■蘇香龍

（福建省交通工程造價(jià)站，福州 350001）

由于場(chǎng)地工程地質(zhì)與水文地質(zhì)的復(fù)雜性、建筑材料、設(shè)計(jì)施工等因素，山岳隧道常產(chǎn)生病害，如襯砌裂隙、隧道滲水、襯砌背后空隙和襯砌鋼筋銹蝕等。 在這些隧道病害中，襯砌裂隙和隧道滲水是主要類(lèi)型[1]。 襯砌裂隙為隧道滲漏提供路徑，降低襯砌結(jié)構(gòu)承載性能，襯砌結(jié)構(gòu)混凝土剝落。 隧道滲漏加速襯砌鋼筋銹蝕， 使以有襯砌裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，并且使路面潮濕，減小車(chē)輛與路面摩阻力，危害交通安全。 隧道襯砌裂縫與隧道滲水是山岳隧道病害的主要類(lèi)型，影響隧道安全運(yùn)營(yíng)，因此，隧道襯砌裂縫與隧道滲水成因分析是隧道安全評(píng)價(jià)和修復(fù)對(duì)策研究的關(guān)鍵。 本文依托山岳隧道實(shí)際，在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)上，總結(jié)山岳隧道裂縫類(lèi)型和成因的基礎(chǔ)上，深入分析山岳隧道襯砌裂縫和路面結(jié)構(gòu)滲水的病害情況及成因，提出山岳隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水治理對(duì)策。

1 山岳隧道裂縫類(lèi)型與成因分析

1.1 裂縫類(lèi)型

Fei 等[1]調(diào)查中國(guó)大陸90 座高速公路隧道病害情況（圖1），研究顯示隧道病害包括隧道襯砌退化、隧道排水系統(tǒng)堵塞、襯砌混凝土剝落、襯砌背后脫空、襯砌裂縫和滲水等，其中出現(xiàn)襯砌裂縫隧道達(dá)73 座， 占比81%； 出現(xiàn)隧道滲水達(dá)62 座， 占比68%， 說(shuō)明隧道襯砌裂縫和隧道滲水已經(jīng)成為隧道病害的主要類(lèi)型。Lee 等[2]搜集266 個(gè)山岳隧道襯砌裂縫數(shù)據(jù)， 分析隧道襯砌裂縫特征和隧道裂縫成因，將隧道襯砌裂縫根據(jù)空間分布和特性分成八種類(lèi)型，提出隧道襯砌裂縫原因診斷方法。 其搜集的隧道資料包括日本87 座、臺(tái)灣55 座、大陸99 座、德國(guó)6 座等，共涵蓋122 座鐵路隧道、127 座高速公路隧道和17 座水工隧道。 研究認(rèn)為，山岳隧道病害包括：襯砌裂縫、隧道滲水、襯砌混凝土剝落、襯砌變形、接縫變形、襯砌鼓包、仰拱涌起或沉陷、仰拱開(kāi)裂、仰拱泥漿突涌和混凝土蜂窩等，從隧道病害現(xiàn)象占比（圖2）可以看出，山岳隧道病害中，襯砌裂縫占82%，隧道滲水占44%，是山岳隧道病害的主要類(lèi)型。 綜上所述，襯砌裂縫和隧道滲水是山岳隧道的主要病害類(lèi)型。

