第ｌＯ期 北 方 交 通 ・５５・ 既有隧道衬砌病害处治技术探讨 王庆国 （陕西铁路工程职业技术学院，渭南７１４０００） 摘要：详细分析了常见隧道衬砌病害形成的原因，并在此基础上探讨了隧道衬砌病害处治的相关技术。 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—６０５２（２０１０）１０—００５５—０３ 关键词：隧道；病害；衬砌；处治 中图分类号：Ｕ４５７ ．２ 近年来，伴随着大量隧道工程的修建，隧道病害 也随之而来，如衬砌裂损、隧道渗漏水、基底下沉和 底鼓等。这些病害已影响车辆的正常行驶，甚至危 及行车安全。为了使出现病害的隧道减少，有必要 研究隧道病害的有关问题。本文拟就其中常见的隧 道衬砌病害进行分析，并提出相应的处治技术措施。 １ 隧道衬砌病害成因 砌厚度不够、强度不足，衬砌背后回填不密实，运营 后会出现结构的变形和裂损。 （８）运营维护的影响：如果养护工作不及时跟 上或病害整治效果差，将会加剧或产生衬砌的裂损。 ２ 隧道衬砌病害处治技术 ２．１ 隧道村砌病害处治原则 （１）必须充分了解隧道病害处治方案、设计意 隧道衬砌病害主要包括衬砌裂损和衬砌变形， 其表现为隧道衬砌的各类裂缝、勾缝脱落、压溃、错 台、断面变形或缩小等。 造成衬砌病害的原因主要有： （１）地质的影响：当围岩压力过大或分布不均 图和技术要求，严格遵循设计和施工规范的有关规 定。 （２）应认真分析裂缝产生的原因和性质，根据 不同受力情况和使用要求，分别采取不同的治理方 法。 匀，超过衬砌实际强度和刚度时，衬砌就会产生裂 缝、变形或位移，严重时会产生局部掉块、失稳，甚至 拱坍墙倒。 （２）地形的影响：隧道在傍山临水时容易产生 偏压，当洞顶覆盖层较薄时，易造成衬砌开裂。 （３）地下水的力学影响：地下水的动静压力、严 （３）裂缝处理后应能保证结构原有的承载能 力、整体性以及防水、抗渗性能。 （４）防止进一步人为的损伤结构，尽量避免大 动大补，并尽可能保持原结构的外观。 （５）处理方法应从实际出发，在安全可靠的基 础上，要考虑技术上的可能性，力求施工简单易行， 以符合经济合理的原则。 ２．２ 稳固隧道围岩的工程措施 寒地区的冻胀力和地下水作用于隧道体周围的软弱 破碎岩层，导致衬砌周围出现空洞等约束不均匀，都 有可能造成衬砌开裂。 （１）治水稳固岩体 地下水的浸泡与活动对遇水软化围岩的强度削 弱最大。通过疏干围岩含水，并采取相应治水措施 是稳固岩体的根本措施之一，但注意环境受地下水 影响敏感或地下水大量流失易造成环境破坏的地段 （４）衬砌结构形式的影响：由于衬砌计算时的 假定与实际受力状态有一定差异，当差异较大时，容 易引起衬砌开裂。 （５）地震的影响：由于抗震设防考虑不足，造成 衬砌开裂。 慎用。 （２）锚杆加固岩体 对较好的岩体（小于Ｖ级），自衬砌内侧向围岩 内打人一定数量和长度（３～５ｍ）的金属锚杆、砂浆 锚杆，可以把不稳定的岩块固定在稳定的岩体上，提 高破损围岩的黏结力，形成一定厚度的承载拱；在水 （６）地下水环境的腐蚀作用：由于有的隧道地 下水具有腐蚀性，对钢筋混凝土的腐蚀没有具体应 对措施，导致衬砌结构耐久性不足而损坏。 （７）施工方法与施工质量的影响：由于施工方 法不同、施工质量不好，造成围岩松动，压力增大，衬 ・５６・ 北 方 交 通 （２）嵌补加固 ２０ｌＯ 平层状的岩石中把数层岩层串联成一个组合梁，与 衬砌共同承受外荷载。