广西中西部岩溶区营运公路隧道土建结构病害特征及其影响因素分析.pdf

引用格式:罗资清,吴春伟,周睿,等.广西中西部岩溶区营运公路隧道土建结构病害特征及其影响因素分析J.隧道建设(中英文),2023,43(增刊 1):565.LUO Ziqing,WU Chunwei,ZHOU Rui,et al.Analysis on characteristics of civil structure disease of operating highway tunnel in karst area of central and western Guangxi and its Influencing factorsJ.Tunnel Construction,2023,43(S1):565.收稿日期:2022-11-28;修回日期:2023-05-11基金项目:2021 年度交通运输行业重点科技项目(2021-ZD1-014);广西重点研发计划(2021AB22117);广西北投交通养护科技集团有限公司科技项目(BTYHKY-2022-08)第一作者简介:罗资清(1982),男,广西罗城人,2005 年毕业于长沙理工大学,土木工程专业,本科,高级工程师,主要从事公路桥梁与隧道工程养护工作。E-mail:55082808 。通信作者:蒋雅君,E-mail:yajunjiang 。广西中西部岩溶区营运公路隧道土建结构病害特征及其影响因素分析罗资清1,吴春伟1,周 睿2,蒋雅君2,骆俊晖1(1.广西北投交通养护科技集团有限公司,广西 南宁 530299;2.西南交通大学土木工程学院,四川 成都 610031)摘要:为分析广西中西部岩溶区营运公路隧道土建结构的病害特征及其影响因素,对该区域 5 条高速公路上 111 座隧道的土建结构病害情况进行调研统计,从围岩等级、围岩岩性和隧道埋深3 方面入手,对其中3 条高速公路上的37 座隧道的衬砌渗漏水和衬砌裂缝情况展开统计分析。通过统计得出结论,岩溶区营运公路隧道土建结构病害主要集中在衬砌、洞门、检修道和排水设施上;衬砌病害以裂缝和渗漏水为主。这 2 种病害与围岩等级、岩性和隧道埋深的关系为:1)衬砌病害随着围岩等级的增加而加重,其中衬砌渗漏水主要集中在边墙处,衬砌裂缝以环形裂缝为主。2)衬砌渗漏水多数出现在一般石灰岩和白云质灰岩中,占比分别为46%和 45.9%;衬砌裂缝在白云质灰岩中情况最严重,占比达 61%;衬砌病害密度方面,渗漏水和裂缝的最大密度均在泥质岩段落,最小密度均在一般石灰岩段落,即泥质岩段落最易出现衬砌病害。3)衬砌渗漏水和裂缝全部出现在 300 m 埋深范围内,且 71.31%的衬砌渗漏水和 76.52%的衬砌裂缝均出现在 100 m 埋深段落内,随着隧道埋深的增加,衬砌渗漏水和裂缝病害均呈线性减少。关键词:岩溶区;营运公路隧道;土建结构;病害统计;病害影响因素DOI:10.3973/j.issn.2096-4498.2023.S1.068中图分类号:U 457 文献标志码:A 文章编号:2096-4498(2023)S1-0565-11A An na al ly ys si is s o on n C Ch ha ar ra ac ct te er ri is st ti ic cs s o of f C Ci iv vi il l S St tr ru uc ct tu ur re e D Di is se ea as se e o of f O Op pe er ra at ti in ng g H Hi ig gh hw wa ay y T Tu un nn ne el l i in n K Ka ar rs st t A Ar re ea a o of f C Ce en nt tr ra al l a an nd d WWe es st te er rn n G Gu ua an ng gx xi i a an nd d I It ts s I In nf fl lu ue en nc ci in ng g F Fa ac ct to or rs sLUO Ziqing1,WU Chunwei1,ZHOU Rui2,JIANG Yajun2,*,LUO Junhui1(1.Guangxi Beitou Transportation Maintenance Technology Group Co.,Ltd.,Nanning 