和安全都带来影响，有时影响十分严重；而且，病害整治和保持运营之间矛盾突出，病害整治干扰正常运营，造成运营损失，而病害整治在空间、时间和施工条件都局限的条件下进行，困难重重。因此，首先要预防为主，必须在设计阶段就要采取预防措施，防止病害产生；另一方面，对出现的病害须查清病害原因、采取合理的措施进行整治，提高隧道病害整治的工程质量和经济效益。
