淺析隧道病害產生的原因
發布時間：2010-01-14 共1頁
1 引言
隨著我國經濟的發展，隧道及地下工程的建設正處于迅速發展階段，相應修建的隧道也越來越多。但是，由于隧道工程的特殊性，受地質、設計、施工、運營及運營管理和維修等因素的影響，出現的隧道病害也越來越多，有些隧道的病害已影響車輛的正常行使，甚至危及行車安全。為了使出現病害的隧道減少，有必要研究隧道出現病害的原因及相應的措施。
每當人們遇到隧道病害時，僅為了分析隧道病害產生的原因就需花費不少人力、物力、財力，即便如此，也未必能找到真正的原因，本文僅簡要分析產生隧道病害的幾種可能性，提醒人們預先注意。
2 隧道病害分類
根據病害的表現形式，隧道病害可分為襯砌開裂、襯砌漏水、隧道基底翻漿冒泥等。在進行隧道病害整治前，需對產生隧道病害的原因進行調查、分析，只有在調查清楚原因后，才能做到有的放矢，根據病害產生的原因，采取有針對性的工程措施。
如襯砌開裂，其性質有的屬于受彎拉引起的，有的屬于受剪切引起的，有的屬于受壓引起的，至于為何會出現開裂，既可能是施工質量問題，也可能是設計存在缺陷，或多種因素綜合造成的，只有具體問題具體分析，很難一概而論。同樣，針對產生原因的不同，相應的處理措施也不盡相同。從產生的原因出發，隧道病害一般可分為選線不當引起的病害、設計不合理可能預留的病害、施工不當預留的病害及維護不當引起的病害。
3 選線不當引起的病害
2O世紀5O年代修建的寶成線，限于當時的施工技術水平，采取“晚進洞早出洞”原則，線路采用小半徑傍河蜿蜒繞行，采用路塹和短隧道群，隧道洞口多為高路塹高仰坡。由于復雜的地質、地形條件，造成崩塌、落石、滑坡、泥石流等病害量發生，經常造成洞口堵塞、襯砌開裂、泥石流倒灌，導致鐵路運輸中斷，修建明洞的工作從未停止過，有的明洞接長不止一次，如桑樹梁隧道，曾三次接長明洞，一遇雨季仍經常出現險情，中斷行車，最后只好改線繞行。
20世紀60年代后，雖然隧道選線貫徹“早進晚出”原則，但地質工作仍未引起足夠重視，在缺少可信的地質資料情況下確定隧道的位置，有的隧道穿越古錯落體、滑動帶、巖溶區暗河中等構造復雜或不良地段，有些病害在施工中就出現了，有些病害運營后逐漸暴露。如處于古錯落體上的陽安線新漁壩隧道，處于不穩滑坡體上的襄渝線狗磨灣隧道，修建認為滑坡是淺層滑坡且是穩定的，但事實上是深層滑坡且處于不穩定狀態。
若選線不當，可能使隧道形成先天的不足，埋下了安全隱患（見表1）。由于選線不當造成的隧道病害，往往比根除由于施工質量形成的病害更難，要消除（減少）由選線引起的病害，只有把地質工作做好，嚴格按以下設計規范要求進行隧道位置的選擇：
①應選擇在穩定的地層中，不宜穿越工程地質、水文地質極為復雜和嚴重不良地段；
②長、特長隧道和重點隧道，位置的選擇應從區域地質來分析，通過多方案的比較來確定，盡可能不要從埡口通過；
③沿河傍山的隧道，隧道位置盡量向山側內移，盡可能采用長隧道代替短隧道群；
③應貫徹“早進晚出”原則，洞口不宜設在不良地質、排水困難的溝谷低洼或不穩定懸崖陡壁下，應盡可能避開嚴重的滑坡、崩坍、巖堆、危巖落石、泥石流等地段。
4 設計不合理可能預留的隧道病害
