隧道結(jié)構(gòu)的常見病害及整治措施

蔡晶晶

摘要：在地鐵運行過程中，隧道結(jié)構(gòu)病害對隧道的結(jié)構(gòu)安全及地鐵正常運營有較大威脅，一旦出現(xiàn)病害，要及時分析其原因，采用合理的施工工藝進行處理，防止病害進一步發(fā)展，才能保證地鐵運營的安全。地鐵隧道中常見的病害一般是由材料缺陷、前期施工質(zhì)量問題、疲勞折舊及人為因素等原因造成，而應(yīng)對不同程度的故障病害，都應(yīng)做到嚴(yán)把施工建設(shè)過程中的材料和質(zhì)量關(guān)，并應(yīng)長期定期的保養(yǎng)和檢查，通過合理指引減少人為因素損壞，才能減少病害故障，做到預(yù)防為主，防治結(jié)合。

關(guān)鍵詞：隧道結(jié)構(gòu)；病害分析；病害整治

地鐵隧道是城市交通隧道的主要類型，自1965年北京地鐵一期工程開工至今已有近50年。隨著隧道設(shè)計理念、施工技術(shù)和檢測水平的不斷進步，地鐵隧道工程建設(shè)質(zhì)量愈來愈高，更多城市也開始修建地鐵隧道。但是在我國早期建成的一些地鐵隧道，由于當(dāng)時設(shè)計、施工等各方面原因，在其修建時期受到科技水平的限制，目前這些隧道結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)不同程度的破損。滲漏、混凝土劣化和鋼筋的腐蝕等病害很大程度的降低了隧道結(jié)構(gòu)的安全可靠度，威脅到地鐵的安全運營。在我國，運營期在10年左右的隧道基本都進入到整治修復(fù)階段。

一、隧道工程常見病害

地鐵隧道按施工方法可分為明挖隧道、暗挖隧道、盾構(gòu)隧道、沉管隧道。這些隧道結(jié)構(gòu)常見病害有：隧道結(jié)構(gòu)滲漏水、混凝土病害等。文章對此進行具體分析。

二、隧道結(jié)構(gòu)滲漏水

隧道結(jié)構(gòu)滲漏水是隧道中最常見的病害之一，滲漏水會增加空氣中的潮氣，容易使金屬構(gòu)件生銹，結(jié)構(gòu)滲漏水也容易導(dǎo)致帶電設(shè)備短路，影響行車安全，現(xiàn)對不同隧道類型滲漏水原因進行分析。

（一）明挖隧道結(jié)構(gòu)滲漏水

明挖法隧道是指地下結(jié)構(gòu)工程施工時，從地面向下分層、分段依次開挖，直至達到結(jié)構(gòu)要求的尺寸和高程，然后在基坑中進行主體結(jié)構(gòu)施工和防水作業(yè)，最后回填恢復(fù)地面而成的隧道。明挖法施工由于工法簡單，施工方便，一般出現(xiàn)病害較少。明挖隧道結(jié)構(gòu)滲漏水是比較常見的結(jié)構(gòu)病害，若不及時處理病害還會進一步發(fā)展，影響隧道使用壽命及隧道內(nèi)的設(shè)備。明挖隧道滲漏水的原因大致有以下幾種。

1、結(jié)構(gòu)外防水層破損。明挖隧道結(jié)構(gòu)外層設(shè)置有一層防水層，將水封堵在結(jié)構(gòu)之外，但在實際施工過程中會由于下列原因可會造成防水層破損：

①防水層質(zhì)量不良，或防水層在施工工程中出現(xiàn)破損；

②防水層鋪設(shè)時與結(jié)構(gòu)外基面不密貼，防水性能降低；

③防水層搭接處施工不嚴(yán)密，搭接質(zhì)量不良；

④防水層老化腐蝕出現(xiàn)破損，在地下水壓作用下，地下水通過混凝土空隙滲入到隧道，出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

2、裂縫。地鐵區(qū)間裂縫分為規(guī)范裂縫和非規(guī)范裂縫，前者指設(shè)計施工中的變形縫、施工縫等，后者則指因某種原因造成的對結(jié)構(gòu)有害的受力裂縫或工藝裂縫，裂縫的存在是形成滲漏的主要原因之一。

首先，施工縫滲漏。施工縫指的是在混凝土澆筑過程中，因設(shè)計要求或施工需要分段澆筑，而在先、后澆筑的混凝土之間所形成的接縫。施工縫出現(xiàn)滲漏的原因：

