隧道工程災(zāi)害及防治措施

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0前言

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)綜合國(guó)力不斷提高，在交通、水利水電、市政及地下工程開(kāi)發(fā)利用等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域均取得了不小的成就。近十年來(lái)，鐵路隧道、公路、水利水電、隧道以及城市地鐵得到空前的發(fā)展。但是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，在取得成就的同時(shí)亦面臨著危險(xiǎn)。一方面因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)和施工工藝上依然存在著諸多不足，另一方面由于隧道工程施工的所處環(huán)境比較特殊，施工的條件和地面工程有很大的不同，施工時(shí)在外地質(zhì)環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜。在這兩方面共同影響下，導(dǎo)致隧道工程在取得發(fā)展的同時(shí)也存在不少的安全問(wèn)題，所以，研究隧道工程中潛在的安全隱患以及災(zāi)害必不可少，以確保我國(guó)隧道工程在施工過(guò)程中能夠順利進(jìn)行，同時(shí)滿足使用要求。

1隧道掘進(jìn)中的超欠挖

隧道的超欠挖是根據(jù)隧道設(shè)計(jì)的開(kāi)挖輪廓線為基準(zhǔn)線的，將施工中實(shí)際開(kāi)挖獲得的輪廓線和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)線相比較，超出基準(zhǔn)線以外的部分稱之為超挖，而在基準(zhǔn)線以內(nèi)的部分稱之為欠挖，在實(shí)際開(kāi)挖中最理想的狀態(tài)就是和基準(zhǔn)線相重合，即表示既無(wú)超挖也無(wú)欠挖。因此，其表現(xiàn)形式為在隧道開(kāi)挖掘進(jìn)過(guò)程中，發(fā)生上下左右輪廓超標(biāo)。導(dǎo)致隧道超欠挖的原因包括以下方面:由于炮孔布置的測(cè)量錯(cuò)誤或者不準(zhǔn)確以及施工人員技術(shù)不嫻熟或者責(zé)任心不強(qiáng)導(dǎo)致布孔偏差，進(jìn)而引起布孔位置偏離周邊孔的設(shè)計(jì)線偏內(nèi)產(chǎn)生欠挖，偏外產(chǎn)生超挖;炮孔鉆眼過(guò)程中孔眼不直發(fā)生斜孔超限或者爆破參數(shù)選擇有誤，裝藥量過(guò)多或不合理;在圍巖條件差的情況下，穿越節(jié)理裂隙發(fā)育或者破碎嚴(yán)重的巖石隧道容易導(dǎo)致超挖。防治隧道出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象的具體措施:通過(guò)采取激光指向儀來(lái)控制隧道掘進(jìn)的方向，增強(qiáng)隧道內(nèi)照明質(zhì)量;為了避免隧道內(nèi)來(lái)往車輛破壞導(dǎo)線點(diǎn)及中線點(diǎn)，必須嚴(yán)格按照規(guī)定要求將控制點(diǎn)設(shè)置在基礎(chǔ)上，除此之外，還要設(shè)置明顯標(biāo)志及保護(hù)措施并且按規(guī)定要求對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè);通過(guò)提高鉆孔精度和加強(qiáng)對(duì)司鉆人員的技術(shù)培訓(xùn)把超欠挖值限制在最小范圍內(nèi)，同時(shí)為了確?？孜?、孔深、傾斜度等達(dá)到規(guī)定要求，在讓司鉆人員熟練掌握鉆孔技術(shù)的前提下，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求、操作細(xì)則和布置的孔位進(jìn)行施鉆;在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，在鉆孔過(guò)程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制和及時(shí)調(diào)整孔眼位置和方向。

