隧道病害及处理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,隧道病害及处理,1.1,隧道病害分级,1.1.1衬砌开裂的分级,1.1.2,渗漏水的分级,1.1.3衬砌剥落、剥离的分级,1.1.4衬砌材料劣化的分级,1.1.5,衬砌变形、移动、下沉的分级,1.1.6 其它病害的分级,1.1.1,衬砌开裂的分级,1.1.1.1,根据裂缝的宽度分级,1.,我国,铁路工务技术手册,-,隧道,分为四级,毛裂纹,(0.3,mm)、,小裂纹,(0.32,mm)、,中裂缝,(220,mm)、,大裂缝,(20,mm)。,2.,美国,铁路交通隧道和地下建筑物检查方法和程序,将隧道裂缝从,定性的角度分为,轻度的、中度的、重度,的三个等级。,3.,美国,公路和铁路交通隧道检查手册,对,非预应力混凝土衬砌,裂缝分,为,轻度的,(0.8,mm)、,中度的,(0.8,3.2,mm)、,重度的,(3.2,mm),三个等级,;,对,预应力混凝土衬砌,裂缝宽度,超过,0.1,mm,就认为是重度的,不超过,0.1,mm,是中度的。,4.,我国,铁路隧道设计规范,规定,钢筋混凝土衬砌结构构件,按荷载基本组,合所求得的,最大裂缝宽度不应大于,0.2,mm,。,5.,李治国,参考设计资料、调查资料、统计资料和整治经验,将隧道裂缝宽度影度,分为四级,即,轻微影响,(10m,宽度,a 5mm,且变形继续发展,拱部开裂呈块状,有可能掉落,;,A1(,严重,),:,L,为510,m,但,a 5mm;,开裂使衬砌呈块状,在外力,作用下有可能崩塌和剥落;,B(,较重,),:,L 5m,且5,mm a 3mm;,裂缝有发展,但速度不快;,C(,中等,),:,L 5m,且,a 3mm;,D(,轻微,),:,一般龟裂或无发展状态,1.1.1.3,根据图像分级。,Liu Zhiwei,将裂缝探测得到的图像进行处理,通过分析图像将裂缝检测结果分为,有裂缝、无裂缝、中间,状态三种情况。,该方法中所用的裂缝图像是用裂缝探测仪器检测得到的,检测结果比用人工检查更准确,但由于该分级体系是通过对图像处理中的附图分析后得到的,因此还需要对大量图像的分析,1.1.2,渗漏水的分级,1.,在我国的铁路隧道养护工作中根据渗漏水程度将渗漏水定性的分为润湿、渗水、滴水、漏水、射水、涌水六级。,2.,日本,道路隧道维持管理便览,将隧道渗漏水程度定性的分为渗出、滴水、流出、喷出四级,并且根据渗漏水的程度和渗漏水部位,(,拱部和边墙两个部位,),将渗漏水对隧道的影响也分为四级。,3.,美国,铁路交通隧道和地下建筑物检查方法和程序,将渗漏水从定性的角度分为轻度的、中度的、重度的三个等级。,4.,美国,公路和铁路交通隧道检查手册,中,对这个分级标准进行了量化,即轻度的,(,混凝土表面潮湿但无滴水,),、中度的,(,流量小于,30 滴/秒),、重度的,(,流量大于,30 滴/秒),。,5.,我国,铁路工务技术手册隧道,(,修订本,)中,将环境水在五类侵蚀类型下对衬砌混凝土的侵蚀程度从定量的角度分为三级。,6.,我国,铁路桥隧建筑物劣化评定标准,-,隧道,中,从定性的角度将隧道渗漏水对隧道功能影响程度分为五级,并将渗漏水的,p H,值对隧道衬砌的腐蚀程度定量地分为四级。,7.,地下工程防水技术规范,用定性描述和定量分级相结合地方法将隧道的防水等级分为四级。,8.,国外一种隧道防水分级方法,该方法按最大允许渗漏量从定量的角度将隧道防水等级分为七级,划分标准为,一级,(,肉眼看不出,),、二级,(1,L/d/m2)、,三级,(3,L/d/m2)、,四级,(13,L/d/m2)、,五级,(30,L/d/m2)、,六级,(100,L/d/m2)、,七级,(,不限制,),。,1.1.3,衬砌剥落、剥离的分级,日本铁路隧道根据落下的形状将剥落、剥离分为三级,即大于砖块大小定为危险级,与砖块差不多的定为迟早有危险级,;,与集料大小差不多的定为以后有危险级,判定时还应根据预计频率和线区列车密度来修正等级。