530299,Guangxi,China;2.School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,Sichuan,China)A Ab bs st tr ra ac ct t:Arming at the disease characteristics and its influencing factors of the civil structures of operating highway tunnels in the central and western karst area of Guangxi,the structure disease of 111 tunnels on 5 highways in this area are investigated and the lining leakage and lining cracks of 37 tunnels on 3 highways are analyzed in detail from the aspects of surrounding rock grade,surrounding rock lithology,and tunnel burial depth.Through statistics,it is concluded that in the operation of highway tunnels in karst areas,the civil structural diseases mainly locate in lining,portal,maintenance road,and drainage facilities.The main lining diseases are cracks and water leakage,and the relationship between these two diseases and the grade of surrounding rock,lithology,and buried depth of tunnel is as follows:(1)The lining diseases are aggravated with the promotion of surrounding rock grade,in which the lining leakage is mainly concentrated in the sidewall,and the lining cracks are mainly annular cracks.(2)Lining leakage mostly occurs in general 隧道建设(中英文)第 43 卷limestone and dolomitic limestone,accounting for 46%and 45.9%respectively;Lining cracks are the most serious in dolomitic limestone,accounting for 61%;The maximum density of seepage and crack is in argillaceous rock section,and the minimum density is in limestone section,that is,argillaceous rock section is prone to lining diseases easily.(3)The seepage and crack of lining all appear in 300 m buried depth,and 71.31%of the seepage and 76.52%of the cracks appear in 100 m buried depth section;With the increase of tunnel buried depth,the seepage and crack of lining decrease linearly.K Ke ey yw wo or rd ds s:karst area;operating highway tunnel;civil structure;disease statistics;disease influencing factors0 引言近年来,我国岩溶区公路隧道的建设数量和长度都在持续增加,与此同时,该类地质区中隧道的结构病害问题也随着运营时间的增长而愈发引起关注。