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隧道結構的薄弱環節分析與治理
在外部地下水、空氣中腐蝕性介質等對隧道結構體內部的侵蝕作用下，勢必影響隧道工程合理的使用年限。下面是小編搜集的一篇相關論文范文，歡迎閱讀查看。
1 概述
隧道工程是公路、鐵路交通工程的咽喉，其施工質量決定著竣工后的運營使用狀況，由于隧道工程結構復雜，結構本身存在缺陷及施工過程中人為因素影響，造成隧道工程竣工后往往存在較多病害，致使使用過程中需投入大量人力物力進行維修加固，有的甚至影響工程的正常使用，阻斷交通。經對隧道工程結構及施工現狀分析，現階段隧道工程結構及施工主要存在以下薄弱環節: 隧底病害，仰拱底部滲水，路面塌陷或隆起; 襯砌結構施工縫處理不當，滲漏水; 襯砌拱部脫空或空洞等問題。
2 隧道結構薄弱環節分析
1) 隧底病害，仰拱填充滲水，路面塌陷或隆起
a. 隧底病害成因分析。隧道工程是在山體中開挖形成的通道，隧道施工破壞了山體穩定的地質構造、地下水體形態及通路，隧道施工完成后，地下水對隧道周邊產生影響。隧道工程防水系統一般為無紡布加復合防水板沿開挖輪廓面整體鋪設形成防水系統，排水系統多采取環向透水盲管( 一般間距 10 m) 連通矮邊墻處的縱向透水盲管及縱向排水側溝組成。但隧道防排水系統一般在隧道拱部及邊墻部位設置，仰拱填充部位不設置，這樣地下水可能對隧道仰拱部位產生影響，造成隧底滲水病害，甚至形成隧底承壓水，影響仰拱填充穩定，嚴重者造成隧底仰拱混凝土等結構層隆起破壞，影響行車。隧道底部路面塌陷原因主要是由于石灰巖等可溶巖地質地段，隧道底部可能存在溶洞、溶腔等地質構造，隧道開挖時未揭露出來，但隧道工程施工期間或運營期間，由于車輛通行荷載等因素影響，隧道底部溶洞頂巖層及仰拱混凝土破壞，出現隧底病害，甚至產生隧底塌陷嚴重問題。
b. 病害防治措施探討。由隧底病害成因分析可知，隧底病害主要是地下水或可溶巖地質溶洞空腔塌陷引發的，因此，防治措施也必須從這兩方面考慮。地下水造成的危害主要是由于水流通路在隧道開挖時被破壞，隧道防排水系統不完善，沒有形成全環防排水系統，因此，防治措施可采取完善隧道防排水系統，隧道仰拱底部增設縱向排水盲管，將隧底地下水引排出隧道，同時，在仰拱底部增設復合防水板，此措施可解決隧底滲水和路面隆起等病害。
隧底塌陷病害防治措施，重點是防治可溶巖地質隧道，在隧道仰拱施工前，采取地質雷達探測等措施預先探知隧底地質情況，隧底隱伏溶洞( 腔) 情況，采取跨越、填埋等措施進行處理。
2) 襯砌結構施工縫處理不當，滲漏水病害
隧道襯砌沿開挖輪廓施作，為馬蹄形或蛋殼形[1]，一般采取模筑混凝土襯砌結構，施工順序為: 先完成仰拱填充( 底板) 混凝土，提供平整作業面后，采取整體式液壓襯砌臺車施工混凝土襯砌。
仰拱混凝土一般采取仰拱棧橋方法施工，矮邊墻與仰拱同時完成，不留施工縫，高出填充頂面 50 cm 左右。矮邊墻頂面設計為傾向開挖輪廓的斜面，襯砌施工后，理論上混凝土施工縫與襯砌環向中線垂直。
a. 施工過程中存在的問題及原因分析。施工存在的問題: 一是施工時為便于施工操作，仰拱與矮邊墻分次施工，完成仰拱填充后再支模澆筑矮邊墻混凝土; 二是仰拱不采取模筑施工工藝，仰拱與填充同時完成，造成不同標號混凝土( 仰拱與填充混凝土標號不同，一般仰拱混凝土標號高于填充混凝土) 混用，在仰拱與邊墻施工縫部位形成了低標號混凝土夾層[2]; 三是矮邊墻頂面斜面澆筑混凝土時由于混凝土流動性較大，無法形成斜面，造成襯砌環向中線與施工縫不垂直，上述問題在矮邊墻與襯砌邊墻接縫部位形成受力薄弱帶。這些問題出現的原因主要是: 一是承擔施工人員對隧道結構受力認識不足，認為以前隧道也是這樣施工的，憑經驗施工。二是施工管理不嚴格，偷工減料。三是隧道設計方案沒考慮施工是否可行。