作為地下工程的隧道，其設計理念與地面工程不同，應該采取動態設計理念，動態設計是新奧法施工的精髓所在。通常意義上的設計僅作為初步設計或“預設計”，真正的設計應根據施工中出現的情況進行設計調整。但由于體制原因，凡在施工中出現的設計參數調整都屬于設計變更，手續非常復雜，有些業主甚至認為這是承包商的一種市場操作方式，誠然確實有些情況如此，但多數情況確實是地質情況變化了，不采取相應的措施調整，很難保證隧道施工及以后的運營安全。
目前，無論在鐵路隧道施工中，還是在公路隧道施工中，對設計參數的調整或變更多數僅依據圍巖級別，只有少數根據監測的動態數據參數進行調整；一般來說，出現目前意義上的設計變更，通常是出現了的塌方、變形、斷層、涌水、溶洞、煤系地層（或瓦斯）等情況，在隧道施工中距離真正意義上的動態設計還有一定差距，因此，難免由于設計上的缺陷增加了隧道病害出現的可能性：
①設計斷面形式不合理。如鐵路隧道Ⅲ、Ⅱ、I級圍巖一般采用直墻斷面、不設仰拱，若有膨脹性夾層或遇水易軟化的圍巖，尤其是這些不利巖層處于邊墻部位時，若仍采用直墻，邊墻很可能出現開裂現象，遇水易軟化的圍巖有可能造成邊墻基底承載力不足，產生不均勻沉降，出現裂紋（裂縫）或錯臺。
②初期支護能力不足，造成坍塌、變形過或使二次襯砌承受較圍巖壓力；
③二次襯砌安全儲備不足，如有些隧道施工中出現了比較的坍方，二次襯砌仍采用素混凝土，造成運營后素混凝土出現裂縫。
④排水設計不合理。對具有膨脹性、遇水軟化圍巖，應設置仰拱和深排水溝，事實上多數基底出現翻漿冒泥病害的隧道均存在基底積水、排水不暢等問題；
⑤ 未充分考慮混凝土的防腐蝕性，這主要是由于對地下水的腐蝕性調查不清楚造成的。
要盡量減少設計方面的不合理，可從體制上著手；
①建立設計監理；
②業主成立具有設計、施工等方面豐富經驗的專家顧問組對施工單位提出的變更進行審核；
③設計、施工實現真正意義上的聯合，實行投資總的承包方式。
5 施工不當預留的病害
隧道施工中可能會遇到軟弱圍巖、淺埋、跨偏壓、巖溶、涌水、斷層、瓦斯、高地應力、強地震、巖爆、膨脹巖、酸性水侵蝕、泥石流等地質災害，會給施工帶來很困難和阻力，造成塌方不斷，甚至造成人員傷亡。
① 回填不密實或存在空洞，由于超挖或坍方，沒有按規范認真做好回填或壓注漿工作，造成初期支護與圍巖之間留有較范圍的空隙，尤其是拱部；或二次襯砌澆筑原因使拱部或拱腰出現局部脫空現象，或混凝土振搗不密實。由于不密實或存在空洞，形成積水空間，使隧道出現滲漏水，或使隧道與圍巖不能形成一個有機整體，不能很好發揮圍巖的彈性抗力作用。
②施工中的偷工減料，造成塌方，而對塌方處理不徹底，預留不密實、脫空等缺陷；
③施工中的偷工減料，如錨桿數量、質量不符合設計要求，造成初期支護不足或支護安全儲備減弱，預留安全隱患；
④ 由于欠挖或變形過，造成二次襯砌厚度不足；
⑤所選防水材料不合格（不合理）或防水板的鋪設存有缺陷造成隧道滲漏水；
⑥所選水泥不合格或混凝土配比不合理，造成二襯混凝土強度不能滿足設計要求；
⑦混凝土骨料不合格，造成強度不足或不能滿足設計的特殊要求，若采用人工機制砂、石，除對骨料進行力學試驗外，還應進行各種成分含量分析。如某隧道用人工機制砂、石含有石膏，而未進行物理成分分析，在施工中未發現，結果二次襯砌施工后不到一年，整個混凝土襯砌已遭腐蝕，不但如此，其它隧道襯砌、橋梁樁基也采用由該隧道生產的廢碴加工的砂、石作為骨料，同樣造成了危害；
