第五章隧道工程质量通病防治

第五章隧道工程质量通病防治内容摘要：

岩含水，坚决地采取 治水措施是稳固岩体的根本措施之一。 (3)矽化固结岩体 通过向破碎松动的岩体内压入水泥浆液、水泥水玻璃浆液或其他化学浆液，使隧道衬砌 结构背后一定深度范围内形成一个人工的固结圈，能有效地稳固岩体，甚至使作用在衬砌上 的地层压力大小和分布图形产生有利的转化。 (4)充填洞穴和洞穴支护 隧道衬砌外周围如果存在各种大小的超挖而没有回填的空隙，不仅使地层压力分布图 形产生不利影响，而且使得衬砌结 构失去周边的有利支承条件，不能使衬砌的承载能力得到 充分发挥利用。 如臬围岩内存在不稳固的溶洞、坍方洞穴和在有影响的范围内存在不稳固 的废弃坑道等，都要采取充填措施。 小的洞穴可以采取压浆，稍大的洞穴可以开洞进内用人 工砌筑或用混凝土输送泵灌注填充。 不能全部填充者，可以采取与支护和加筑衬砌 (包括采 1 99 用喷锚支护 )来稳固这些洞穴。 (5)锚杆加固岩体 自衬砌内向围岩体内打人一定数量和深度的金属锚杆、钢筋砂浆锚杆或砂浆锚杆，可以 起到三种作用：一是把不稳定的岩块固定在稳 定的岩体上；二是在水平层状的岩石中把数层 岩层串联成一个组合梁；三是通过锚杆加固，使松散岩体的内摩擦角和粘结力有所增强，形 成一定厚度的承载拱作用。 因此对松散破碎的岩体，甚至堆积体采用锚杆加固，不仅可以有 效地控制岩体的变形和提高其稳定性，而且可以使岩体对衬砌的压力大小和分布图形产生 有利的转化。 但必须保证岩体不被地下水的软化泥化等有害作用所破坏。 对于局部变形和失稳的岩体可以局部采用锚杆加固，使之改变偏压程度或偏压状态。 (6)换填与跨越 如果隧道底存在厚度较大的软弱不稳固的岩体， 或者隧道底洞穴中有不稳固的充填物， 因而造成衬砌节段下沉、转动或失稳而发生开裂，可以采取换填方法。 也要采用钢筋混凝土 梁跨越，使该不稳固的岩体对衬砌的稳固与支承条件不发生影响。 (7)支挡 由于山体滑动引起岩体失稳而造成的衬砌裂损除治水稳固山体外，尚可采用支挡措施， 包括支挡墙、锚固桩等。 但这种措施仅适用于洞口段和傍山隧道的靠山侧或靠河侧，属于洞 外整治措施，而大规模的山体滑移，必须改线。 3)加固衬砌与更换衬砌的工程措施 已开裂的衬砌一般均有相当大的支护潜力，可以充分利用， 仅在没有加固的可能条件与 经济上不合理的情形下，或者根据长远技术改造规划的要求才宜于采取更换衬砌的办法。 (1)压浆加固 ①圬工体内压浆加固。 衬砌裂损发展非常缓慢，趋于稳定或者已呈稳定，可以进行圬工 体内压浆。 ②衬砌背后压浆加固。 本措施主要针对衬砌外鼓、整体侧移而采用。 在拱后压浆增加 拱的约束要以提高衬砌刚度和稳定性，如果同一环衬砌同时存在外鼓和内鼓部位，首先采取 临时措施控制内鼓继续变形，然后在外鼓变形的部位压浆加固之后再对内鼓采取加锚，最后 才对全断面进行整体加固较为合适。 (2)嵌补 已呈稳定暂不发展的裂缝，如果不能采取压浆加固，要采取嵌补。 (3)钢拱架加固及嵌轨加固 有的裂损发展较快，为确保安全，采取钢拱架临时加固。 钢拱架与被加固的衬砌之间的 缝隙，应用密排木楔楔紧，保证拱脚不会发生下沉和移动。 如果隧道内净空条件不足，钢拱 架可以嵌入被加固的圬工体内。 200 第五章隧道工程质量通病防治 ———————————————————————————————— 一一 (4)锚杆加固 裂损衬砌的所有内鼓变形和向 内移动的裂损部位，采用锚杆加固是有效的，可以连同锚 杆加固岩体一并考虑决定锚杆的类型、直径、间距、深度和布置等。 此时宜用锚杆，既可沿内 缘张裂纹的走向两边布置，作为局部加固，也可以按全断面加固，在所有内缘张力区布置。 (5)喷混凝土加固 喷混凝土用来代替灌注混凝土作为隧道永久衬砌，用来柘为裂损衬砌的加固工程措施。 必要时，可以在喷层中加入钢筋网。 (6)喷锚结合加固 把锚杆加固与喷射混凝土联合用于加固裂损衬砌，要以使锚杆、喷层、钢筋网三者互相 发挥其优点，弥补缺点，加固效果更 好，对增加裂损衬砌的刚度、稳定性，提高其承载能力则 特别显著，而且可以较原衬砌没有裂损前大为提高。 