2隧道噴射混凝土脫層隆起

把通過(guò)壓縮空氣，將按一定配合比的混凝土拌和料通過(guò)運(yùn)送管道高速噴射到受噴表面上并凝結(jié)硬化，進(jìn)而形成混凝土保護(hù)層的過(guò)程稱之為噴射混凝土。在此過(guò)程中將混凝土噴射層與巖面不粘結(jié)的現(xiàn)象認(rèn)定為隧道噴射混凝土脫層隆起。導(dǎo)致隧道噴射混凝土脫層隆起的原因有:未清除干凈受噴面上的松動(dòng)巖石;受噴巖面浮碴雜物未用壓力風(fēng)、壓力水清洗或清洗不徹底;未處理受噴面滴水、淋水、集中出水點(diǎn);未用風(fēng)、水清洗間隔噴混凝土前一層噴面上的浮碴;風(fēng)壓和噴射距離不協(xié)調(diào)。預(yù)防隧道噴射混凝土脫層隆起的措施包括:清除受噴面上的松動(dòng)巖石及浮碴雜物;采用鑿槽、埋管的方式引導(dǎo)疏干處理噴水、淋水、集中出水點(diǎn)的受噴面;噴射混凝土前進(jìn)行試噴來(lái)確定風(fēng)壓與噴射距離之間的是否協(xié)調(diào)。

3隧道錨桿拉力不足

在隧道施工過(guò)程中，初期支護(hù)就是隧道開(kāi)挖以后，在圍巖穩(wěn)定能力不足的情況下，通過(guò)加以支護(hù)的方式使其進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。在支護(hù)形式中比較常用就是錨桿，其作用原理就是通過(guò)技術(shù)手段從內(nèi)部加強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性，提高圍巖的抗裂強(qiáng)度，改善圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)，并且還可以將不連續(xù)的巖體聯(lián)系在一起，進(jìn)而增強(qiáng)圍巖整體性，同時(shí)充分發(fā)揮圍巖的自載能力。錨桿拉力不足就會(huì)導(dǎo)致錨桿安裝不牢固以及抗拔力不足，進(jìn)而影響圍巖的承載力。究其原因，主要包括以下幾個(gè)方面:沒(méi)有足夠的錨固長(zhǎng)度、灌漿不充分、錨桿包裹厚度不足、沒(méi)有處理干凈孔眼內(nèi)雜物、孔眼深度和錨桿長(zhǎng)度不配套。防治隧道錨桿拉力不足的具體措施有:鉆孔直徑應(yīng)和螺栓直徑相匹配;鉆孔孔深要滿足設(shè)計(jì)要求;壓漿前用壓力風(fēng)或壓力水將孔眼沖洗干凈;注漿時(shí)應(yīng)從孔底開(kāi)始，并且確保均勻連續(xù)進(jìn)行、中途不得中斷;安裝時(shí)確保錨桿與孔眼中心線在同一直線上。

4隧道初砌混凝土麻面

作為長(zhǎng)期保持隧道安全的重要結(jié)構(gòu)，隧道襯砌必須同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)安全功能、使用功能、美觀功能等。因此，襯砌的外觀也成為重要的控制指標(biāo)。而襯砌質(zhì)量的滿足既要通過(guò)理論上的合理設(shè)計(jì)，也依賴于現(xiàn)實(shí)情況的精心施工。在實(shí)際工程中，隨著大模板襯砌臺(tái)車、泵送混凝土等技術(shù)的應(yīng)用隧道襯砌的質(zhì)量在很大程度上得到了提高，隧道施工技術(shù)也引起的足夠的重視。但是目前隧道施工中也出現(xiàn)了一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，如出現(xiàn)混凝土表面缺漿、麻面、蜂窩、鋼筋和石子外露、錯(cuò)臺(tái)等問(wèn)題。就麻面而言，導(dǎo)致其出現(xiàn)的原因有很多且不易被有效控制。主要包括:在混凝土澆筑前沒(méi)有清理干凈模板表面，拆模時(shí)導(dǎo)致粘損混凝土表面;鋼模板沒(méi)有被充分利用，有其他類型的模板夾雜其中;模板表面不均勻涂刷脫模劑，造成混凝土拆模時(shí)發(fā)生粘模;不嚴(yán)密的模板拼縫，導(dǎo)致混凝土澆筑時(shí)砂漿流失;混凝土振搗不夠，未排凈混凝土中殘留空氣。針對(duì)其產(chǎn)生的原因，預(yù)防麻面產(chǎn)生并防治的行之有效的技術(shù)有:認(rèn)真清理模板表面，使其表面不沾有干硬水泥砂漿等雜物;全部使用鋼模板;均勻涂刷混凝土脫模劑;振搗手振搗時(shí)必須嚴(yán)格按操作規(guī)程分層均勻振搗密實(shí)，避免出現(xiàn)漏搗，止搗時(shí)也應(yīng)該嚴(yán)格控制混凝土表面不再出現(xiàn)氣泡。