①澆筑時，接縫處施工不嚴(yán)密，表面未清理干凈，混凝土搗鼓不密實，在縫處出現(xiàn)薄弱點；②施工時，未對施工縫中止水帶做保護，或在施工澆筑時被破壞或鋪設(shè)不順直；

③止水帶老化，失去防水作用。

其次，變形縫滲漏。變形縫往往是隧道結(jié)構(gòu)滲漏水易發(fā)位置，變形縫出現(xiàn)滲漏的原因：①施工時，變形縫中鑲嵌的止水帶不易固定，澆筑中產(chǎn)生位移，降低止水效果；

②止水帶埋設(shè)位置偏移，當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土收縮時，因其變形能力差，被撕裂而失去防水功能；③止水帶老化，失去防水作用。

最后，隧道結(jié)構(gòu)裂縫。隧道結(jié)構(gòu)裂縫也易引發(fā)結(jié)構(gòu)滲漏，結(jié)構(gòu)中的裂縫往往容易發(fā)展成地下水滲入的通道，隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因：

①混凝土收縮形成裂縫；

②混凝土施工質(zhì)量不良、搗鼓不密實；

③混凝土養(yǎng)護不到位；

④混凝土振搗不當(dāng)、局部澆筑速度過快、澆筑間歇等因素也容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂。

（二） 暗挖隧道結(jié)構(gòu)滲漏水

暗挖法隧道是在地下環(huán)境中施工而成，主要用鉆眼爆破或切割巖石方法開挖斷面而修筑隧道。其施工過程相對復(fù)雜，對施工工藝要求較高，所以也往往容易發(fā)生各種病害。導(dǎo)致暗挖隧道滲漏水的原因有很多，主要分為施工質(zhì)量不良導(dǎo)致和防水層破壞。

1、混凝土施工質(zhì)量不良。暗挖隧道處于復(fù)雜的地下環(huán)境中，加上施工時爆破切割等工藝會導(dǎo)致隧道周圍部分圍巖形成圍松動區(qū)，產(chǎn)生較多裂隙，導(dǎo)致隧道處于較大地下水壓力作用下，若施工質(zhì)量不良，操作不細致，很容易導(dǎo)致隧道發(fā)生滲漏。施工質(zhì)量不良的情況有以下幾種：

①混凝土施工時振搗不嚴(yán)密，導(dǎo)致不密實；

②拆模時間過早；

③養(yǎng)護不符合要求或養(yǎng)護時間不夠；

④細部操作不細致，尤其是在施工縫變形縫等隧道防水較薄弱的位置，混凝土施工不能使施工縫中的止水條破損。

2、防水層破損。暗挖隧道防水層設(shè)置在初襯與二襯之間，防水層是暗挖隧道中一道重要的防水防線，防水層破損的情況有：

①采用鐵釘?shù)裙潭ㄎ飳⒎浪畬庸潭ㄔ诨嫔蠒r，未對空洞做防水處理；

②對防水層保護不夠，施工時存在扎破或損壞現(xiàn)象，在二襯施工前未對其進行修復(fù)；

③防水層與混凝土粘接不牢固。

（三）盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)滲漏水

盾構(gòu)隧道的防水設(shè)計與防水方法包括結(jié)構(gòu)自防水和其他附屬設(shè)施，如管片外防水涂層及管片接縫防水等，盾構(gòu)隧道容易發(fā)生滲漏的位置常為管片的接縫、管片的自身裂縫、注漿孔及鎖孔等。

1、盾構(gòu)管片破損。盾構(gòu)隧道是由盾構(gòu)管片拼裝而成，盾構(gòu)管片出現(xiàn)裂縫、

氣孔、破損等會直接導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)防水能力降低，盾構(gòu)管片質(zhì)量不良的原因有：