岩溶又称为喀斯特,是指可溶岩在长期地表水和地下水作用下发生的溶蚀现象1。作为一种较为常见的不良地质,其主要危害表现为溶洞、岩溶裂隙、土洞的塌陷、地下暗河、地下水突涌及地下泥石流等2-6。我国的岩溶地区主要分布于广西、云南、贵州、四川、广东北部等7,其总面积约占我国国土面积的 1/38,因此,岩溶地区的隧道数量众多,其病害问题的影响面也较广。为了进一步探明岩溶区公路隧道的病害原因及其致灾机制,专家学者对水文地质条件、隧道埋深情况、地下水作用等因素的影响展开了一定的研究工作。例如:彭奇等9就地质环境因素对岩溶隧道安全性的影响展开分析;邹翀、邹育麟等10-11对富水区段下的岩溶隧道渗漏水原因进行了研究。对于埋深不同的岩溶隧道,康勇等12提出了浅埋岩溶隧道的 5 大致灾因子;白明洲等13-14对深埋隧道岩溶突水灾害的地质条件进行了统计分析。在地下水作用方面,王鹰等15就地下水与岩层的相互作用对岩溶区隧道施工发生涌水突泥的影响展开了研究;刘扬16对岩溶隧道动力扰动与水化学溶蚀作用下的损伤特性及突水机制展开了研究。综上来看,虽然研究人员目前就岩溶隧道病害原因开展了不少研究,但往往是依托分散的单个隧道项目进行分析,对不同岩溶区域范围内批量性的隧道土建结构病害特征及其影响因素研究较少。广西壮族自治区地处我国西南,境内岩溶地貌主要以中上寒武统至中三叠统的碳酸盐岩为物质基础,境内碳酸盐岩面积达到 9.6 万 km2,占自治区总面积的 40.72%,岩溶区域分布广泛。据曹贤发等17的研究,广西属于亚热带气候,氢离子浓度高,其碳酸盐岩溶蚀作用强度相较于贵州、云南、重庆等更大。地层岩性方面,广西岩溶区地层为碳酸盐岩地层中岩性纯度最高的纯碳酸盐岩地层,其岩溶发育的物质条件也要优于全国其他地区。因此广西成为了全国最为典型的岩溶分布区域,区域范围内岩溶形态丰富,地下水活动频繁、剧烈,致使营运期隧道病害层出不穷,给隧道的运营及后期养护带来很大影响。现对广西岩溶地质区的一批营运公路隧道的土建结构病害情况展开统计与分析,期待总结出该岩溶区域范围内营运公路隧道土建结构的病害特征及其影响因素,为广西乃至我国其他岩溶区域的营运公路隧道病害防治及养护工作提供一些参考和帮助。1 岩溶区公路隧道调研及土建结构病害概况1.1 调研隧道基本信息本文基于相关隧道近年来的定期检查报告、土建结构病害影像和隧道的施工设计图纸等资料,对广西中西部 5 条高速公路(来宾至马山高速、崇左至靖西高速、河池至都安高速、河池至百色高速和宜州至河池高速)上 111 座位于岩溶地质区的公路隧道的土建结构病害情况进行统计,并对河池至都安高速、河池至百色高速和宜州至河池高速上 37 座岩溶区公路隧道的衬砌渗漏水以及裂缝等病害特征进行详细分析。其中,河池至都安高速、河池至百色高速和宜州至河池高速位于桂西,该区域围岩岩性以石灰岩(石灰岩按白云石和黏土矿物含量的不同又可以分为泥质岩和白云质灰岩)为主,岩溶地貌类型主要为峰丛洼地,少数为峰丛谷地,地下岩溶裂隙、溶洞等较为发育18-19。此外,该区域地表河下切深度大,地下河系发育,水文地质条件复杂,地下水沿管道-裂隙-孔隙三重空隙介质运移(如图 1 所示),给隧道土建结构带来极大的破坏作用。1岩溶管道;2裂隙(被溶蚀扩大与未被溶蚀扩大的);3原生孔隙;4洞内堆积物中的孔隙;5水流方向(箭头长度代表水流大小)。图 1 岩溶区地下水运移示意图Fig.1 Schematic diagram of underground water migration in karst area665增刊 1罗资清,等:广西中西部岩溶区营运公路隧道土建结构病害特征及其影响因素分析本文所调研收集的 5 条高速公路及其 111 座隧道的基本信息如表 1 所示。河池至都安高速、河池至百色高速和宜州至河池高速上重点研究的 37 座岩溶区公路隧道的基本信息如表 2 所示。