隧道工程灾害及防治措施

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0前言

改革开放以来，随着我国综合国力不断提高，在交通、水利水电、市政及地下工程开发利用等基础设施领域均取得了不小的成就。近十年来，铁路隧道、公路、水利水电、隧道以及城市地铁得到空前的发展。但是机遇与挑战并存，在取得成就的同时亦面临着危险。一方面因为在设计和施工工艺上依然存在着诸多不足，另一方面由于隧道工程施工的所处环境比较特殊，施工的条件和地面工程有很大的不同，施工时在外地质环境相对比较复杂。在这两方面共同影响下，导致隧道工程在取得发展的同时也存在不少的安全问题，所以，研究隧道工程中潜在的安全隐患以及灾害必不可少，以确保我国隧道工程在施工过程中能够顺利进行，同时满足使用要求。

1隧道掘进中的超欠挖

隧道的超欠挖是根据隧道设计的开挖轮廓线为基准线的，将施工中实际开挖获得的轮廓线和设计基准线相比较，超出基准线以外的部分称之为超挖，而在基准线以内的部分称之为欠挖，在实际开挖中最理想的状态就是和基准线相重合，即表示既无超挖也无欠挖。因此，其表现形式为在隧道开挖掘进过程中，发生上下左右轮廓超标。导致隧道超欠挖的原因包括以下方面:由于炮孔布置的测量错误或者不准确以及施工人员技术不娴熟或者责任心不强导致布孔偏差，进而引起布孔位置偏离周边孔的设计线偏内产生欠挖，偏外产生超挖;炮孔钻眼过程中孔眼不直发生斜孔超限或者爆破参数选择有误，装药量过多或不合理;在围岩条件差的情况下，穿越节理裂隙发育或者破碎严重的岩石隧道容易导致超挖。防治隧道出现超欠挖现象的具体措施:通过采取激光指向仪来控制隧道掘进的方向，增强隧道内照明质量;为了避免隧道内来往车辆破坏导线点及中线点，必须严格按照规定要求将控制点设置在基础上，除此之外，还要设置明显标志及保护措施并且按规定要求对控制点进行复测;通过提高钻孔精度和加强对司钻人员的技术培训把超欠挖值限制在最小范围内，同时为了确保孔位、孔深、倾斜度等达到规定要求，在让司钻人员熟练掌握钻孔技术的前提下，严格按设计要求、操作细则和布置的孔位进行施钻;在地质条件发生变化时及时调整相关参数，在钻孔过程中应当严格控制和及时调整孔眼位置和方向。

2隧道喷射混凝土脱层隆起

把通过压缩空气，将按一定配合比的混凝土拌和料通过运送管道高速喷射到受喷表面上并凝结硬化，进而形成混凝土保护层的过程称之为喷射混凝土。在此过程中将混凝土喷射层与岩面不粘结的现象认定为隧道喷射混凝土脱层隆起。导致隧道喷射混凝土脱层隆起的原因有:未清除干净受喷面上的松动岩石;受喷岩面浮碴杂物未用压力风、压力水清洗或清洗不彻底;未处理受喷面滴水、淋水、集中出水点;未用风、水清洗间隔喷混凝土前一层喷面上的浮碴;风压和喷射距离不协调。预防隧道喷射混凝土脱层隆起的措施包括:清除受喷面上的松动岩石及浮碴杂物;采用凿槽、埋管的方式引导疏干处理喷水、淋水、集中出水点的受喷面;喷射混凝土前进行试喷来确定风压与喷射距离之间的是否协调。