5隧道初襯混凝土蜂窩

隧道初襯過(guò)程中相對(duì)于麻面，另一種比較常見(jiàn)的災(zāi)害就是蜂窩。出現(xiàn)蜂窩會(huì)導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋暴露在混凝土表面，這些鋼筋主要包括主筋、副筋以及箍筋。而產(chǎn)生蜂窩的原因主要有:實(shí)際鋼筋尺寸超過(guò)設(shè)計(jì)尺寸，導(dǎo)致局部出現(xiàn)貼模板現(xiàn)象;混凝土澆筑振搗時(shí)，由于鋼筋墊塊偏移或脫落引起貼模板現(xiàn)象;鋼筋過(guò)密或者鋼筋混混凝土斷面較小，致使保護(hù)層厚度不夠?qū)е侣督?。防治蜂窩產(chǎn)生的具體措施有:綁扎鋼筋前，把不符合鋼筋幾何尺寸要求的重新返工;墊塊應(yīng)該按間距為1m的梅花狀的方式布設(shè)，鋼筋密集處根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加墊;收料時(shí)嚴(yán)格控制混凝土配比中的粗骨料最大尺寸，并且應(yīng)符合規(guī)范要求;混凝土拆模過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定強(qiáng)度進(jìn)行。

6隧道初襯混凝土孔洞

隨著隧道數(shù)量的增加和設(shè)計(jì)速度的提高，不同程度的質(zhì)量問(wèn)題均出現(xiàn)在已建成的和正在建設(shè)的部分隧道中，其中主要的工程質(zhì)量問(wèn)題表現(xiàn)為噴射混凝土的強(qiáng)度不足或與圍巖之間出現(xiàn)孔洞現(xiàn)象。而支護(hù)與圍巖之間存在孔洞時(shí)會(huì)極大地影響隧道的安全使用，是因?yàn)檫@些孔洞導(dǎo)致了圍巖松弛，使彎曲應(yīng)力在支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生，進(jìn)而破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)的功能，降低其承載能力。經(jīng)大量的工程實(shí)踐分析，筆者認(rèn)為初砌產(chǎn)生混凝土孔洞的原因主要包括:鋼筋和預(yù)埋件過(guò)于密集，致使混凝土無(wú)法將模板填滿;沒(méi)有按規(guī)程順序振搗混凝土，產(chǎn)生漏振現(xiàn)象;混凝土坍落度太小，無(wú)法振搗密實(shí);混凝土中混有雜質(zhì)，如硬塊或其他大件雜物;沒(méi)有按規(guī)定程序下料，導(dǎo)致振搗不均或來(lái)不及振搗。防治出現(xiàn)混凝土孔洞的具體措施有:混凝土配比中粗骨料最大粒徑應(yīng)滿足規(guī)范要求;專人跟班隨時(shí)檢查以防出現(xiàn)漏振;施工時(shí)檢查每盤到現(xiàn)場(chǎng)的混凝土，保證其流動(dòng)性符合現(xiàn)場(chǎng)澆筑條件;將砂、石中混有粘土塊或冰塊等雜物清除干凈，并且在正澆筑的混凝土中防止雜物落入，如發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理。