圖1 中國(guó)大陸高速公路隧道病害分布

圖2 山岳隧道病害分布

1.1 裂縫成因

Lee 等[2]深入分析了山岳隧道襯砌裂縫類(lèi)型與成因， 認(rèn)為非結(jié)構(gòu)裂縫是隧道襯砌裂縫的主要原因，具體成因如表1 所示。 結(jié)合前人的研究，以福建省羅寧高速飛鸞嶺隧道為例，進(jìn)行詳細(xì)分析。 羅寧高速飛鸞嶺隧道是一座上下行分離的雙洞四車(chē)道高速公路特長(zhǎng)隧道，根據(jù)2017 年6 月28 日福建省高速公路達(dá)通檢測(cè)有限公司《羅寧高速公路飛鸞嶺上行隧道專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)》《2017 年度國(guó)省干線公路網(wǎng)重點(diǎn)隧道檢測(cè)分報(bào)告——飛鸞嶺隧道》統(tǒng)計(jì)，飛鸞嶺隧道上行洞身襯砌裂縫共248 處，裂縫總長(zhǎng)860.8 m；飛鸞嶺隧道下行洞身襯砌裂縫共148 處，裂縫總長(zhǎng)754.6 m。 襯砌裂縫主要為縱向裂縫、環(huán)向裂縫和斜向裂縫。 典型裂縫分布如圖3 所示。 根據(jù)表1 山岳隧道襯砌裂縫類(lèi)型與成因相關(guān)關(guān)系，結(jié)合飛鸞嶺隧道工程實(shí)際， 飛鸞嶺隧道襯砌裂縫成因主要包括：（1）縱向裂縫：產(chǎn)生裂縫的原因主要是隧道地質(zhì)條件存在偏壓、設(shè)計(jì)承載力不夠、隧道周邊欠挖部位未進(jìn)行處理使襯砌的厚度不夠或施工時(shí)邊墻與拱頂回填不密實(shí)等， 縱向裂縫對(duì)隧道穩(wěn)定性影響較大；（2）環(huán)向裂縫：主要是由于圍巖壓力變化、地基不均勻沉降、變形縫、施工縫處理不當(dāng)?shù)纫蛩匾?，大多?shù)發(fā)生在洞口、存在不良地質(zhì)及軟硬巖層接觸地帶，環(huán)向裂縫對(duì)隧道穩(wěn)定性影響不大。 （3）斜向裂縫：斜向裂縫一般是由于混凝土斜截面上的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉或抗剪強(qiáng)度所致，斜向裂縫對(duì)隧道穩(wěn)定性影響次于縱向裂縫。

表1 隧道襯砌裂縫類(lèi)型與成因

圖3 飛鸞嶺隧道典型裂縫分布

2 山岳隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)滲水病害情況及原因分析

2.1 病害情況

山岳隧道常遇見(jiàn)斷層分布和隧道滲水問(wèn)題，以福州城區(qū)北向第二通道工程北嶺隧道為例，隧址區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育， 隧址發(fā)育11 條斷層構(gòu)造帶及8 條節(jié)理裂隙密集帶，斷層構(gòu)造帶內(nèi)巖體破碎，典型斷層分布如圖4 所示；斷層區(qū)裂隙水發(fā)育，隧道施工中，裂隙水大量入滲不僅影響隧道施工和安全運(yùn)營(yíng)（圖5），還可能影響地下水環(huán)境和周?chē)用裼盟?。斷裂帶與隧道軸線平行或者小角度相交，斷層區(qū)圍巖破碎、松散、強(qiáng)度低、滲透性大、地下水富集。 因斷層區(qū)存在，產(chǎn)生裂隙水滲流，裂隙水滲流將對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部高水壓力作用，局部高水壓作用對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)影響很大，易使隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開(kāi)裂滲水（圖6）。當(dāng)富水?dāng)鄬优c隧道斜交，地下水壓力可能使仰拱以及隧道路面結(jié)構(gòu)上浮，使路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水，影響路面安全運(yùn)營(yíng)[3-4]。