表 1 调研的 111 座高速公路隧道基本信息Table 1 Basic information of 111 investigated highway tunnels高速公路通车时长/年调研隧道数量/座调研隧道总长度/m调研隧道主要岩性来宾至马山高速51011 336微风化白云质灰岩为主,围岩多为级,、级稍少崇左至靖西高速22833 822中风化灰岩为主河池至都安高速52740 976第四系坡残积层粉质黏土和石灰岩为主,围岩多为、级,级稍少河池至百色高速22968 220中风化灰岩为主,围岩多为级,、级稍少宜州至河池高速71719 756白云质灰岩为主,围岩多为、级,级少表 2 37 座重点研究公路隧道基本信息Table 2 Basic information of 37 key highway tunnels高速公路选取隧道数量/座选取隧道总长度/m石灰岩划分类型及各类型长度全线石灰岩段长度总占比河池至都安高速1631 876河池至百色高速1015 482宜州至河池高速1113 548 白云质灰岩,15 347 m;泥质岩,2 461 m;一般石灰岩,41 888 m98%1.2 土建结构病害统计按照 JTG H122015 公 路 隧 道 养 护 技 术 规范 20中给出的公路隧道定期检查项目,对各隧道的洞口、洞门、衬砌、路面、检修道、排水系统、吊顶及预埋件、内装饰和标志、标线、轮廓标等进行分项病害情况统计。本次调研中所搜集的隧道土建结构常见病害类型如图 2 所示。1.3 隧道土建结构病害类型总体统计通过对相关隧道病害检测资料进行统计,得出此次调研的隧道中不同分项病害的情况,如图 3 所示。由图 3 可知,隧道衬砌病害较为普遍,其次出现洞门病害、排水设施病害和内装饰病害的隧道数量也较多,而洞口、路面、吊顶及预埋件的病害情况则相对较少。(a)洞门墙身裂缝(b)洞口挡土墙开裂(c)衬砌开裂(d)衬砌渗漏水(e)路面裂缝(f)检修道盖板缺损(g)沉沙池盖板破损(h)路侧边沟破损(i)内装饰瓷砖剥落(j)交通标线缺损图 2 调研隧道土建结构病害情况Fig.2 Structure diseases of investigated tunnels 765隧道建设(中英文)第 43 卷图 3 调研隧道土建结构各分项病害情况Fig.3 Statistics of tunnel structures with different diseases1.4 隧道土建结构分项病害情况统计对不同分项的病害情况展开进一步统计,得出本次调研的公路隧道土建结构各分项构件的病害类型及数量,如表 3 所示。表 3 隧道构件病害类型及数量Table 3 Statistics of tunnel component disease构件名称病害类型隧道数量/座 病害数量/处洞门洞口衬砌路面检修道排水设施洞门瓷砖破损628墙身渗漏水1122墙身裂缝2043钢筋外露锈蚀34洞门混凝土剥落22护坡、挡土墙开裂33泥沙冲刷、落石风险67衬砌起层、剥落11衬砌破损23衬砌渗漏水86349衬砌裂缝63575路面隆起、沉陷46路面裂缝26路面坑槽29检修道毁坏1148盖板缺损1879机电井槽破损11检查井堵塞、积水17136检查井破损24排水边沟毁坏727排水边沟堵塞22沉沙池损坏47中央排水沟堵塞1120积水井盖板缺失116表 3(续)构件名称病害类型隧道数量/座 病害数量/处内装饰交 通 标 志标线吊 顶 及 预埋件防火涂料脱落28130瓷砖脱落1017交标轮廓缺损17996交标轮廓脏污22预埋件破损34预埋件漏水22风机锈蚀13机电预留孔钢筋头未切除11由表 3 可知,相较于其他病害,衬砌病害(主要为开裂和渗漏水)最严重。当隧道出现衬砌裂缝和衬砌渗漏水时,不仅会对隧道运营造成影响,并且随着时间会给衬砌结构带来更大的损害,因此弄清岩溶区衬砌渗漏水和衬砌裂缝的内在原因,对于隧道后续的维修及病害预防尤为必要。结合本次调研工作及收集到的设计资料,决定选取影响隧道设计、施工的隧道洞身段的主要地质因素(围岩级别、岩性和隧道埋深 3 方面),对河都高速、河百高速和宜河高速上 37 座隧道的衬砌病害展开细化统计,探寻此三者与衬砌病害的内在联系,以期能为该类地质条件下的隧道建造和营运养护带来启示。2 围岩级别对衬砌病害的影响因素分析对调研隧道中不同等级围岩区段中的衬砌病害展开研究,统计衬砌不同部位渗漏水以及不同类型裂缝的数量和占比情况,探究围岩级别对隧道衬砌病害的影响关系。2.1 围岩级别与衬砌渗漏水关系统计调研的 37 座隧道中,隧道穿越不同等级围岩段的长度如表 4 所示。统计不同等级围岩下,衬砌拱部、边墙以及总的衬砌渗漏水数量,如图 4 所示。对不同级别围岩下总的衬砌渗漏水数量占比情况做出统计,如图 5 所示。