①管片在制作時或養(yǎng)護過程中出現(xiàn)砂眼、氣孔、龜縮裂紋、溫度應(yīng)力裂紋等；

②在運輸、拼裝或推進過程中受擠壓、碰撞，破損。

2、盾構(gòu)管片拼縫處理不良。盾構(gòu)隧道中，管片拼縫處理不良，容易導(dǎo)致滲漏，管片拼縫處理不良大致以下情況：

①拼縫內(nèi)止水條粘貼不牢，遇水膨脹，止水條過早浸水膨脹止水效果降低，拼裝過程中擠（壓）破止水條或止水條間夾雜異物；

②管片縫隙之間有渣土造成管片之間擠壓不密實，從而產(chǎn)生滲水現(xiàn)象；

③管片拼裝質(zhì)量差，管片錯臺過大造成管片止水條失效，產(chǎn)生管片縫隙之間漏水。

3、管片后注漿補不充分。管片壁后注漿不充分、同步注漿效果不好，漿液注入管片后，很快被水稀釋，沒有起到及時固定管片的作用，二次補注漿沒有將管片背后的空隙完全填充。

4、注漿孔處理不良。注漿孔處理不良主要有幾點：

①注漿孔在同步注漿和補壓漿結(jié)束后，無法清理干凈、吊裝孔悶頭（形式為多紋牙寬絲口）擰不緊造成注漿孔滲水；

②管片注漿后，吊裝孔封孔施工質(zhì)量差；

③注漿孔內(nèi)未加防水墊圈。

（四）隧道結(jié)構(gòu)漏水處理

隧道結(jié)構(gòu)滲水主要為點漏、面漏、施工縫滲漏、變形縫滲漏等。隧道結(jié)構(gòu)滲漏水處理原則為以堵為主、以排為輔助，不同滲漏采用不同的方法進行處理。點漏處理是指在滲漏點或裂縫中心位置用沖擊鉆深約 5cm 的空洞，用水對孔進行清洗，再埋設(shè)注漿管，注漿管離孔底保留有一定間隙，再用快干水泥對注漿管進行固定，最后注入化學(xué)漿液，對孔洞及裂縫進行封堵。

面漏由點漏密集而成，處理時先將漏水面鑿深約 3cm，用水對開鑿面進行清洗后涂刷環(huán)氧砂漿材料，基面干燥后涂刷聚氨酯涂料，最后用防水砂漿封閉。結(jié)構(gòu)裂縫及施工縫施工流程大致相似，注漿鉆孔 - 開鑿 V 型槽或 U 型槽 -清理基面 - 沖洗注漿孔 - 插入注漿管-快干水泥封面 - 注入化學(xué)漿液 - 封閉注漿管 - 基面恢復(fù)，注漿完成一段時間后觀察是否還有滲漏，若有須返工處理，直至不再滲漏為止。

1、變形縫漏水的施工處理大致可分為以下步驟：

①剔槽：沿變形縫剔槽，清除原槽體內(nèi)的老化的填充材料，并在槽體內(nèi)兩邊各擴寬擴深，要求槽體平整；

②壓漿：先壓注水泥砂漿，再壓注化學(xué)漿（水溶性聚氨脂漿液或環(huán)氧樹脂），注漿做到變形縫干燥無水；

③清槽：將槽體內(nèi)的殘漿清理干凈；

2、管片縫滲漏水處理：

①用鋼絲刷清出環(huán)縫及縱縫縫內(nèi)的浮泥、泥垢；

②查清滲漏的部位，在滲漏部位的兩端鉆終止孔，孔深至管片密封橡膠條；

③對拼縫按 35cm 的距離布注漿孔，并插入 8mm的鋁管，鋁管埋入深度 20cm，采用氯丁膠乳聚合物水泥砂漿封縫嵌縫埋管；

④注入改性環(huán)氧化學(xué)灌漿液，依次注漿，注漿壓力0.4 ～ 0.5MPa，達到壓力后閉管待凝；⑤待凝結(jié)后拆除鋁管做縫面修飾處理，以確保管片結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和外觀要求。

三、混凝土病害

（一）隧道混凝土常見的病害

隧道混凝土常見的病害有：裂縫、蜂窩、麻面、掉塊等，這些病害會降低混凝土結(jié)構(gòu)的強度及穩(wěn)定性，影響隧道使用壽命，是行車安全較大的隱患，現(xiàn)對這些常見病害形成原因進行分析。

1、混凝土構(gòu)件裂縫成因大致有如下幾種：

①各類變形引起，如由溫度升降導(dǎo)致的體積收縮和膨脹、混凝土干縮變化引起的裂縫；

②荷載作業(yè)用下引起，由地基不均勻沉降引起的裂縫、由于地震等外力作用引起的裂縫；

③混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護不到位或發(fā)生有害的化學(xué)變化引起。

2、麻面是指混凝土表面呈現(xiàn)出無數(shù)綠豆般大小的不規(guī)則小凹點，形成的原因大致有以下幾種：

①混凝土攪拌時間短，加水量不準(zhǔn)，混凝土和易性差，混凝土澆筑后有的地方砂漿少石子多，形成蜂窩麻面；

②混凝土入模后振搗質(zhì)量差或漏振，造成蜂窩麻面新拌混凝土入模后；

③停留時間過長，振搗時已有部分凝固；

④澆筑前沒有在模板上撒水濕潤，或濕潤不足，混凝土的水分被模板吸去或模板；

⑤拼縫漏漿，靠近拼縫的構(gòu)件表面漿少；

⑥模板表面未清理干凈，附有水泥漿渣等雜物。

3、蜂窩是指混凝土表面無水泥漿，骨料間有空隙存在，形成數(shù)量或多或少的窟窿，形狀不規(guī)則、大小如蜂窩，露出石子深度大于 5mm，深度不漏主筋，可能漏箍筋的現(xiàn)象，導(dǎo)致形成蜂窩原因有如下幾種：