3隧道锚杆拉力不足

在隧道施工过程中，初期支护就是隧道开挖以后，在围岩稳定能力不足的情况下，通过加以支护的方式使其进入稳定状态。在支护形式中比较常用就是锚杆，其作用原理就是通过技术手段从内部加强围岩稳定性，提高围岩的抗裂强度，改善围岩的物理力学指标，并且还可以将不连续的岩体联系在一起，进而增强围岩整体性，同时充分发挥围岩的自载能力。锚杆拉力不足就会导致锚杆安装不牢固以及抗拔力不足，进而影响围岩的承载力。究其原因，主要包括以下几个方面:没有足够的锚固长度、灌浆不充分、锚杆包裹厚度不足、没有处理干净孔眼内杂物、孔眼深度和锚杆长度不配套。防治隧道锚杆拉力不足的具体措施有:钻孔直径应和螺栓直径相匹配;钻孔孔深要满足设计要求;压浆前用压力风或压力水将孔眼冲洗干净;注浆时应从孔底开始，并且确保均匀连续进行、中途不得中断;安装时确保锚杆与孔眼中心线在同一直线上。

4隧道初砌混凝土麻面

作为长期保持隧道安全的重要结构，隧道衬砌必须同时满足结构安全功能、使用功能、美观功能等。因此，衬砌的外观也成为重要的控制指标。而衬砌质量的满足既要通过理论上的合理设计，也依赖于现实情况的精心施工。在实际工程中，随着大模板衬砌台车、泵送混凝土等技术的应用隧道衬砌的质量在很大程度上得到了提高，隧道施工技术也引起的足够的重视。但是目前隧道施工中也出现了一些细节问题，如出现混凝土表面缺浆、麻面、蜂窝、钢筋和石子外露、错台等问题。就麻面而言，导致其出现的原因有很多且不易被有效控制。主要包括:在混凝土浇筑前没有清理干净模板表面，拆模时导致粘损混凝土表面;钢模板没有被充分利用，有其他类型的模板夹杂其中;模板表面不均匀涂刷脱模剂，造成混凝土拆模时发生粘模;不严密的模板拼缝，导致混凝土浇筑时砂浆流失;混凝土振捣不够，未排净混凝土中残留空气。针对其产生的原因，预防麻面产生并防治的行之有效的技术有:认真清理模板表面，使其表面不沾有干硬水泥砂浆等杂物;全部使用钢模板;均匀涂刷混凝土脱模剂;振捣手振捣时必须严格按操作规程分层均匀振捣密实，避免出现漏捣，止捣时也应该严格控制混凝土表面不再出现气泡。

5隧道初衬混凝土蜂窝

隧道初衬过程中相对于麻面，另一种比较常见的灾害就是蜂窝。出现蜂窝会导致钢筋混凝土结构内部钢筋暴露在混凝土表面，这些钢筋主要包括主筋、副筋以及箍筋。而产生蜂窝的原因主要有:实际钢筋尺寸超过设计尺寸，导致局部出现贴模板现象;混凝土浇筑振捣时，由于钢筋垫块偏移或脱落引起贴模板现象;钢筋过密或者钢筋混混凝土断面较小，致使保护层厚度不够导致露筋。防治蜂窝产生的具体措施有:绑扎钢筋前，把不符合钢筋几何尺寸要求的重新返工;垫块应该按间距为1m的梅花状的方式布设，钢筋密集处根据实际情况适当加垫;收料时严格控制混凝土配比中的粗骨料最大尺寸，并且应符合规范要求;混凝土拆模过程中应严格按照规范规定强度进行。