日本,道路隧道维持管理便览,根据衬砌有无落下的可能将拱部的剥落分为危险,(,有落下的可能,),、无影响,(,无落下的可能,),两级,将边墙的剥落分为早晚有危险,(,有落下的可能,),、无影响,(,无落下的可能,),两级。在美国,公路和铁路交通隧道检查手册,中,剥落分为三级,即轻,度的(,表面砂浆流失深度小于,6,mm,可见到粗骨料,),、中度的,(,表面砂浆流失深度达,612,mm,粗骨料间的砂浆也有流失,),、重度的,(,砂浆和粗骨料均有流失,且深度达,25,mm,以上,);,剥离也分为三级,即轻度的,(,混凝土剥离的厚度小于,12,mm,或直径达,75150,mm)、,中度的,(,混凝土剥离的厚度达,1225,mm,或直径达,150,mm)、,重度的,(,混凝土剥离的厚度超过,25,mm,直径超过,150,mm)。,1.1.4,衬砌材料劣化的分级,日本铁路隧道和日本,道路隧道维持管理便览,采用衬砌有,效厚度,(,有效厚度指抗压强度大于,15,MPa,的部分,),与设计厚的比值作为衬砌材料劣化程度的分级划分指标。日本铁路隧道的分级为,当比值小于,1/2 时,定为危险级,;,当比值为,1/22/3 时,定为迟早有危险级,;,当劣化范围是极小部分时,可降低一级。日本,道路隧道维持管理便览,的分级为,当比值小于,1/2 时,定为早晚有危险级,;,当比值为,1/22/3 时,定为将来危险级,;,当比值大于,2/3 时,定为无影响级。我国,铁路桥隧建筑物劣化评定标准,-,隧道,采用定量与定性相结合的方法将衬砌材料劣化程度,分为五级。,1.1.5,衬砌变形、移动、下沉的分级,日本铁路隧道以净空位移量测的变形速度为衬砌变形的判,断指标,大于,10,mm/a,或2,mm/,月为危险级,310,mm/a,可定为,早晚有危险级,13,mm/a,可定为将来有危险级,;,当发展趋势是,加速时,要提高,1,级。日本,道路隧道维持管理便览,的分级类似,日本铁路隧道,以变形速度将衬砌的变形、移动、下沉分为四级,大于,10,mm/a,为危险级,310,mm/a,可定为早晚有危险级,;1,3,mm/a,可定为将来有危险级,小于,1,mm/a,为无影响级。我国,铁路桥隧建筑物劣化评定标准,-,隧道,的分级也类似日本铁路,隧道,但分为五级,增加了定性描述的极危险级,其它四级同日本,道路隧道分级。,1.,1.,6,其它病害的分级,冻害,:,我国,铁路桥隧建筑物劣化评定标准,-,隧道,从定性的,角度根据冻害对隧道功能影响程度将冻害分为五级。,鼓出,:,在美国,公路和铁路交通隧道检查手册,中,根据鼓出,后产生的孔洞的直径将鼓出分为轻度的,(,直径不大于,10,mm)、,中,度的,(,直径为,1050,mm)、,重度,的(,直径为,5075,mm),三级,当直,径大于,75,mm,时,鼓出就是剥离。,基底翻浆冒泥,:,冯晓燕,15,从定性的角度将隧道基底翻浆冒,泥的影响程度分为四级,即一级,(,基底未发生冒水、翻浆冒泥和沉,陷,),、二级,(,基底出现微小裂缝,有水冒出,但未冒出泥浆,),、三级,(,底板开裂,有水和泥浆冒出,泥浆超过道渣底面,但未超过枕木,底面,),、四级,(,泥浆升至枕木以上无论是否淹过轨道,),。,1.2,隧道病害调查方法,1.2.1,水文地质调查,首先要对隧址处的工程,地质和水文地质进行调查,包括设计勘测资料、施工,所遇地质情况以及竣工资料等,必要时还需进行补,充钻探勘测。水是诱发隧道病害的重要因素,因此,应特别注重地下,(,地表,),水的水质、水量以及水对围,岩、结构等影响的调查分析。在对地质资料进行分析时,应特别注意围岩中是否夹有泥岩、千枚岩、泥质页岩、碳质页岩等膨胀,性岩层,因为很多隧道产生病害的一个重要原因就,是因为施工中对存在此类岩层的围岩未采取有效工,程措施。如某铁路线,凡是,级围岩以上直墙隧道边墙的开裂都是因围岩中夹有遇水膨胀性岩层造成,的。