隧道工程災害及防治措施

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0前言

改革開放以來，隨著我國綜合國力不斷提高，在交通、水利水電、市政及地下工程開發(fā)利用等基礎設施領域均取得了不小的成就。近十年來，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。但是機遇與挑戰(zhàn)并存，在取得成就的同時亦面臨著危險。一方面因為在設計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，施工時在外地質(zhì)環(huán)境相對比較復雜。在這兩方面共同影響下，導致隧道工程在取得發(fā)展的同時也存在不少的安全問題，所以，研究隧道工程中潛在的安全隱患以及災害必不可少，以確保我國隧道工程在施工過程中能夠順利進行，同時滿足使用要求。

1隧道掘進中的超欠挖

隧道的超欠挖是根據(jù)隧道設計的開挖輪廓線為基準線的，將施工中實際開挖獲得的輪廓線和設計基準線相比較，超出基準線以外的部分稱之為超挖，而在基準線以內(nèi)的部分稱之為欠挖，在實際開挖中最理想的狀態(tài)就是和基準線相重合，即表示既無超挖也無欠挖。因此，其表現(xiàn)形式為在隧道開挖掘進過程中，發(fā)生上下左右輪廓超標。導致隧道超欠挖的原因包括以下方面:由于炮孔布置的測量錯誤或者不準確以及施工人員技術不嫻熟或者責任心不強導致布孔偏差，進而引起布孔位置偏離周邊孔的設計線偏內(nèi)產(chǎn)生欠挖，偏外產(chǎn)生超挖;炮孔鉆眼過程中孔眼不直發(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)育或者破碎嚴重的巖石隧道容易導致超挖。防治隧道出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象的具體措施:通過采取激光指向儀來控制隧道掘進的方向，增強隧道內(nèi)照明質(zhì)量;為了避免隧道內(nèi)來往車輛破壞導線點及中線點，必須嚴格按照規(guī)定要求將控制點設置在基礎上，除此之外，還要設置明顯標志及保護措施并且按規(guī)定要求對控制點進行復測;通過提高鉆孔精度和加強對司鉆人員的技術培訓把超欠挖值限制在最小范圍內(nèi)，同時為了確保孔位、孔深、傾斜度等達到規(guī)定要求，在讓司鉆人員熟練掌握鉆孔技術的前提下，嚴格按設計要求、操作細則和布置的孔位進行施鉆;在地質(zhì)條件發(fā)生變化時及時調(diào)整相關參數(shù)，在鉆孔過程中應當嚴格控制和及時調(diào)整孔眼位置和方向。

2隧道噴射混凝土脫層隆起

把通過壓縮空氣，將按一定配合比的混凝土拌和料通過運送管道高速噴射到受噴表面上并凝結硬化，進而形成混凝土保護層的過程稱之為噴射混凝土。在此過程中將混凝土噴射層與巖面不粘結的現(xiàn)象認定為隧道噴射混凝土脫層隆起。導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巖石;受噴巖面浮碴雜物未用壓力風、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;未用風、水清洗間隔噴混凝土前一層噴面上的浮碴;風壓和噴射距離不協(xié)調(diào)。預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巖石及浮碴雜物;采用鑿槽、埋管的方式引導疏干處理噴水、淋水、集中出水點的受噴面;噴射混凝土前進行試噴來確定風壓與噴射距離之間的是否協(xié)調(diào)。

3隧道錨桿拉力不足

在隧道施工過程中，初期支護就是隧道開挖以后，在圍巖穩(wěn)定能力不足的情況下，通過加以支護的方式使其進入穩(wěn)定狀態(tài)。在支護形式中比較常用就是錨桿，其作用原理就是通過技術手段從內(nèi)部加強圍巖穩(wěn)定性，提高圍巖的抗裂強度，改善圍巖的物理力學指標，并且還可以將不連續(xù)的巖體聯(lián)系在一起，進而增強圍巖整體性，同時充分發(fā)揮圍巖的自載能力。錨桿拉力不足就會導致錨桿安裝不牢固以及抗拔力不足，進而影響圍巖的承載力。究其原因，主要包括以下幾個方面:沒有足夠的錨固長度、灌漿不充分、錨桿包裹厚度不足、沒有處理干凈孔眼內(nèi)雜物、孔眼深度和錨桿長度不配套。防治隧道錨桿拉力不足的具體措施有:鉆孔直徑應和螺栓直徑相匹配;鉆孔孔深要滿足設計要求;壓漿前用壓力風或壓力水將孔眼沖洗干凈;注漿時應從孔底開始，并且確保均勻連續(xù)進行、中途不得中斷;安裝時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

