隧道工程常见病害的类型及成因

随着我国国民经济的持续增长,隧道作为公路的咽喉,在交通建设和国家经济发展中起着十分重要的先行作用。尤其在偏远地区公路建设中,由于客观地形条件,在保证汽车行驶需要的根本上,修建隧道进而缩短公路里程的路线设计方案一直被广泛的应用。

只有了解隧道的常见病害,采用合理的整治和维护方法,才能保证隧道工程的安全、畅通。

隧道工程常见病害的类型及成因

一、隧道水害

隧道水害是指在隧道修建或运营过程中遇到水的干扰和危害。

1.水害的种类

(1)施工中的隧道水害

主要为隧道围岩的地下水和部分地表水,以渗漏或涌出方式进入隧道内造成的危害。

施工中隧道渗、漏水造成洞内空气潮湿,不仅影响施工人员的身体健康,而且使施工机械、设备等产生锈蚀、腐烂,使绝缘设施失效,造成电路短路、跳闸甚至漏电事故,危及人身、设备安全。当发展为突泥、涌水时,甚至造成塌方等事故。

(2)运营中的隧道水害

运营中的隧道漏水、涌水,可能会影响电力系统,造成短路、跳闸等,危机行车安全;洞内空气潮湿,会影响养护人员的身体健康,使洞内设备锈蚀;会造成混凝土衬砌风化、腐蚀、剥落,造成神奇结构破坏;涌水病害造成衬砌破坏、道床翻浆冒泥,中断行车。

2.水害产生的原因

(1)勘测与设计

设计人员在设计时往往只重视建筑和结构上的要求,而忽视了防排水的设计要求;或在防排水设计时,对工程地质和水文情况了解的不够全面。

(2)施工

施工操作不当导致防水板产生空鼓开裂导致局部超挖过量,回填不实,造成塑料防水板的防水效能无法发挥;或对排水设施不按施工规范要求操作,造成地下水丰富地区的隧道严重渗漏。

(3)材料

防水材料生产厂家设备陈旧,生产把关不严,导致产品质量差,达不到国家标准。如果选择这些材料就会导致隧道渗漏水。

二、衬砌裂损

1.裂损的种类

(1)衬砌变形

衬砌变形有横向变形和纵向变形两种,其中横向变形是主要变形。衬砌横向变形是指衬砌由于受力原因而引起拱轴形状的改变。

(2)衬砌移动

衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动或倾斜、平移和下沉等变化。

(3)衬砌开裂

衬砌开裂是指衬砌表面出现裂纹和裂缝,或贯通衬砌全部厚度的裂纹的总称,是衬砌变形的结果。衬砌开裂包括张裂、压溃和错台三种。

2.裂损的原因

(1)围岩松弛

由于围岩自然松弛,无法支持围岩自重而作用在衬砌上的荷载,是以垂直压力为主,隧道拱顶处沿纵向多产生张开性的裂纹。

(2)承载力不足

隧道边墙底脚承载力不足会造成隧道不均匀沉降,造成承载力不足的原因主要有:土压力增加、围岩劣化、围岩含水量增加等。

(2)施工因素

受施工技术条件限制,施工质量管理松弛和不善,混凝土材料检验不力,施工配合比控制不严,水灰比过大等都会引起衬砌裂损。

三、隧道冻害

隧道冻害是指寒冷季节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、衬砌胀裂等现象。

1.冻害的种类

(1)冰柱、冰挂、冰塞

隧道中渗漏的地下水通过混凝土裂缝渗出,在渗出处受低温影响积成冰柱,如不清理,挂冰会越积越大,挂冰过大会危机行车安全。冰塞是由于隧道排水设施保温排水设施保温不好引起结冰堵塞排水沟的现象。

(2)冰楔

当衬砌壁后出现空隙,渗透岩层的地下水,在排水不通畅时会积在衬砌与壁后围岩间,结冰冻胀产生冰冻压力,常年积累冰冻压力像楔子一样,会使衬砌发生破碎、断裂、掉块等现象。

(3)围岩冻胀破坏

修筑在不良地质地段的围岩及破碎花岗岩、砂岩地段的隧道,若围岩及结构含水率较大,在寒冷气候下会发生冻胀破坏。

2.冻害产生的原因

(1)寒冷气温的作用

隧道冻害与所在地区气温有直接关系,地区气温常年低于0℃或正负交替,会导致隧道产生冻害。

(2)季节冻结圈的形成

沿衬砌周围各最大冻结深度连成一个圈叫做季节性冻结圈。

(3)围岩的岩性对冻胀的影响

冻结圈内动图的分布情况决定了发生冻害的部位。如果隧道围岩全是冻胀性土且均匀分布,则发生冻胀时沿衬砌外围对称均匀分布;如果冻胀性土与非冻胀性土成层状分布,就可能出现

(4)隧道设计和施工的影响

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、治水措施不当等都会造成或加重隧道的冻害。

由于隧道穿越地区的地质条件一般比较复杂,因此在弄清隧道病害机理的基础上,对隧道病害的治理不能被动地进行,应该从勘察、设计、施工等各方面入手,进行综合治理。


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