圖4 北嶺隧道典型斷層分布

圖5 北嶺隧道施工涌出的大量裂隙水

圖6 斷層裂隙水滲流產(chǎn)生的局部高水壓力引發(fā)的隧道襯砌開(kāi)裂滲水

2.2 成因分析

陳健蕾等[5]2011 年通過(guò)對(duì)貴州省崇尊高速、清鎮(zhèn)高速、 鎮(zhèn)勝高速等46 座隧道滲漏水情況的調(diào)查分析，分別從滲漏形式、滲漏狀態(tài)、滲漏部位等方面總結(jié)出了貴州省分離式隧道及連拱隧道的滲漏特點(diǎn)，84%的滲漏狀態(tài)為滲水，91%的滲漏形式為線滲漏，61%的滲漏位于邊墻，隧道滲水主要原因?yàn)橐r砌裂縫和施工接縫滲水。Wang 等[6]對(duì)中國(guó)公路隧道裂縫和漏水災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)分析， 指標(biāo)包括裂縫密度、平均裂縫長(zhǎng)度、裂縫寬度、漏水寬度和漏水狀態(tài)等，共統(tǒng)計(jì)了116 座公路隧道。統(tǒng)計(jì)表明，92.4%隧道滲水是由于裂隙滲流，隧道滲水最有效的防護(hù)手段是切斷裂隙滲流。 結(jié)合前人的研究，以羅寧高速飛鸞嶺隧道為例，飛鸞嶺隧道上行洞身滲水痕跡（干）共7 處、滲水共60 處；飛鸞嶺隧道下行洞身滲水共1 處；滲漏水痕跡（干）共3 處。典型滲水如圖7 所示。綜合場(chǎng)地工程與水文地質(zhì)條件， 羅寧高速飛鸞嶺隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)滲水成因主要包括：（1）設(shè)計(jì)因素：隧道工程場(chǎng)地水文地質(zhì)條件不足，特別是未查明斷層區(qū)分布、圍巖條件和地下水補(bǔ)給條件；設(shè)計(jì)中未考慮山岳隧道局部高水壓、 裂隙滲流對(duì)隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)的影響， 地下水設(shè)計(jì)計(jì)算存在不足， 對(duì)于截?cái)嗔严稘B流沒(méi)有很好的措施；（2）施工因素：襯砌混凝土施工質(zhì)量，施工縫、變形縫止水處理不當(dāng)；初期支護(hù)表面平整度差，使防水板未能密貼初期支護(hù)， 砼澆筑后防水板拉裂或在襯砌背后形成空腔水囊，隧道襯砌背后出現(xiàn)空洞積水；防水板搭接施工、施工保護(hù)措施不力；（3）材料因素：排水管容易擠壓變形、淤堵而導(dǎo)致排水劣化，使作用在襯砌結(jié)構(gòu)地下水壓力增大， 在襯砌薄弱的地方產(chǎn)生地下水滲漏。

圖7 飛鸞嶺隧道滲水

3 隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水治理對(duì)策

針對(duì)隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水成因分析，在設(shè)計(jì)施工階段，應(yīng)提出有針對(duì)性的治理措施；在運(yùn)營(yíng)階段，局部隧道襯砌滲水開(kāi)裂，要進(jìn)行及時(shí)修復(fù)[7]。