6隧道初衬混凝土孔洞

随着隧道数量的增加和设计速度的提高，不同程度的质量问题均出现在已建成的和正在建设的部分隧道中，其中主要的工程质量问题表现为喷射混凝土的强度不足或与围岩之间出现孔洞现象。而支护与围岩之间存在孔洞时会极大地影响隧道的安全使用，是因为这些孔洞导致了围岩松弛，使弯曲应力在支护结构中产生，进而破坏支护结构的功能，降低其承载能力。经大量的工程实践分析，笔者认为初砌产生混凝土孔洞的原因主要包括:钢筋和预埋件过于密集，致使混凝土无法将模板填满;没有按规程顺序振捣混凝土，产生漏振现象;混凝土坍落度太小，无法振捣密实;混凝土中混有杂质，如硬块或其他大件杂物;没有按规定程序下料，导致振捣不均或来不及振捣。防治出现混凝土孔洞的具体措施有:混凝土配比中粗骨料最大粒径应满足规范要求;专人跟班随时检查以防出现漏振;施工时检查每盘到现场的混凝土，保证其流动性符合现场浇筑条件;将砂、石中混有粘土块或冰块等杂物清除干净，并且在正浇筑的混凝土中防止杂物落入，如发现应及时进行清理。

7隧道混凝土露筋

在隧道蜂窝中已提及隧道混凝土露筋主要是钢筋混凝土结构内的主筋、副筋或箍筋等露于混凝土表面的现象。而产生这一现象的原因主要有:没有布设钢筋垫块或垫块数量不足，位置不正确，使得钢筋紧贴模板而发生外露;出现大于钢筋间距的粗骨料粒径，或者出现混凝土漏振以及钢筋骨架中存在杂物，导致钢筋发生外露;钢筋变形位移引起混凝土露筋，而这些变形是由于混凝土泵管、振动棒等机械的反复冲击、工人踩踏或振动器碰触钢筋而造成的;不当的混凝土配合比产生离析，导致模板严重漏浆出现露筋。避免出现混凝土露筋可以通过提高工人的质量意识、加强监测、确保钢筋准确布位、绑扎牢靠、确保保护层垫块足够稳固等措施予以保障。如果出现表面露筋现象，应在准确分析露筋的原因和严重程度的基础上，及时有效地进行修补，使其达到设计和使用的目的。在修补过程中不得改变影响混凝土结构的强度刚度和使用。

8隧道渗漏水

隧道工程渗漏水，会极大程度的影响到结构安全性能，而且使工程的使用年限和使用功能大大降低。这是因为渗漏水容易锈蚀混凝土结构中的钢筋，会溶失钢筋混凝土内部氢氧化钙，进而加快结构混凝土的碱骨料反应。在一定程度上还会造成能耗损失以及成本提升。隧道渗漏水的主要表现形式有拱顶出现渗水、滴水现象;拱脚、伸缩缝以及侧墙出现不同程度的渗水、淌水现象;在冬天则容易导致顶部出现冰挂，侧墙形成冰柱，道床形成冰堆、冰坡等现象。造成隧道渗漏的原因主要有:混凝土的渗透性差，防水板没严密焊接，排水管堵塞以及施工缝存在质量问题等。防治隧道渗漏水的具体措施:采用高性能混凝土以及控制水泥用量，来加强混凝土自身防渗能力;使用合格的衬砌防水材料;清除围岩表面突出物体，保证平顺;为了确保连接强度，防水板采用热溶焊接;环、纵向排水管必须严格按操作规程施工，同时应该做好排水管的保护工作，防止出现砂浆渗入堵塞现象;为了保证排水畅通应采用横向排水管引至排水沟的方式。

9结语

综合实践，各种或大或小的灾害已经对隧道工程的施工和使用过程中造成了很大的影响，并且增大了工程投资。所以，防患于未然显得尤为重要。首先，在施工过程中需要克服现场岩性与设计出现较大误差带来的影响，对变化复杂的地质条件以及岩层的交混、产状多变以及地质构造作用等客观地质因素做好充分的心理准备以及施工应对手段的准备;其次，应该严格遵守隧道施工规范以及规程的要求进行施工，同时应该及时的总结经验教训;最后，在施工过程中综合利用多种监测手段，取长补短，充分了解设计阶段与施工阶段的工程地质、水文地质以及隧道工程中支护系统与围岩之间呈现出的错综复杂的关系，以确保隧道施工得以安全有效地进行。

作者：何晖 李渭阳 单位：西安工业大学