其次,由于隧道穿越不同等级围岩段的长度不同,为得出不同等级围岩出现渗漏水的频次,对相关渗漏水的平均密度进行统计,如图 6 所示。在上述统计工作中,衬砌渗漏水位置包含拱部、边墙以及其他未能确定的位置。衬砌渗漏水平均密度=不同级别围岩段总长度/不同级别围岩下衬砌渗漏水位置数量。由统计结果可知,从数量和密度来看,边墙渗漏水情况相较于拱部渗漏水要严重得多。随着围岩级别变差,衬砌出现渗漏水的情况愈发严重(密度从级围岩下 的 454 m/处 持 续 增 长 到 级 围 岩 下 的148 m/处)。此外,在、级围岩条件下,边墙渗漏水平均密度为所有围岩条件下最大,这也说明围岩条件与渗漏水之间有密切的关联。岩溶区隧道的地质条件特征也与上述统计结果相865增刊 1罗资清,等:广西中西部岩溶区营运公路隧道土建结构病害特征及其影响因素分析呼应。围岩较差的区段往往位于岩溶裂隙、孔洞、管道较为发育的位置,隧道在运营期出现渗漏水的概率也会变大。表 4 不同等级围岩段长度统计Table 4 Statistics of length of different grades of surrounding rock sectionsm围岩等级级级级级段落长度11 34424 62715 5828 143图 4 不同级别围岩下衬砌渗漏水情况Fig.4 Water leakage of lining under different grades of surrounding rock图 5 不同级别围岩下衬砌渗漏水数量占比情况Fig.5 Proportion of lining leakage under different grades of surrounding rock图 6 不同级别围岩下衬砌渗漏水平均密度Fig.6Water leakage density of lining under different grades of surrounding rock2.2 围岩级别与衬砌裂缝关系统计不同级别围岩下隧道衬砌裂缝数量及其占比情况如图 7 和图 8 所示,而不同类型裂缝的平均密度如图9 所示。图 8 中,总的衬砌裂缝数量中除包含环向、斜向和纵向裂缝外,还包含检测资料中方向指代不清的裂缝;衬砌裂缝平均密度=不同级别围岩下衬砌裂缝数量/不同级别围岩总长度。图 7 不同级别围岩下衬砌裂缝情况Fig.7 Lining cracks under different grades of surrounding rock图 8 不同级别围岩下衬砌裂缝数量占比情况Fig.8 Proportion of lining cracks under different grades of surrounding rock图 9 不同级别围岩下衬砌裂缝平均密度情况Fig.9 Crack density of lining under different grades of surrounding rock965隧道建设(中英文)第 43 卷由图 7 和图 8 可知,从数量上看,总的衬砌裂缝数量呈现出随着围岩级别的升高而增加的现象,其中,级围岩中衬砌裂缝总数占各级围岩下衬砌裂缝总数的36.19%,而级围岩下衬砌裂缝总数占比更是达到了42.41%。其次,从衬砌裂缝方向来看,环形裂缝数量最多,纵裂缝数量最少,且随着围岩等级升高,各裂缝数量大多呈上升趋势。由图 9 可知,随着围岩等级增加,各类型裂缝的平均密度均在不断提升。此外,在级围岩中,就环向、斜向和纵向裂缝 3 者密度单独比较可得,环形裂缝密度最大(级围岩下达到了214 m/处),斜裂缝和纵裂缝密度相对较小。图 10 示出了河池 5 号隧道衬砌裂缝现场。该隧道全线穿越 级围岩,不同围岩等级区段裂缝数量及裂缝密度如表 5 所示。由表 5 可知,河池 5 号隧道衬砌裂缝数量和裂缝密度均呈现出随着围岩级别提升而增加的趋势。(a)(b)图 10 河池 5 号隧道衬砌裂缝现场情况Fig.10 Site situation of lining cracks of Hechi No.5 tunnel表 5 不同围岩等级区段裂缝数量及其密度Table 5Statistics and density of lining cracks in different grades of surrounding rock围岩等级裂缝数量/处裂缝密度/(m/处)级5123级728级3320由此说明,统计结果与常规的认知是相符的,即隧道围岩级别越差,其物理性能越差,隧道建造难度增大,在运营期出现衬砌开裂的概率也会相应增加。