b. 病害防治措施探討。防治措施: 一是加強培訓學習，使技術人員清楚隧道結構受力情況，明白該病害的危害，施工過程中嚴格操作工藝，仰拱采取模板化作業，仰拱填充分次澆筑混凝土，做到仰拱與矮邊墻同步澆筑混凝土[3]; 二是改變矮邊墻頂部斜面設計方案，采取其他結構形式，方便施工。
3) 襯砌拱部托空或空洞
a. 隧底病害成因分析。隧道襯砌一般采取整體液壓襯砌臺車[4]，泵送混凝土入模，自兩側邊墻對稱澆筑，兩側混凝土面高差控制在50 cm，襯砌混凝土澆筑至拱部后由預留灌注口壓注襯砌混凝土，壓注順序由已澆筑襯砌處向前壓注，襯砌混凝土封頂采用頂模中心封頂器接混凝土泵管壓注混凝土，當擋頭模板上觀察孔有砂漿溢出，即完成封頂。由于襯砌臺車本身的強度、剛度的限制，澆筑封頂混凝土施工時，如壓力過大，勢必造成襯砌臺車變形和損壞，如壓力不足，拱部襯砌混凝土未完全填充密實，且襯砌混凝土硬化時體積收縮，就出現了混凝土襯砌拱頂托空或空洞的病害。
b. 隧道拱部托空處理設計方案。為解決這一問題，設計采取拱頂注漿措施，填充襯砌拱部托空。在襯砌施工前預埋注漿管，待襯砌混凝土完成后注漿[5]，預埋注漿管縱向間隔 4 m 設 1 個，采取直徑 50 mm PVC 管，注漿管布置形式見圖 1。
注漿施工，隧道襯砌混凝土強度達到設計強度后方可進行襯砌拱部充填注漿。注漿材料采用 M20 水泥漿或水泥砂漿，注漿壓力不小于 0. 5 MPa。
c. 施工現狀及病害防治措施探討。隧頂注漿施工時，往往由于施工管理控制不嚴，或者注漿工序缺失等問題，造成隧道襯砌拱部長期存在托空問題，隨著使用年限的增長，可能會帶來各種病害，甚至造成拱部圍巖連同襯砌坍塌等嚴重問題。因此，嚴格施工管理，嚴控拱部注漿施工質量，竣工前采取地質雷達探測隧道拱部托空狀況，及時處理是防治隧道襯砌拱部托空或空洞病害的重要措施。
3 結語
隧道工程壽命多為 100 年，由于隧道病害的存在，在外部地下水、空氣中腐蝕性介質等對隧道結構體內部的侵蝕作用下，勢必影響隧道工程合理的使用年限。因此，優化隧道結構設計，加強施工過程控制，減少或杜絕隧道出現病害尤為重要。本文對隧道工程結構及施工情況進行了分析，對隧道病害產生的原因及防治措施進行了研究，并針對隧道不同病害從管理、技術等方面提出了防治措施。相信隨著工程技術水平的不斷提高，隧道工程結構設計理論的優化，隧道工程病害將越來越少。
參考文獻:
[1] TB 10203—2002，鐵路隧道施工規范[S].
[2] TB 10108—2002，鐵路隧道噴錨構筑法技術規范[S].
[3] TZ 231—2007，鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業指南[Z].
[4] 鐵建設[2005]157 號，鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定[M]. 北京: 中國鐵道出版社，2005.
[5] 鐵路隧道工程施工手冊( 上冊) [M]. 北京: 中國鐵道出版社，2001.
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