基底的翻浆冒泥也是因为对,级以上围岩未考,虑存在遇水软化的岩层,因此设计中未考虑仰拱及,深排水措施。从笔者参与工作的病害隧道来看,很,大一部分隧道在设计时,对夹有软弱膨胀性岩层的,围岩情况,通常都未考虑相应的工程措施。,1.2.2,施工情况调查,首先,应调查基本的施工情况,如开挖方式,(,全,断面、台阶法、分步开挖,),、支护形式,(,矿山法、新奥,法,二次衬砌是一次性施作还是先拱后墙或先墙后,拱,),。其次,是调查锚杆数量和质量、注浆配比和注,浆量、水泥生产厂家及质量、粗细骨料检验报告、混,凝土的配合比及其养护和强度、隧道监测资料等情,况。再次,应对坍方,(,坍方规模、处理方式,),及变更,(,原因、方案、处理方式,),等情况进行重点调查,调查,资料应以设计文件、施工记录及监理签认单为,准,同,时可以参考当时的各种会议纪要、通知及竣工文件。,1.2.3,隧道施工质量调查,1.2.3.1,衬砌厚度及背后空洞,检测方法有无损、有损或无损与有损相结合。,有损检测主要采取钻孔或开天窗,目前较常用的无,损检测主要用地质雷达,当然采用地质雷达进行普,查过程中也需钻取一定数量芯样进行校验。,1.2.3.2,衬砌强度,强度检测可以回弹法或超声回弹综合法进行普,查,同时辅以钻芯试验进行修正,或直接用钻芯方法,推定混凝土强度。,1.2.3.3,衬砌完整性,根据超声仪检测声波在衬砌中的传播速度与声,波在相应等级混凝土中传播速度的标准值相比较来,判断衬砌混凝土强度的完整性。因为完整衬砌与有,裂缝衬砌波谱不一样,因此衬砌结构的完整性主要,根据波谱特征进行判断。,1.2.3.4,断面净空检测,用激光断面仪检测隧道净空,对各测点与设计,轮廓或行车限界进行比较是否侵限。,判断,1.2.4,裂缝调查,裂纹的分布和形态的调查对判断隧道病害的成,因起着关键性的作用。裂纹调查项目应包括裂纹分,布、宽度、深度及性质,根据调查结果,按一定比例绘,制裂纹展示图。,(1),裂纹的宽度可用读数显微镜,(,一般其刻度,为,0.02,mm),检测。,(2),深度可用声波仪检测,(,也可用比较直观的,钻芯法,),。,(3),裂纹性质分为张拉、受压、受剪三种,张拉,裂纹为外大内小,受压裂纹为外小内宽,裂纹附近有,不规则的鱼鳞状,受剪裂纹用手触摸有错台情况。,(4),观察裂纹随时间的发展动态。,目前也可采取摄影方法进行裂纹调查,但此法,只能显示裂纹的宏观表象,微观表象很难反映。,1.2.5,渗漏水调查,应调查渗漏水范围,(,里程,),、部位、出水形式、水,量、水压及水质,并绘制展示图,可以与裂纹展示图一并绘制。,1.2.6,路面或基底调查,首先应绘制路面或基底下沉、翻浆冒泥(出泥,、,出水点,),的展示图,采取钻芯法查明基底的围岩性,质,绘制钻芯柱状图,同时查明常年地下水位,。,1.2.7,地下水,调查地下水流向、补给及含水层分布。若衬砌,出现被腐蚀现象,应进行地下水的化验;有时边沟的,水可能不具有腐蚀性,这时应在腐蚀地段进行钻孔,提取围岩裂隙水进行化验,。,1.3,病害原因分析,1.3.1,选线不当引起的病害,1.3.2,设计不合理预留的隧道病害,(1),设计断面形式不合理,如铁路隧道,、,、,级围岩一般采用直墙断面、不设仰拱,若有膨胀性,夹层或遇水易软化的围岩,对直墙隧道,边墙很可能,出现开裂现象,同时可能造成边墙基底承载力不足,产生不均匀沉降,出现裂纹,(,裂缝,),或错台。,(2),初期支护能力不足,造成坍塌或残余变形,过大,使二次衬砌承受较大的围岩压力。,(3),二次衬砌安全储备不足,如有些隧道施工,中出现了比较大的坍方,二次衬砌仍采用素混凝土,造成运营后素混凝土出现裂缝。,(4),排水设计不合理,如对具有膨胀性、遇水软,化的围岩,应设置仰拱和深排水沟,事实上多数出现,基底下沉、翻浆冒泥病害的隧道均存在基底积水、排,水不畅等情况。,(5),未充分考虑混凝土的防腐蚀性,这主要由,于对地下水的腐蚀性调查不清楚造成的。