2.3 围岩级别对衬砌病害的影响分析岩溶区由于工程地质和水文地质条件的复杂性,其围岩分级除了要考虑岩体完整度和岩石强度外,还要考虑地下水状态、结构面状态、结构面与隧道轴线关系、岩溶填充物、溶洞规模及分布方位等21。因此,当岩溶区公路隧道穿越的围岩等级越高时,除了围岩的完整程度和岩石强度要更差一些外,地下水状态、结构面状态和岩溶发育程度等对于隧道的不利影响也会更大,继而隧道衬砌裂缝和衬砌渗漏水出现的可能性也会增大。对于衬砌渗漏水来说,由于地下水通过管道、裂隙和孔隙等向隧道汇集时,受隧道形状的影响,更加容易先在边墙处汇拢,因此边墙的渗漏水现象相较于拱顶渗漏水往往更为严重。最后,在图 4 和图 6 中,级围岩中衬砌渗漏水情况在变少,一方面,由于本次调研隧道中整个级围岩段长度是最短的,所以衬砌渗漏水数量上相较于级围岩段更少;其次从衬砌渗漏水平均密度来看,级围岩段衬砌渗漏水平均密度与级围岩段也比较接近。另一方面,由于岩溶区隧道衬砌渗漏水与季节性降雨之间存在联系,而部分隧道定期检查时间避开了隧址区雨季(如河百路隧道定期检查开展时间是在 11 月),也可能导致定期检查得出的衬砌渗漏水结果出现偏差。对于衬砌裂缝来说,其环向裂缝是由纵向不均匀荷载、围岩地质变化、沉降缝等处理不当所引起;纵向裂缝一般是衬砌内缘受拉或受压而出现的;斜向裂缝则主要是受衬砌的环向应力和纵向应力共同作用而出现的。通常导致环向裂缝出现的因素更多,故其出现的概率也更大。当岩溶区隧道穿越围岩等级变差时,围岩完整程度和岩石强度降低,隧道周围地下水发育情况更加剧烈,导致隧道衬砌裂缝出现数量增多。3 围岩岩性对衬砌病害的影响因素分析以前述 37 座隧道为研究对象,对不同岩性条件下的衬砌渗漏水和裂缝情况进行统计,探析岩溶区围岩岩性对衬砌病害的影响关系。不同围岩等级下,隧道穿越不同岩性的段落长度如表 6 所示。表 6 各围岩级别下不同岩性段长度Table 6 Length of different lithology sections under different rock grades m围岩等级不同岩性段的长度一般石灰岩白云质灰岩泥质岩各等级围岩长度级10 3291 015011 344级21 3333 06423024 627级8 3856 50269515 582级1 8414 7661 5368 143合计41 88815 3472 46159 6963.1 围岩岩性与衬砌渗漏水关系统计为规避围岩级别差异给围岩岩性和衬砌渗漏水之间的关系探讨带来影响,对衬砌渗漏水在不同围岩级别和不同围岩岩性的情况展开数量统计,具体情况如表 7 所示。由表 6 和表 7 的数据可得出不同围岩等级条件下衬砌渗漏水在不同岩性段落中出现的平均密度(衬砌渗漏水平均密度=不同围岩等级条件下不同岩性段落长度/不同围岩等级条件下不同岩性段落上总的渗漏水数量),统计情况如图 11 所示。075增刊 1罗资清,等:广西中西部岩溶区营运公路隧道土建结构病害特征及其影响因素分析表 7 各围岩级别下不同岩性段渗漏水数量Table 7 Seepage statistics under different rock grades and lithologies处围岩等级不同岩性段渗漏水数量一般石灰岩白云质灰岩泥质岩级12130级56121级45546级13412总量11411319图 11 不同岩性围岩下衬砌渗漏水平均密度情况Fig.11Average density of seepage water leakage in lining of surrounding rock with different lithology由表 7 可知,就数量而言,衬砌渗漏水在一般石灰岩和白云质灰岩中出现的数量最多(一般石灰岩共出现 114 处渗漏水,占比 46%;白云质灰岩出现 113 处渗漏水,占比 45.9%。),在泥质岩中出现较少。其次,由图 11 可知,在不同围岩等级下,相较于一般石灰岩和白云质灰岩,泥质岩段落出现的渗漏水密度最大,如级围岩下,泥质岩段落平均间隔 230 m 就出现 1 处渗漏水,白云质灰岩段落则为 255 m,一般石灰岩段落为381 m;级围岩下,泥质岩段落平均间隔 116 m 就出现 1 处渗漏水,白云质灰岩段落为 120 m,一般石灰岩段落则为 186 m;级围岩下,泥质岩段落平均间隔128 m 就出现 1 处渗漏水,白云质灰岩段落为 140 m,一般石灰岩段落为 1 841 m。