这是目前普遍采用的多快好省的加固 形式。 (7)加套拱 如果隧道内净空条件不足，可以采取落道加套拱的办法，为了使新旧衬砌连结牢固，使 用预埋件及向拱顶空隙压浆处理。 (8)全拱更换或成段更新衬砌 拱部衬砌破坏严重，结构丧失承载能力，用其他补强手段难以保证结构的稳定，或者衬 砌严重侵入限界，采用其他整治措施有困难时，才采用全拱更换来根除病害。 (9)增设混凝土支撑 当仅有墙脚内移而无下沉及隧道底岩土隆起者，可以在边墙基础加设混凝土支撑。 (10)增设仰拱或更换钢筋混凝土仰拱 如底部土壤软弱、路面上鼓、节段下沉等可增设仰拱。 若原有仰拱已经破裂，说明强度 不足，可更换为钢筋混凝土仰拱。 (11)墙基加深展宽 边墙基底围岩软弱，引起下沉、倾斜、内移、拱墙开裂等，可将墙基延深至较坚实稳固的 岩层上，或展宽墙基与增设仰拱并用。 (12)跨越 有的墙基下为溶洞或其它不稳固的洞穴，洞穴坍塌，引起衬砌开裂，又不能对溶洞加以 顶撑，可以用 钢筋混凝土梁跨越，使墙基及隧道路面置于钢筋混凝土梁之上。 (四 )隧道冻害及其防治 1．季节冻土中的隧道 ： 1)冻害现象 常见的隧道冻害现象有： 201 (1)挂冰。 衬砌背部有地下水，在衬砌渗漏过程中逐渐冻结形成悬挂冰溜。 其危害是侵 入限界，如不及时清除会增多变粗，越冷越坚硬，危及行车安全。 (2)冰塞。 隧道内排水设备如果没有可靠的防冻措施，就可能在某一处先行结冰，逐渐 造成堵塞。 (3)“冰湖”。 隧道渗漏、水流渗漏到隧道内路面上结冰，逐 渐覆盖全部路面，形成“冰 湖”，“冰湖”一旦形成，消融需要很长时间，严重危及行车安全。 ’ (4)冰楔。 当隧道周围岩体自身没有冻胀性，纯属由于衬砌背后积水，结冻后体积膨胀， 对衬砌产生冰劈作用或冰压力，造成实砌变形破坏。 (5)围岩冻胀。 隧道周围岩体具有冻胀性时，在受冻后自身体积膨胀。 它比冰楔破坏作 用大，常见的开裂状况有： ①衬砌变形开裂； ②路面破坏； ③隧道排水设备破坏，排水沟破坏； ④洞门墙、翼墙前倾开裂； ⑤洞口仰坡边坡冻融坍塌； (6)衬砌材质冻融破 坏。 衬砌的孔隙被围岩地下水充满，经反复冻融，材质结构遭受破 坏作用，变得酥松破碎，剥落破坏。 (7)衬砌冷缩开裂。 隧道衬砌构筑和合龙时的气温，一般多高于 O~C，建成后遇到较低 的负温，衬砌必然发生较大的冷缩，当收缩达到一定限度时，衬砌发生冷缩开裂。 2)产生冻害的因素和性质 (1)寒冷气温的作用 由于气温降低，使得隧道冻结，气温升高则会融解，周而复始，导致隧道发生冻害，其具 有以下特点： ①季节性的出现和消失； ②冻害的轻重程度、范围大小和持续时间长短，取决于 冬季日平均最低温度，并受寒天 日数大小的直接影响； ③冻害出现与消失的发展速度与日平均负温的过程线形状有关； ④隧道冻害先在洞口处出现，逐渐向洞内发展，由于冰的融化而引起的冻害先从洞内向 外发展，后期则由外向内与由内向外同时出现； ⑤位于严寒地区的较长隧道，可能存在常年正温段属于无冻害段落。 在隧道两端各有 一段长度，每年均可能出现低于 O~C的气温，即负温段。 (2)隧道季节冻结圈的形状和大小。 沿衬砌周围各最大冻深点形成一个圈，叫做季节冻结圈。 衬砌周围超挖大小 不等、超挖 202 回填料及回填状况不同，对冻结圈的形状和厚度大小也产生影响，它决定着冻胀荷载的大小 和分布图形。 隧道内的冻结圈只有通过实际观测来确定。 较长的隧道，两端部各有一段长度能形成冻结圈，而中部一段多年不会形成季节冻结 圈。 同一座隧道内季节冻结段的长度，恒小于洞内季节负温段的长度。 隧道的排水设施如果在冻结圈内，冬季最容易发生冻塞。 在冻结圈范围的岩土，由于受 强烈频繁的冻融破坏，风化破碎程度与日俱增，导致岩体的强度和稳定性降低，对衬砌的主 动压强会逐年增大。 同时，冻结圈范 围的岩土也会由无冻胀性变为有冻胀性，弱冻胀性变为 强冻胀性。 (3)围岩含水与围岩冻胀的关系 冻害的作用过程是从含水结冰开始，到冰的融化构成一次循环。 没有水就不会发生冻 害。 