对松散破损的岩体采用锚杆 加固不仅可以有效地控制岩体的变形和提高其稳定 对已呈稳定暂不发展的裂隙，如果不能采取压 浆加固则可以采取嵌补，即将裂缝修凿剔深，在缝口 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。 （３）注浆加固岩体 通过向破损松动的岩体压入水泥浆液和其他化 学浆液加固围岩，疏散地下水对围岩的浸泡与渗入 衬砌，使衬砌背后形成一个１—４ｍ厚的人工固结 圈，就能有效地稳固岩体，防止地下水的渗入，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，有利于衬砌结构的受力和防水。 如果衬砌有防排水系统，不宜采用上述锚杆、注 浆加固岩体方法。 （４）支挡加固岩体 对靠山、沿河偏压隧道或滑坡地带，可采用支挡 措施，包括设支挡墙、锚固沉井、锚固钻（挖）孔桩等 来预防山体失稳与滑坡，这种工程措施只能用于洞 外整治。 （５）回填与换填 如果衬砌外周围存在着各种大小的空隙（如超 挖而没有回填等），不仅使地层压力分布产生不利 影响，而且使得衬砌结构失去周边的有利支撑条件， 不能使衬砌的承载能力得到更大的发挥。此时应采 取回填措施，用砂浆或混凝土将围岩空隙回填密实。 如果隧底存在厚度不大的软弱不稳定的岩体或 有不稳定的充填物，可以采取换填办法处理。 ２．３ 隧道村砌更换与加固 已裂损的衬砌一般均有相当大的支护潜力，可 以充分利用，仅在没有加固条件或经济上不合理的 情况下，或者根据长远技术改造规划的要求才采用 更换衬砌的办法。加固工程的主要方法如下： （１）压浆加固 ①圬工体内压浆。衬砌裂损发展非常缓慢或者 已呈稳定时，可以进行圬工体内压浆，一般以压环氧 树脂浆为主，并选择无水季节施工。 ②衬砌背后压浆加固。主要是针对衬砌的外鼓 和整修侧移。在拱后压浆增加拱的约束可以提高衬 砌刚度和稳定性。一般可以局部应用，主要在发生 外鼓变形的部位使用。 如果衬砌同时存在外鼓与内鼓部位，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固措施，最后再对 全断面进行整体加固。 处用水泥浆、环氧树脂砂浆或环氧树脂混凝土进行 嵌补。 对发展较快的裂损，为确保安全，可以采取刚拱 架ｌ临时加固，只加固拱部时用上部拱架加固，拱架脚 可以嵌人墙顶或支撑于埋在墙顶的牛腿上，并加纵 向连结。如果要全断面加固则可用长腿刚拱架。为 了增加纵向抗弯能力，支撑纵向应加强连接，如果隧 道内部净空条件不足，刚拱架可以部分或全部嵌入 被加固的圬工体内，并在刚拱架之间再加纵向连结， 然后灌注混凝土做成薄套拱型，如图１所示。 此法在衬砌厚度太薄或衬砌严重破损碎裂时不 能采用。 钢轨拱架 垫板 图１ 嵌补加固 （３）喷锚加固 对裂损衬砌的所有内鼓变形和内向移动的裂损 部位，采用（预应力）锚杆加固岩体（如图２所示）是 有效的，此时锚杆即可沿内缘张裂纹的走向两边布 置，做局部加固，也可做全断面加固，将衬砌与岩体 嵌固在一起，形成一个均匀压缩带，以增强围岩的稳 定性，提高支护结构的承载能力。采用此法时应检 查衬砌厚度、背后超挖回填及围岩整体性情况。锚 杆的设置应在衬砌的背后压浆后两个星期进行。锚 杆的锚固段应设在稳定围岩中。对于衬砌上的裂纹 应及时嵌填。 