3.2 围岩岩性与衬砌裂缝关系统计按照不同的围岩级别,统计出不同围岩岩性条件下的衬砌裂缝情况,如表 8 所示。由表 6 和表 8 的数据可得出,不同围岩等级条件下,衬砌裂缝在不同岩性段落中出现的平均密度(衬砌裂缝平均密度=不同围岩等级条件下不同岩性段落长度/不同围岩等级条件下不同岩性段落上总的衬砌裂缝数量),如图 12 所示。表 8 不同围岩级别下不同岩性段衬砌裂缝数量统计Table 8Statistics of lining cracks of different rock grades and different lithologies处围岩等级不同岩性段衬砌裂缝数量一般石灰岩白云质灰岩泥质岩级200级14275级32497级07736总量4815348图 12 不同岩性围岩下衬砌裂缝平均密度Fig.12 Average density of lining cracks in different surrounding rocks and different lithologyies由表 8 可知,不同等级围岩下,衬砌裂缝在白云质灰岩中出现的数量是最多的,且总量达到了 153 处,数量占比为61%。由图12 可知,从不同岩性段落内衬砌裂缝的密度情况(即裂缝出现的难易程度)看,衬砌裂缝在泥质岩中的密度最大,如级围岩下,泥质岩段落平均间隔 46 m 就出现 1 处衬砌裂缝;级围岩下,平均间隔 99 m 就出现 1 处衬砌裂缝;在级围岩下,平均间隔 43 m 就出现 1 处衬砌裂缝。其次为白云质灰岩,而在一般石灰岩中密度最小。3.3 围岩岩性对衬砌病害影响分析3.1 和 3.2 节调研结果显示,本次调研隧道所穿越围岩的岩性以一般石灰岩为主,其次为白云质灰岩,而泥质岩段落长度最短,且多数在洞口段。在衬砌病害的数量方面,渗漏水和裂缝最常出现在一般石灰岩和白云质灰岩中,而泥质岩中衬砌病害数量较少。衬砌病害数量出现上述情况很重要的一个原因是,本次调研隧道穿越的不同岩性段落长度不同。从衬砌病害在不同岩性段落中的密度来看,衬砌渗漏水和裂缝在泥质岩中出现的密度最大,而在一般石灰岩中出现的密度最小,表明在泥质岩段落更易出现衬砌病害,而175隧道建设(中英文)第 43 卷在一般石灰岩中出现衬砌病害的几率相对最小,出现此种情况的原因之一在于围岩物理力学性质的差异。一般石灰岩、白云质灰岩和泥质岩干、湿状态下的单轴抗压强度如表 9 所示。由表 9 可知,2 种状态下一般石灰岩的单轴抗压强度均为最高,而泥质岩均为最低,说明相较于一般石灰岩和白云质灰岩,泥质岩更为软弱。当隧道穿越泥质岩时,隧道周围围岩对外力的支承作用较小,而隧道支护结构受力更大,因此造成隧道衬砌结构更易出现病害。表 9 岩石单轴抗压强度Table 9 Uniaxial compressive strength of rockkgf/cm2岩石名称单轴抗压强度干的湿的一般石灰岩2 0671 892白云质灰岩1 266634泥质岩751602图 13 示出了板坝隧道衬砌渗漏水现场情况。板坝隧道穿越一般石灰岩段和泥质岩段,不同岩性段落长度及其对应的渗漏水病害数量如表 10 所示。由表10 可知,板坝隧道衬砌渗漏水主要出现在一般石灰岩段,少数出现在泥质岩段;而一般石灰岩段衬砌渗漏水出现的平均密度相较于泥质岩段反而较小。(a)(b)图 13 板坝隧道衬砌渗漏水现场情况Fig.13 Water leakage site of Banba tunnel lining表 10 板坝隧道不同岩性段落长度及其对应的渗漏水数量Table 10 Length of different lithology sections and their corresponding seepage quantity in Banba tunnel岩性类型段落长度/m渗漏水病害数量/处一般石灰岩段1 0596泥质岩段19324 隧道埋深对衬砌病害的影响因素分析本次调研隧道多为深埋隧道,现将隧道埋深划分为 050 m、50100 m、100150 m、150200 m、200250 m、250300 m 和 300 m 以上等不同范围,并对不同埋深范围的衬砌病害情况展开统计。4.1 隧道埋深与衬砌渗漏水关系的统计分析不同埋深情况下,隧道衬砌渗漏水情况统计如图14 所示,其数量占比如图 15 所示。