7隧道混凝土露筋

在隧道蜂窩中已提及隧道混凝土露筋主要是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的主筋、副筋或箍筋等露于混凝土表面的現(xiàn)象。而產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因主要有:沒(méi)有布設(shè)鋼筋墊塊或墊塊數(shù)量不足，位置不正確，使得鋼筋緊貼模板而發(fā)生外露;出現(xiàn)大于鋼筋間距的粗骨料粒徑，或者出現(xiàn)混凝土漏振以及鋼筋骨架中存在雜物，導(dǎo)致鋼筋發(fā)生外露;鋼筋變形位移引起混凝土露筋，而這些變形是由于混凝土泵管、振動(dòng)棒等機(jī)械的反復(fù)沖擊、工人踩踏或振動(dòng)器碰觸鋼筋而造成的;不當(dāng)?shù)幕炷僚浜媳犬a(chǎn)生離析，導(dǎo)致模板嚴(yán)重漏漿出現(xiàn)露筋。避免出現(xiàn)混凝土露筋可以通過(guò)提高工人的質(zhì)量意識(shí)、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、確保鋼筋準(zhǔn)確布位、綁扎牢靠、確保保護(hù)層墊塊足夠穩(wěn)固等措施予以保障。如果出現(xiàn)表面露筋現(xiàn)象，應(yīng)在準(zhǔn)確分析露筋的原因和嚴(yán)重程度的基礎(chǔ)上，及時(shí)有效地進(jìn)行修補(bǔ)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)和使用的目的。在修補(bǔ)過(guò)程中不得改變影響混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度和使用。

8隧道滲漏水

隧道工程滲漏水，會(huì)極大程度的影響到結(jié)構(gòu)安全性能，而且使工程的使用年限和使用功能大大降低。這是因?yàn)闈B漏水容易銹蝕混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，會(huì)溶失鋼筋混凝土內(nèi)部氫氧化鈣，進(jìn)而加快結(jié)構(gòu)混凝土的堿骨料反應(yīng)。在一定程度上還會(huì)造成能耗損失以及成本提升。隧道滲漏水的主要表現(xiàn)形式有拱頂出現(xiàn)滲水、滴水現(xiàn)象;拱腳、伸縮縫以及側(cè)墻出現(xiàn)不同程度的滲水、淌水現(xiàn)象;在冬天則容易導(dǎo)致頂部出現(xiàn)冰掛，側(cè)墻形成冰柱，道床形成冰堆、冰坡等現(xiàn)象。造成隧道滲漏的原因主要有:混凝土的滲透性差，防水板沒(méi)嚴(yán)密焊接，排水管堵塞以及施工縫存在質(zhì)量問(wèn)題等。防治隧道滲漏水的具體措施:采用高性能混凝土以及控制水泥用量，來(lái)加強(qiáng)混凝土自身防滲能力;使用合格的襯砌防水材料;清除圍巖表面突出物體，保證平順;為了確保連接強(qiáng)度，防水板采用熱溶焊接;環(huán)、縱向排水管必須嚴(yán)格按操作規(guī)程施工，同時(shí)應(yīng)該做好排水管的保護(hù)工作，防止出現(xiàn)砂漿滲入堵塞現(xiàn)象;為了保證排水暢通應(yīng)采用橫向排水管引至排水溝的方式。

9結(jié)語(yǔ)

綜合實(shí)踐，各種或大或小的災(zāi)害已經(jīng)對(duì)隧道工程的施工和使用過(guò)程中造成了很大的影響，并且增大了工程投資。所以，防患于未然顯得尤為重要。首先，在施工過(guò)程中需要克服現(xiàn)場(chǎng)巖性與設(shè)計(jì)出現(xiàn)較大誤差帶來(lái)的影響，對(duì)變化復(fù)雜的地質(zhì)條件以及巖層的交混、產(chǎn)狀多變以及地質(zhì)構(gòu)造作用等客觀地質(zhì)因素做好充分的心理準(zhǔn)備以及施工應(yīng)對(duì)手段的準(zhǔn)備;其次，應(yīng)該嚴(yán)格遵守隧道施工規(guī)范以及規(guī)程的要求進(jìn)行施工，同時(shí)應(yīng)該及時(shí)的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn);最后，在施工過(guò)程中綜合利用多種監(jiān)測(cè)手段，取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分了解設(shè)計(jì)階段與施工階段的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及隧道工程中支護(hù)系統(tǒng)與圍巖之間呈現(xiàn)出的錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，以確保隧道施工得以安全有效地進(jìn)行。

作者：何暉 李渭陽(yáng) 單位：西安工業(yè)大學(xué)