⑧在石灰巖地區特別應注意地下水，尤其是裂隙水的水質化驗，檢驗地下水是否具有腐蝕性。邊溝的水沒有腐蝕性，裂隙水未必不具有腐蝕性；
⑨在遇水軟化的圍巖中，隧底浮碴未清理干凈就澆注仰拱或鋪墊層，易造成隧底翻漿冒泥；
施工預留的病害，有些是施工時無法預見的，有些是可以預見的。對無法預見的病害，只有通過不斷提高施工技術水平或檢測手段，以盡量減少；對可以預見的病害可以采取以下措施：a選擇有經驗的、有資質的施工、監理單位；b加強施工單位或施工人員的質量安全意識教育，施工單位應健全質量檢查和質量控制管理體系；c加強監理的監理力度；d業主應建立相應的監督體系，同時加獎懲的力度，e引入第三方檢測制度，對工程質量進行跟蹤監督檢查。
6 維護不當引起的病害
維護不當主要指未能及時發現、及時處理，或處理措施不合理使得小的缺陷發展成病害。
①洞外排水系統遭破壞，未及時修復，可能使或增加隧道滲漏水的可能；
②洞內水溝被堵，造成基底積水，可能使基底圍巖軟化，產生翻漿冒泥；
③對出現的小的裂紋（縫）、小（少）的滲漏水重視不夠，或預見不足，未能采取有效措施，遏制其發展；
④對已出現病害的隧道，或病害原因分析不清楚，或處理措施不當，或處理不徹底，造成病害繼續發展，形成更的病害或形成危害。
其實隧道病害的發展是一個漸變過程，若在隧道運營階段發現病害后，能夠及時加以有針對性的整治，是可以使病害產生的危害減小到最低程度。
7 結語
一般說來維護不當僅是隧道產生病害的外因，隧道病害的真正原因是隧道由于選線、設計或施工方面等存在缺陷，使得隧道本身存在隱患，因此要減少（或消除）隧道病害，盡可能消除人為因素在選線、設計、施工等方面的不合理可能造成的隧道病害。
隨著我國經濟的發展，隧道及地下工程的建設正處于迅速發展階段，相應修建的隧道也越來越多。但是，由于隧道工程的特殊性，受地質、設計、施工、運營及運營管理和維修等因素的影響，出現的隧道病害也越來越多，有些隧道的病害已影響車輛的正常行使，甚至危及行車安全。為了使出現病害的隧道減少，有必要研究隧道出現病害的原因及相應的措施。
每當人們遇到隧道病害時，僅為了分析隧道病害產生的原因就需花費不少人力、物力、財力，即便如此，也未必能找到真正的原因，本文僅簡要分析產生隧道病害的幾種可能性，提醒人們預先注意。
2 隧道病害分類
根據病害的表現形式，隧道病害可分為襯砌開裂、襯砌漏水、隧道基底翻漿冒泥等。在進行隧道病害整治前，需對產生隧道病害的原因進行調查、分析，只有在調查清楚原因后，才能做到有的放矢，根據病害產生的原因，采取有針對性的工程措施。
如襯砌開裂，其性質有的屬于受彎拉引起的，有的屬于受剪切引起的，有的屬于受壓引起的，至于為何會出現開裂，既可能是施工質量問題，也可能是設計存在缺陷，或多種因素綜合造成的，只有具體問題具體分析，很難一概而論。同樣，針對產生原因的不同，相應的處理措施也不盡相同。從產生的原因出發，隧道病害一般可分為選線不當引起的病害、設計不合理可能預留的病害、施工不當預留的病害及維護不當引起的病害。
3 選線不當引起的病害
2O世紀5O年代修建的寶成線，限于當時的施工技術水平，采取“晚進洞早出洞”原則，線路采用小半徑傍河蜿蜒繞行，采用路塹和短隧道群，隧道洞口多為高路塹高仰坡。由于復雜的地質、地形條件，造成崩塌、落石、滑坡、泥石流等病害量發生，經常造成洞口堵塞、襯砌開裂、泥石流倒灌，導致鐵路運輸中斷，修建明洞的工作從未停止過，有的明洞接長不止一次，如桑樹梁隧道，曾三次接長明洞，一遇雨季仍經常出現險情，中斷行車，最后只好改線繞行。