因此，冻害的形成、分布范围、轻重程度、变化规律均与围岩冬季的含水情况、围岩内地 下水的性质和运动规律有直接关系。 ①冻结圈内的岩体，如果含水量小于起始冻胀含水量，冻胀不会引起病害。 当含水量大 于起始冻胀含水量时，就足以产生冻胀。 若没有外来水分补给时，其冻胀作用叫做封闭型冻 胀，冰层较薄，冻胀量也较小。 ② 当冻结圈外的水分不能透过冻结圈渗漏出来时，如冻结圈内岩体已成细粒土状，则可 能发生冻结圈外的水分向冻结面转移，得到外来水分补给，就形成开敞型冻胀。 这种冻胀， 由于水分相对集中，可以在冻土内形成很厚的冰层，冻结时产生强烈冻胀，融化时会引起剧 烈沉陷，因而是冻害的重要原因。 ③冻结圈内的岩体若存在节理裂隙和孑 L隙，或地下水的水量很大，水温较高，使冻结圈 中存在局部不冻的渗流通道，冻结圈实际上起不到防水幕的作用，冬季照样漏水就发生挂冰 和“冰湖”病害。 而且，山上地层冻结，封闭了地下水的地表出路，导致隧道内 天气越冷漏水 量越大。 初冬，往往洞口附近先漏，随着气温下降，近洞口开始排冰，渐而被冰封住，地下水 就向洞内另找出路，不论隧道向内上坡还是下坡，漏水挂冰的范围逐渐向洞内扩大和转移， 直至气候转暖为止。 ④有的隧道即使有多年不冻结的段落，但这段落的水要通过冻结段才能排走，如果在通 过冻结段时发生冰塞，仍有可能使冻害范围延伸到多年不冻的段落。 ⑤冬季漏水集中，水量大，水温较高或仅有湿润和滴水情形，容易被结冻封住的地点不 会形成挂冰。 反之，最容易出现挂冰，并且可以持续 2～ 3 个月之久。 水量的多少，初始 温度 的高低，以及水在集渗排出洞外的全过程中，热交换条件如何，是决定水能否引起冻害，在哪 些部位产生冻害，以及冻害的轻重程度的主要因素。 (4)围岩的岩性对冻胀的影响 在季节冻结圈内如果都是非冻胀性土，是不会发生冻胀性病害的。 冻结圈内冻土的分 203 布情况就决定了那些部位会发生冻胀病害，而冻土的性质决定了病害的种类及其轻重程度。 ①隧道围岩中，有的段落周围全是冻胀性土，如果发生冻胀，则沿衬砌外围对称均匀分 布。 但也有由于冻胀性土与非冻胀土成互层状，并且其形状与隧道位 置的组合关系不同，就 可能出现冻胀部位不对称和非均匀分布。 ’ 所以，有的隧道由于围岩冻胀造成隧道限界缩小，往往是上下、左右、前后极不对称。 有 的隧道洞 12I 附近不发生冻胀病害，在距洞口相当远处反而发生冻胀破坏。 有的段落本来洞 内气温低于 O℃很多，也发生冬季漏水挂冰，当结冰把漏水口封住，挂冰位置向洞内转移后， 该段并不都随着出现冻胀病害。 有的段落尽管冬季不见漏水也无挂冰现象，却发现衬砌被 冻鼓开裂。 ． ②天然的水在气温低于 Oo【 =时就开始结冰。 如果围岩中含有可溶盐的成份，则水中 含 有不同含量的盐类介质而冰点降低。 当冻结圈内地温有一部分高于该冰点时，不会全部产 生冻胀。 或者在同样负温条件下，其冻胀作用小。 一③土中水的冻结和融化过程可分为五段。 先是冷却和过冷段，土中水过冷后，只要一开 始结晶，就放出潜热，该处土温迅速上升，就是温度突变段，升温稳定，孔隙水开始发生冻结， 随后土温继续下降，最后转为融化时逐渐升温。 ④同样气温条件，不同土的冻结速度和深度是不同的。 一般细粒土冻深小，粗粒土冻深 大，岩石则冻深更大。 ⑤水分的迁移和聚冰作用导致岩体冻胀。 而细粒土中特别是 粉质亚粘土和粉质亚砂土 中的水分迁移和聚冰作用最强烈，冻胀性也最强。 砂砾、特别是粗砂和砾石则由于冻结时一 般不产生水分迁移，水分只在原处冻结或者在重力作用下移动，冻结后出现上部含水减少而 下部含水量增加的情况。 砂在冻结时如水能自由排出，其体积实际上也不膨胀，因而也不产 生冻胀。 ⑥不同土的起始冻胀含水量不同，随土中粉粘粒含量增加而增大，主要受孔隙度的控 制。 ⑦季节性活动圈内的土是单向冻结，两向融化，所以冻结速度较融化速度慢。 ⑧冻结圈内的岩体，其冻胀量随冻结层厚度的变化而增减。 ⑨冻结圈内即使都属冻胀性土，也存在冻而不胀区。 ． ⑩土冻胀时受衬砌的约束，则对衬砌产生冻胀力。 它垂直作用于受冻面，属于单向冻胀。