图 14 不同埋深下衬砌渗漏水情况Fig.14 Water leakage of lining under different buried depths图 15 不同埋深下衬砌渗漏水数量占比情况Fig.15 Proportion of lining water leakage under different buried depths由图 14 可知,衬砌渗漏水(包括边墙渗漏水和拱部渗漏水)绝大多数出现在 100 m 埋深范围内,且在埋深 100 m 范围内随着隧道埋深的增加而愈发严重,当埋深超过 100 m 后,随着埋深增加,衬砌渗漏水情况逐渐减少。由图 15 可知,71.31%的衬砌渗漏水出现在 100 m 埋深范围内,其中,50100 m 埋深段渗漏水最为严重,占比达到 40.57%。4.2 隧道埋深与衬砌裂缝关系的统计分析不同埋深情况下,裂缝统计情况如图 16 所示,衬砌裂缝数量占比如图 17 所示。图 16 不同埋深下衬砌裂缝情况Fig.16 Lining cracks under different burial depths275增刊 1罗资清,等:广西中西部岩溶区营运公路隧道土建结构病害特征及其影响因素分析由图 16 可知,衬砌裂缝多出现在埋深 100 m 范围内,其中衬砌裂缝总数以及环缝、纵缝数量均呈现出随着隧道埋深增加而下降的趋势,斜缝数量在埋深 50 m以后也呈现下降的趋势。由图 17 可知,衬砌裂缝总量的 76.52%出现在埋深100 m 以内,其中,埋深050 m裂缝数量占比为 39.27%,埋深 50100 m 裂缝数量占比为 37.25%,其他埋深段衬砌裂缝数量占比较小。图 17 不同埋深下衬砌裂缝数量占比情况Fig.17 Proportion of lining cracks under different buried depths4.3 隧道埋深对衬砌病害的影响分析本次调研隧道衬砌病害绝大多数出现在 300 m 埋深范围以内,其中以埋深 0100 m 范围衬砌病害最为严重。隧道埋深 0100 m 段绝大多数为洞口段,少数为隧道里程中部浅埋冲沟地段。由于岩溶区地质情况的特殊性,在埋深 100 m 的范围内,岩溶管道、地表溶穴等从地表垂直向下发育较为普遍,由此导致隧道衬砌受力不均而更容易出现渗水开裂。其次,广西中西部岩 溶 区 域 普 遍 降 水 丰 富,各 地 年 降 水 量 均 在1 070 mm 以上,地下水埋深范围多数在 50 m 以内,地表水与地下水联系紧密,在隧道埋深仅为几十上百 m时,隧道衬砌需要承受地下水的反复作用,且往往随着地下水水头越高,衬砌承受的地下水作用越大,衬砌出现渗漏开裂现象会更加频繁。而当隧道埋深继续加大时,岩溶地下水逐渐向水平运动转变,对隧道的影响削弱,围岩的条件也在改善,因此渗水、开裂等现象会渐渐减轻。如本次调研中涉及的作定隧道,隧道埋深在100 m 范围内,全线围岩等级均为、级,围岩岩性均为白云质灰岩,隧道洞身段位于地下水位以下,最大高差接近 50 m,作定隧道地下水位线走势如图 18 所示。此外,作定隧道进出口端岩石风化强烈,节理裂隙发育,局部见溶蚀现象,进口端还存在 2 处溶洞。经过调研统计发现,该隧道衬砌渗漏水现象严重,左、右线隧道衬砌共出现 87 处渗漏水(如图 19 所示),且衬砌渗漏水数量随着隧道埋深增加而增加,具体情况如表11 所示。图 18 作定隧道地下水位线走势图Fig.18 Map of tunnel underground water level (a)(b)图 19 作定隧道衬砌渗漏水现场情况Fig.19 Water leakage site of Zuoding tunnel lining 表 11 作定隧道渗漏水相关信息Table 11 Information of water leakage in Zuoding tunnel隧道埋深/m衬砌渗漏水数量/处数量占比/%0501922501006878为了进一步研究作定隧道衬砌病害与地下水水头分布的关系,现将作定隧道地下水水头取定不同的范围,统计在不同情况下的衬砌渗漏水数量,结果如表375隧道建设(中英文)第 43 卷12 所示。表 12 地下水水头与衬砌渗漏水统计Table 12 Ground water head and lining leakage statistics处水头 h/mh1010h2020h3030h4040h50渗漏水数量1810171922由表