20世紀60年代后，雖然隧道選線貫徹“早進晚出”原則，但地質工作仍未引起足夠重視，在缺少可信的地質資料情況下確定隧道的位置，有的隧道穿越古錯落體、滑動帶、巖溶區暗河中等構造復雜或不良地段，有些病害在施工中就出現了，有些病害運營后逐漸暴露。如處于古錯落體上的陽安線新漁壩隧道，處于不穩滑坡體上的襄渝線狗磨灣隧道，修建認為滑坡是淺層滑坡且是穩定的，但事實上是深層滑坡且處于不穩定狀態。
若選線不當，可能使隧道形成先天的不足，埋下了安全隱患（見表1）。由于選線不當造成的隧道病害，往往比根除由于施工質量形成的病害更難，要消除（減少）由選線引起的病害，只有把地質工作做好，嚴格按以下設計規范要求進行隧道位置的選擇：
①應選擇在穩定的地層中，不宜穿越工程地質、水文地質極為復雜和嚴重不良地段；
②長、特長隧道和重點隧道，位置的選擇應從區域地質來分析，通過多方案的比較來確定，盡可能不要從埡口通過；
③沿河傍山的隧道，隧道位置盡量向山側內移，盡可能采用長隧道代替短隧道群；
③應貫徹“早進晚出”原則，洞口不宜設在不良地質、排水困難的溝谷低洼或不穩定懸崖陡壁下，應盡可能避開嚴重的滑坡、崩坍、巖堆、危巖落石、泥石流等地段。
4 設計不合理可能預留的隧道病害
作為地下工程的隧道，其設計理念與地面工程不同，應該采取動態設計理念，動態設計是新奧法施工的精髓所在。通常意義上的設計僅作為初步設計或“預設計”，真正的設計應根據施工中出現的情況進行設計調整。但由于體制原因，凡在施工中出現的設計參數調整都屬于設計變更，手續非常復雜，有些業主甚至認為這是承包商的一種市場操作方式，誠然確實有些情況如此，但多數情況確實是地質情況變化了，不采取相應的措施調整，很難保證隧道施工及以后的運營安全。
目前，無論在鐵路隧道施工中，還是在公路隧道施工中，對設計參數的調整或變更多數僅依據圍巖級別，只有少數根據監測的動態數據參數進行調整；一般來說，出現目前意義上的設計變更，通常是出現了的塌方、變形、斷層、涌水、溶洞、煤系地層（或瓦斯）等情況，在隧道施工中距離真正意義上的動態設計還有一定差距，因此，難免由于設計上的缺陷增加了隧道病害出現的可能性：
①設計斷面形式不合理。如鐵路隧道Ⅲ、Ⅱ、I級圍巖一般采用直墻斷面、不設仰拱，若有膨脹性夾層或遇水易軟化的圍巖，尤其是這些不利巖層處于邊墻部位時，若仍采用直墻，邊墻很可能出現開裂現象，遇水易軟化的圍巖有可能造成邊墻基底承載力不足，產生不均勻沉降，出現裂紋（裂縫）或錯臺。
②初期支護能力不足，造成坍塌、變形過或使二次襯砌承受較圍巖壓力；
③二次襯砌安全儲備不足，如有些隧道施工中出現了比較的坍方，二次襯砌仍采用素混凝土，造成運營后素混凝土出現裂縫。
④排水設計不合理。對具有膨脹性、遇水軟化圍巖，應設置仰拱和深排水溝，事實上多數基底出現翻漿冒泥病害的隧道均存在基底積水、排水不暢等問題；
⑤ 未充分考慮混凝土的防腐蝕性，這主要是由于對地下水的腐蝕性調查不清楚造成的。
要盡量減少設計方面的不合理，可從體制上著手；
①建立設計監理；
②業主成立具有設計、施工等方面豐富經驗的專家顧問組對施工單位提出的變更進行審核；