作為長期保持隧道安全的重要結構，隧道襯砌必須同時滿足結構安全功能、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。而襯砌質(zhì)量的滿足既要通過理論上的合理設計，也依賴于現(xiàn)實情況的精心施工。在實際工程中，隨著大模板襯砌臺車、泵送混凝土等技術的應用隧道襯砌的質(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)了一些細節(jié)問題，如出現(xiàn)混凝土表面缺漿、麻面、蜂窩、鋼筋和石子外露、錯臺等問題。就麻面而言，導致其出現(xiàn)的原因有很多且不易被有效控制。主要包括:在混凝土澆筑前沒有清理干凈模板表面，拆模時導致粘損混凝土表面;鋼模板沒有被充分利用，有其他類型的模板夾雜其中;模板表面不均勻涂刷脫模劑，造成混凝土拆模時發(fā)生粘模;不嚴密的模板拼縫，導致混凝土澆筑時砂漿流失;混凝土振搗不夠，未排凈混凝土中殘留空氣。針對其產(chǎn)生的原因，預防麻面產(chǎn)生并防治的行之有效的技術有:認真清理模板表面，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;振搗手振搗時必須嚴格按操作規(guī)程分層均勻振搗密實，避免出現(xiàn)漏搗，止搗時也應該嚴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

隧道初襯過程中相對于麻面，另一種比較常見的災害就是蜂窩。出現(xiàn)蜂窩會導致鋼筋混凝土結構內(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:實際鋼筋尺寸超過設計尺寸，導致局部出現(xiàn)貼模板現(xiàn)象;混凝土澆筑振搗時，由于鋼筋墊塊偏移或脫落引起貼模板現(xiàn)象;鋼筋過密或者鋼筋混混凝土斷面較小，致使保護層厚度不夠?qū)е侣督睢７乐畏涓C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;墊塊應該按間距為1m的梅花狀的方式布設，鋼筋密集處根據(jù)實際情況適當加墊;收料時嚴格控制混凝土配比中的粗骨料最大尺寸，并且應符合規(guī)范要求;混凝土拆模過程中應嚴格按照規(guī)范規(guī)定強度進行。

6隧道初襯混凝土孔洞

隨著隧道數(shù)量的增加和設計速度的提高，不同程度的質(zhì)量問題均出現(xiàn)在已建成的和正在建設的部分隧道中，其中主要的工程質(zhì)量問題表現(xiàn)為噴射混凝土的強度不足或與圍巖之間出現(xiàn)孔洞現(xiàn)象。而支護與圍巖之間存在孔洞時會極大地影響隧道的安全使用，是因為這些孔洞導致了圍巖松弛，使彎曲應力在支護結構中產(chǎn)生，進而破壞支護結構的功能，降低其承載能力。經(jīng)大量的工程實踐分析，筆者認為初砌產(chǎn)生混凝土孔洞的原因主要包括:鋼筋和預埋件過于密集，致使混凝土無法將模板填滿;沒有按規(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，無法振搗密實;混凝土中混有雜質(zhì)，如硬塊或其他大件雜物;沒有按規(guī)定程序下料，導致振搗不均或來不及振搗。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滿足規(guī)范要求;專人跟班隨時檢查以防出現(xiàn)漏振;施工時檢查每盤到現(xiàn)場的混凝土，保證其流動性符合現(xiàn)場澆筑條件;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)應及時進行清理。

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構內(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:沒有布設鋼筋墊塊或墊塊數(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、振動棒等機械的反復沖擊、工人踩踏或振動器碰觸鋼筋而造成的;不當?shù)幕炷僚浜媳犬a(chǎn)生離析，導致模板嚴重漏漿出現(xiàn)露筋。避免出現(xiàn)混凝土露筋可以通過提高工人的質(zhì)量意識、加強監(jiān)測、確保鋼筋準確布位、綁扎牢靠、確保保護層墊塊足夠穩(wěn)固等措施予以保障。如果出現(xiàn)表面露筋現(xiàn)象，應在準確分析露筋的原因和嚴重程度的基礎上，及時有效地進行修補，使其達到設計和使用的目的。在修補過程中不得改變影響混凝土結構的強度剛度和使用。

8隧道滲漏水

隧道工程滲漏水，會極大程度的影響到結構安全性能，而且使工程的使用年限和使用功能大大降低。這是因為滲漏水容易銹蝕混凝土結構中的鋼筋，會溶失鋼筋混凝土內(nèi)部氫氧化鈣，進而加快結構混凝土的堿骨料反應。在一定程度上還會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，防水板沒嚴密焊接，排水管堵塞以及施工縫存在質(zhì)量問題等。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，來加強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;為了確保連接強度，防水板采用熱溶焊接;環(huán)、縱向排水管必須嚴格按操作規(guī)程施工，同時應該做好排水管的保護工作，防止出現(xiàn)砂漿滲入堵塞現(xiàn)象;為了保證排水暢通應采用橫向排水管引至排水溝的方式。

9結語

綜合實踐，各種或大或小的災害已經(jīng)對隧道工程的施工和使用過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，在施工過程中需要克服現(xiàn)場巖性與設計出現(xiàn)較大誤差帶來的影響，對變化復雜的地質(zhì)條件以及巖層的交混、產(chǎn)狀多變以及地質(zhì)構造作用等客觀地質(zhì)因素做好充分的心理準備以及施工應對手段的準備;其次，應該嚴格遵守隧道施工規(guī)范以及規(guī)程的要求進行施工，同時應該及時的總結經(jīng)驗教訓;最后，在施工過程中綜合利用多種監(jiān)測手段，取長補短，充分了解設計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系統(tǒng)與圍巖之間呈現(xiàn)出的錯綜復雜的關系，以確保隧道施工得以安全有效地進行。

作者：何暉 李渭陽 單位：西安工業(yè)大學