圆锥形高压区 图２喷锚加固 喷混凝土可以使所有已裂损的圬工块体紧密结 合，阻止这些块体的松动，同时在喷射压力作用下嵌 入裂缝内一定深度，使裂缝重新闭合，增强裂损衬砌 的整体性，较大幅度的提供裂损衬砌的承载能力，达 第ｌＯ期 王庆国：既有隧道衬砌病害处治技术探讨 ・５７・ 到加固的目的。必要时也可以在喷层中加入钢筋网 用于防止收缩裂纹，提高加固结构的整体性和抗震、 抗冲切能力。 伴有片块剥落，严重错台，侵入净空限界，使原衬砌 失去使用功能，则应考虑拆除旧的衬砌结构，重新施 作新的衬砌。 喷锚加固是较为常用的加固衬砌裂损的措施。 （４）套拱加固 重新施作的衬砌混凝土要适应抽换地段的地质 条件、受力要求，一般来讲应比原衬砌混凝土有所加 强，如混凝土等级的提高、混凝土厚度的增加或由无 筋混凝土改成有筋混凝土等等。 （６）其他加固手段 如果混凝土质量差，厚度不够，或受机车煤烟侵 蚀，掉块剥落严重，并且拱顶净空有富余时，可对衬 砌拱部加筑套拱（如图３所示）或全断面加筑套拱 （如图４所示）。如果隧道内净空条件不足，可以采 当仅有墙脚内移而不下沉和隧底岩土隆起时， 取落道加套拱的办法。套拱与原衬砌间用西１６～ １ ８ｍｍ的钢筋纤钉锚接，纤钉埋入原拱２０ｃｍ左右作 为钢筋的生根处。套拱中的主筋也可用钢拱架、格 栅来代替，其间距为５０—８０ｅｒａ，纵向用拉杆焊接。 套拱用强度等级不低于Ｃ２０的混凝土灌注，其厚度 为２０—３０ｃｍ。套拱拆模后要进行压浆，以填充其背 后空隙，使新旧拱圈联成整体。当拱部灌注混凝土 难度较大时，可以采用喷混凝土、网喷混凝土和喷钢 纤维混凝土进行加固。事实上，套拱加固已日益被 喷锚加固所代替。 套拱 凿除 图３拱部套拱加固 锚 周 钉 图４全断面套拱加固 （５）结构抽换 结构抽换是指拆除原隧道衬砌混凝土，重新施 作新的衬砌混凝土。抽换的范围可以是全断面，也 可以是拱墙，或是只进行拱部抽换。 隧道衬砌结构如果裂缝交错分布，密度较大，并 可在墙基处增设混凝土支撑以扩大基础（如图５所 示）。要求与钢轨、轨枕不发生挤压，尺寸一般为 ４０ｅｒａ×４０ｃｍ，间距１．５—２．Ｏｍ。 隧底围岩软弱下沉或隧底填充上鼓时，可加设 仰拱（如图６所示）。边墙基底软弱时，可将墙基延 伸至坚实稳固的岩层或增设仰拱。若隧底或墙基下 因溶洞或其他洞穴而引起衬砌结构开裂时，可加设 钢筋混凝土托梁，使墙基与道床设于钢筋混凝土托 梁上。 Ｖ， —＜二 ＜ 三 ＼＼二 — 、 Ｕ 图５ 墙基混凝土支撑加固 图６增设仰拱加固 ４ 结束语 隧道病害处治是一种技术难度大、风险高的特 殊工作，处治绝不允许失败和再次处治。病害处治 设计时，首先必须对隧道病害进行全面、客观、准确 的检测，并对病害原因进行全面分析，这是处治设计 的基础。在检测与分析的基础上，根据隧道病害的 严重程度、病害类别等，综合比较各种处治方案后确 定安全、合理的设计方案。隧道病害处治要综合运 用各种技术，确保处治施工的质量和效果，要坚持 “一次根治，不留后患”的治理原则。 ・５８・ 北 方 交 通 ２０１０ 高速公路隧道围岩压力与位移的聚类分析 王丹微 ，庞大鹏２ （１．吉林建筑工程学院岩５：７－程教研室，长春１３００２１；２：东北电力设计院勘测公司，长春１３００００） 摘要：通过对某高速公路隧道监测断面围岩压力和位移监测资料的分析研究发现：隧道围岩接触压力、位移 及时间等监测值之间有着明显的相关・ｔ￣－；／ｇｇ］数据挖掘软件ＳＰＳＳ对隧道围岩的压力与位移监测值进行了聚类分 析，可以找出二次衬砌施工的合理时机，提高隧道施工的安全性，从而达到指导隧道的设计与施工的目的。 