③設計、施工實現真正意義上的聯合，實行投資總的承包方式。
5 施工不當預留的病害
隧道施工中可能會遇到軟弱圍巖、淺埋、跨偏壓、巖溶、涌水、斷層、瓦斯、高地應力、強地震、巖爆、膨脹巖、酸性水侵蝕、泥石流等地質災害，會給施工帶來很困難和阻力，造成塌方不斷，甚至造成人員傷亡。
① 回填不密實或存在空洞，由于超挖或坍方，沒有按規范認真做好回填或壓注漿工作，造成初期支護與圍巖之間留有較范圍的空隙，尤其是拱部；或二次襯砌澆筑原因使拱部或拱腰出現局部脫空現象，或混凝土振搗不密實。由于不密實或存在空洞，形成積水空間，使隧道出現滲漏水，或使隧道與圍巖不能形成一個有機整體，不能很好發揮圍巖的彈性抗力作用。
②施工中的偷工減料，造成塌方，而對塌方處理不徹底，預留不密實、脫空等缺陷；
③施工中的偷工減料，如錨桿數量、質量不符合設計要求，造成初期支護不足或支護安全儲備減弱，預留安全隱患；
④ 由于欠挖或變形過，造成二次襯砌厚度不足；
⑤所選防水材料不合格（不合理）或防水板的鋪設存有缺陷造成隧道滲漏水；
⑥所選水泥不合格或混凝土配比不合理，造成二襯混凝土強度不能滿足設計要求；
⑦混凝土骨料不合格，造成強度不足或不能滿足設計的特殊要求，若采用人工機制砂、石，除對骨料進行力學試驗外，還應進行各種成分含量分析。如某隧道用人工機制砂、石含有石膏，而未進行物理成分分析，在施工中未發現，結果二次襯砌施工后不到一年，整個混凝土襯砌已遭腐蝕，不但如此，其它隧道襯砌、橋梁樁基也采用由該隧道生產的廢碴加工的砂、石作為骨料，同樣造成了危害；
⑧在石灰巖地區特別應注意地下水，尤其是裂隙水的水質化驗，檢驗地下水是否具有腐蝕性。邊溝的水沒有腐蝕性，裂隙水未必不具有腐蝕性；
⑨在遇水軟化的圍巖中，隧底浮碴未清理干凈就澆注仰拱或鋪墊層，易造成隧底翻漿冒泥；
施工預留的病害，有些是施工時無法預見的，有些是可以預見的。對無法預見的病害，只有通過不斷提高施工技術水平或檢測手段，以盡量減少；對可以預見的病害可以采取以下措施：a選擇有經驗的、有資質的施工、監理單位；b加強施工單位或施工人員的質量安全意識教育，施工單位應健全質量檢查和質量控制管理體系；c加強監理的監理力度；d業主應建立相應的監督體系，同時加獎懲的力度，e引入第三方檢測制度，對工程質量進行跟蹤監督檢查。
6 維護不當引起的病害
維護不當主要指未能及時發現、及時處理，或處理措施不合理使得小的缺陷發展成病害。
①洞外排水系統遭破壞，未及時修復，可能使或增加隧道滲漏水的可能；
②洞內水溝被堵，造成基底積水，可能使基底圍巖軟化，產生翻漿冒泥；
③對出現的小的裂紋（縫）、小（少）的滲漏水重視不夠，或預見不足，未能采取有效措施，遏制其發展；
④對已出現病害的隧道，或病害原因分析不清楚，或處理措施不當，或處理不徹底，造成病害繼續發展，形成更的病害或形成危害。
其實隧道病害的發展是一個漸變過程，若在隧道運營階段發現病害后，能夠及時加以有針對性的整治，是可以使病害產生的危害減小到最低程度。
7 結語
一般說來維護不當僅是隧道產生病害的外因，隧道病害的真正原因是隧道由于選線、設計或施工方面等存在缺陷，使得隧道本身存在隱患，因此要減少（或消除）隧道病害，盡可能消除人為因素在選線、設計、施工等方面的不合理可能造成的隧道病害。