①模板漏漿，加上振搗過度，跑漿嚴(yán)重；

②混凝土坍落度偏小，加上欠振或漏振形成；

③混凝土澆筑方法不當(dāng)；

④混凝土攪拌與振搗不足，使混凝土不均勻，不密實，造成局部砂漿過少。

4、隧道結(jié)構(gòu)掉塊是混凝土表面粘結(jié)力不強，在長期風(fēng)化或震動下導(dǎo)致混凝土表面水泥塊掉落現(xiàn)象。導(dǎo)致掉塊的原因有：

①混凝土質(zhì)量不良，含有雜質(zhì)，泥塊；

②混凝土和易性較差，形成封層離析現(xiàn)象；

③混凝土振搗不足；

④混凝土碳化，鋼筋銹蝕。

（二）隧道混凝土常見病害處理

1、裂縫修補。根據(jù)裂縫的位置及展開寬度，在確保提高混凝土整體性和強度的前提下，對裂縫進行灌漿修補。處理方法有：

①表面處理法：對于區(qū)間邊墻上或整體道床上的細微裂縫，用鋼絲刷、棉紗等清除表面的灰塵、白灰、浮渣及松散層等，然后用水擦洗干凈并保持干燥；

②開槽封堵法：對于區(qū)間邊墻上或整體道床上的較寬的裂縫，應(yīng)沿裂縫用鋼釬手工鑿成 V 型槽，其大小根據(jù)裂縫寬度和深度現(xiàn)場確定。鑿槽時先將原狀縫明確標(biāo)出，然后以原狀縫為中線鑿槽，向兩側(cè)加寬，鑿?fù)旰笥娩撍⒓懊藜唽⒒炷了樾?、粉塵洗凈，再用環(huán)氧砂漿封閉；

③注漿法：為滿足使用要求，當(dāng)裂縫較淺細且數(shù)量較多時，宜用環(huán)氧樹脂漿液或水泥漿液進行表面封閉。

2、麻面修補。將出現(xiàn)麻面的混凝土表面用鋼絲刷沖刷，再用水泥砂漿或環(huán)氧水泥砂漿抹面壓光，修補完后適時澆水養(yǎng)護。

3、蜂窩修補。對于較淺的區(qū)域，剔鑿松散蜂窩后，用水沖洗，除去表面浮灰，采用高標(biāo)號水泥砂漿或環(huán)氧水泥砂漿修補表面，并灑水養(yǎng)護；對于較深的蜂窩，現(xiàn)將松散的石子鑿除，沖洗后用比原標(biāo)號高一級的細石混凝土填補，使其強度達到要求。

4、破損、掉塊處理。敲除掉塊、破損處附近松散的混凝土，用水對基面進行沖洗，用環(huán)氧砂漿進行修補，表面進行壓實。若結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)大面積破損，影響到結(jié)構(gòu)承載能力，還需進行結(jié)構(gòu)加固處理，如錨桿支護、設(shè)置鋼板加固等。

四、結(jié)束語

在地鐵運營過程中，隧道結(jié)構(gòu)會隨著時間的推移而出現(xiàn)各種病害，其中典型的包括：結(jié)構(gòu)滴水滲水、混凝土裂縫、剝落、掉塊等病害，且此類病害一般具有發(fā)生時間短、影響程度大、修復(fù)時間長等特點，尤其是在運營期間出現(xiàn)。上文根據(jù)工作期間的實踐以及查閱相關(guān)資料對地鐵運營隧道典型病害進行闡述及分析，重點對隧道中典型病害的成因及處理方法進行論述，做了相關(guān)歸納總結(jié)，提出思考，對以后的運營隧道病害整治工作提供一些參考。

參考文獻：

[1]賈建軍.隧道病害整治工程的設(shè)計技術(shù)要點及整治評價分析[J].工程技術(shù)研究，2017，（3）：87+115.

[2]胡辰翔.鐵路隧道病害分析及信息化管理研究[J].工程技術(shù)研究，2017，（3）：170-171.

[3]杜岳.高水壓富水山嶺隧道設(shè)計思路及工程建設(shè)施工分析[J].南方農(nóng)機，2015，46（5）：59+61.

（作者單位：南京地鐵運營有限責(zé)任公司工務(wù)分公司）