設(shè)計(jì)施工階段，針對(duì)傳統(tǒng)隧道防排水弊端，將S型土工網(wǎng)和泡沫水泥砂漿外包土工布排水管引入隧道排水系統(tǒng)，如圖8（a）所示，復(fù)合排水管主要為在外包裹土工布，內(nèi)部放置S 型土工網(wǎng)，如圖8（b）所示，間隙用泡沫砂漿填充。 土工網(wǎng)由上下兩層為可滲透性的土工布，可防細(xì)顆粒和碳酸鈣沉淀引發(fā)的淤堵；中間層為雙層布置S 型排水板形成排水通道，使用高滲透性的泡沫砂漿填充，在保證透水能力的同時(shí)保護(hù)S 型土工網(wǎng)。 基于復(fù)合排水管的隧道防排水系統(tǒng)可分為防水系統(tǒng)、環(huán)向盲管排水、橫向排水系統(tǒng)和縱向排水系統(tǒng)（圖9）。 施工要點(diǎn)如下：（1）環(huán)向排水系統(tǒng)主要由環(huán)向復(fù)合排水管構(gòu)成，沿隧道縱長(zhǎng)每5～15 m 設(shè)置1 道， 在隧道兩側(cè)與縱向排水管相連，將環(huán)向入滲水導(dǎo)入縱向排水管。 （2）橫向排水系統(tǒng)主要位于底板下方，由橫向復(fù)合排水管及碎石墊層構(gòu)成， 在路基底下間隔5～15 m 設(shè)置排水管，排水管上下層使用碎石墊層填充，涌入的地下水通過(guò)橫向復(fù)合排水管導(dǎo)入邊溝集束排水管。（3）縱向排水系統(tǒng)由沿隧道縱向?qū)ΨQ(chēng)布置的縱向復(fù)合排水管及邊溝集束排水管組成，縱向復(fù)合排水管收集環(huán)向?qū)氲乃賹?dǎo)入邊溝集束排水管，進(jìn)而將地下水排出隧道。 （4）針對(duì)地下水壓力對(duì)隧道路面結(jié)構(gòu)的影響，在仰拱路面結(jié)構(gòu)下方設(shè)置排水減壓系統(tǒng)，自下而上依次為碎石墊層、橫向排水管、土工布、土工膜等，連接橫向排水管和縱向排水管，將地下水及時(shí)排水，降低隧道路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 復(fù)合排水管結(jié)構(gòu)布置

圖9 基于復(fù)合排水管的隧道全斷面排水布置

運(yùn)營(yíng)期間隧道襯砌開(kāi)裂滲水修復(fù)可采用注入環(huán)氧樹(shù)脂封閉裂縫，或者在襯砌表面采用聚氨酯涂層（圖10）。 更為嚴(yán)重情形，可通過(guò)在襯砌背后形成防滲帷幕進(jìn)行修復(fù)（圖11）。

圖10 隧道襯砌裂縫修復(fù)

圖11 襯砌背后防滲帷幕

4 結(jié)論

依托山岳隧道實(shí)際， 在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)上，本文首先總結(jié)山岳隧道裂縫類(lèi)型和隧道滲水現(xiàn)象，深入分析山岳隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水成因，最后提出山岳隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水治理對(duì)策。 主要結(jié)論如下：（1）隧道襯砌裂縫主要分為縱向裂縫、橫向裂縫和斜向裂縫，隧道襯砌裂縫形成力學(xué)因素包括臨近邊坡變形、圍巖擠壓、地震、地下水壓力等， 非力學(xué)因素包括襯砌混凝土質(zhì)量、混凝土材料劣化襯砌背后空洞和襯砌厚度不足等。 縱向裂縫屬于由于橫向拉張應(yīng)力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫，橫向裂縫大多由于隧道縱向不均勻沉降、 混凝土干縮、溫度應(yīng)力和施工接縫產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)裂縫，斜向裂縫由于斜向張應(yīng)力產(chǎn)生，常見(jiàn)于隧道入口。 非結(jié)構(gòu)裂縫是隧道襯砌裂縫的主要原因。 （2）對(duì)于隧道而言，通過(guò)襯砌裂縫和施工接縫滲漏會(huì)帶來(lái)不利影響， 隧道滲水主要原因?yàn)橐r砌裂縫和施工接縫滲水， 統(tǒng)計(jì)表明，92.4%隧道滲水是由于裂隙滲流，隧道滲水最有效的防護(hù)手段是切斷裂隙滲流。 （3）在隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水成因分析基礎(chǔ)上，采用基于復(fù)合排水管的隧道全斷面防排水系統(tǒng)，將地下水對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)影響以及由于地下水引起的隧道襯砌和路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂滲水制止在隧道設(shè)計(jì)施工階段。 （4）運(yùn)營(yíng)期間隧道襯砌開(kāi)裂滲水修復(fù)可采用注入環(huán)氧樹(shù)脂封閉裂縫，或者在襯砌表面采用聚氨酯涂層。 更為嚴(yán)重情形，可通過(guò)在襯砌背后形成防滲帷幕進(jìn)行修復(fù)。