关键词：隧道围岩；压力；位移；聚类分析；ＳＰＳＳ；二衬施做 中图分类号：Ｕ４５６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—６０５２（２０１０）１０—００５８—０４ １ 引言 程经验，判断围岩支护结构是否安全、经济。这种方 隧道围岩的现场监控法是采用现代量测技术， 一边施工一边进行各种量测，将量测得到的信息反 馈到设计中。一般来说，从工程地质角度，现场量测 的数据主要包括隧道掌子面各处围岩的压力与位 法需要丰富的工程经验，没有牢固的理论依据，可靠 度不高。因此，当前，非常有必要对量测的数据进行 合理、快速、相对精确的分析与处理，从理论层面上 指导隧道的设计与施工，保证隧道工程的安全。 ２ 隧道围岩量测数据分析方法 移，而这些数据量往往很大，如何对监测得到的大量 数据进行快速的处理和分析，及时反馈指导设计和 施工成为了摆在我们面前的一个课题。 由于隧道结构计算分析的复杂性，目前对隧道 围岩量测数据的分析大部分都停留在感性、经验的 本文采用聚类分析的方法，对某高速公路隧道 围岩监控量测数据，即围岩压力、位移进行系统的分 析。现对聚类分析的理论方法做简要的介绍。 聚类分析是直接比较各事物之间的性质，将性 层面上，或只是对其进行简单的统计分析。只有在 少数科研项目、重点工程中才深入开展量测数据分 质相近的归为一类，将性质差别较大的归入不同的 类。判别分析则先根据已知类别的事物的性质，利 用某种技术建立函数式，然后对未知类别的新事物 进行判断以将之归人已知的类别中。 析，其分析结果的合理性也有待于在实践中检验。 经验法和工程类比法成为目前隧道设计施工的主要 方法：在施工过程中，技术人员将量测数据绘制成时 间曲线，或者单纯根据量测值的大小，比照以往的工 参考文献 ［１］关宝树．隧道工程维修管理要点集［Ｍ］．北京：人民交通出版社 ２００４． 根据聚类方法的不同，聚类分析可以分为系统 聚类法、Ｋ一均值聚类法、有序样品聚类法、模糊聚 ［５］罗杰，温泉，周东勇．高速公路隧道病害整治技术探讨［Ｊ］・隧道 建设，２００５，２５（４）：４４—４６． ［６］雷升祥，张秋样，刘泽．隧道衬砌病害与施工质量的控制［Ｊ］．西 部探矿工程，１９９９，ｌ１（２）：９７—９９． ［２］方利成等．隧道工程病害防治图集［Ｍ］．北京：中国电力出版社 ２ｏｏ１． ［７］陈礼伟．浅析隧道病害产生的原因［Ｊ］．隧道建设，２００４，２４（２）： ８３—８５． ［３］杨新安，黄宏伟．隧道病害与防治［Ｍ］．上海：同济大学出版社 ２０ｏ３． ［８］吴梦军，张永兴，刘新荣．公路隧道病害处治技术研究［Ｊ］．地下 空间与工程学报，２００７，３（５）：９６７—９７１． ［４］宋秀清，刘杰．隧道施工［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００９． Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｄｅｆｅｃｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ Ｌｉｎｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｔｕｎｎｅｌ；Ｄｅｆｅｃｔ；Ｌｉｎｉｎｇ；Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