,1.3.3,施工不当预留的病害,(1),施工中的偷工减料,造成塌方,而对塌方处,理不彻底,预留不密实、脱空等缺陷。,(2),施工中的偷工减料,如锚杆数量、质量不符,合要求,造成初期支护安全储备减弱,预留安全隐患。,(3),所选防水材料不合格,(,不合理,),或防水板的,铺设存有缺陷,造成隧道渗漏水。,(4),由于欠挖或变形过大,造成二次衬砌厚度,不足。,(5),所选水泥不合格或混凝土配比不合理,造,成二次衬砌混凝土强度不能满足设计要求。,(6),混凝土骨料不合格,造成强度不足或不能,满足设计的特殊要求,若采用人工机制砂、石,除对骨料进行力学试验外,还应进行各种成分含量分析。,如某隧道用人工机制的砂、石中含有石膏,而未进行,物理成分分析,在施工中未发现,结果二次衬砌施工,后不到一年,整个混凝土衬砌遭腐蚀,不仅如此,其,它隧道衬砌、桥梁桩基等也采用由该隧道的弃碴生,产的砂、石作为骨料,同样造成了危害。,1.3.3,施工不当预留的病害,(7),在石灰岩地区特别应注意地下水,尤其是,裂隙水的水质化验,检验地下水是否具有腐蚀性,边,沟的水没有腐蚀性,裂隙水未必不具有腐蚀性。,(8),在遇水软化的围岩条件下,隧底浮碴未清,理干净就浇注仰拱或铺垫层,易造成隧底下沉、翻浆,冒泥。,(9),由于超挖或坍方,没有按规范认真做好回,填或压注浆工作,即回填不密实或存在空洞,造成初,期支护与围岩之间有较大范围的空隙,尤其是拱部,;,由于二次衬砌浇注原因或混凝土振捣不密实,使拱,部或拱腰出现局部脱空现象。由于不密实或存在空,洞,形成积水空间,使隧道出现渗漏水,或使隧道与,围岩不能形成一个有机整体,不能很好地发挥围岩,的弹性抗力作用。近年修建的隧道未进行压浆处理,前一般拱顶脱空,(,空洞,),占拱顶测线长度的,3%,5%,拱腰脱空,(,空洞,),占测线长度的,3,5,。,1.3.4,维护不当引起的病害,维护不当主要指未能及时发现、及时处理,或处,理措施不合理,使得小的缺陷发展成病害。,(1),洞外排水系统遭破坏,未及时修复,可能增,加隧道渗漏水的可能性,;,(2),洞内水沟被堵,造成基底积水,可能使基底,围岩软化,产生翻浆冒泥。,(3),对出现的小的裂纹,(,缝,),、小,(,少,),的渗漏水重,视不够,或预见不足,未能采取有效措施,遏制其发展。,(4),对已出现病害的隧道,或病害原因分析不,清楚,或处理措施不当,或处理不彻底,使病害得于,继续发展,形成更大的病害或形成危害。,1.4,隧道质量检测,(1),开挖轮廓线控制,开挖时出现过量欠挖就不能保证初期支护、二次衬砌厚度,出现过量超挖,若处理不好会出现初期支护背后空洞或回填不密实,;,无论是过量超挖,还是过量欠挖,若处理不好,均可能造成二次衬砌断面不,圆顺,使结构成为偏心受压构件。铁路隧道设计规,范对轴向力的偏心距有明确规定,当然,人们很难知,晓轴向力的作用线,只有严格按规范要求施工,控制,开挖轮廓线。要控制好开挖轮廓,除施工单位本身加强施工,控制、监理加强监督力度外,可以引进第三方进行断,面检测,加强质量监督。,(2),初期支护质量检测,初期支护质量检测项目主要有,:,锚杆长度、抗拔,力、饱满度,;,小导管长度、注浆量,(,依靠监理检查注浆,纪录,);,初期支护厚度及背后空洞,;,钢拱架,(,格栅,),数,量、接头安装质量,;,喷混凝土厚度、粘结力,;,初期支护,净空断面。,1.4,隧道质量检测,(3),二次衬砌质量检测,目前无论铁路部门,还是公路部门都加强了对,二次衬砌厚度、背后空洞及密实情况的施工跟追检,测,有些高速公路还对隧道净空和衬砌强度进行了,竣工前的检测。,(4),围岩变形监测检查,对于新奥法施工、复合式衬砌的隧道,一般认为,二次衬砌仅承受围岩压力的,20%,30%,围岩压力,主要由初期支护与围岩承受,若二次衬砌施作时机,不合理,则可能承受过大围岩压力,易出现裂纹,(,裂,缝,),。作为监理或建设方应加强对监测工作的检测,或可以通过招投标方式由第三方专业队伍进行全面,的现场监测,以指导施工全过程。,1.5,病害处理技术,