【正文】 ⑧襯砌背后回填不好，存在冬季積水的條件。 (5)隧道設(shè)計和施工與隧道凍害的關(guān)系 有的隧道修建時沒 有考慮防凍問題，或?qū)Ψ纼鰡栴}考慮的不夠。 但凍脹量常大 于回縮量，每年均有殘余變形，年復一年積累下去，是造成建筑物最后破壞失穩(wěn)的原因。 ⑨凍結(jié)圈內(nèi)巖體受凍時膨脹，融化時在自重和外荷載作用下產(chǎn)生回縮。 ． ⑩土凍脹時受襯砌的約束，則對襯砌產(chǎn)生凍脹力。 ⑧凍結(jié)圈內(nèi)的巖體，其凍脹量隨凍結(jié)層厚度的變化而增減。 ⑥不同土的起始凍脹含水量不同，隨土中粉粘粒含量增加而增大，主要受孔隙度的控 制。砂礫、特別是粗砂和礫石則由于凍結(jié)時一 般不產(chǎn)生水分遷移，水分只在原處凍結(jié)或者在重力作用下移動，凍結(jié)后出現(xiàn)上部含水減少而 下部含水量增加的情況。 ⑤水分的遷移和聚冰作用導致巖體凍脹。 ④同樣氣溫條件，不同土的凍結(jié)速度和深度是不同的。 一③土中水的凍結(jié)和融化過程可分為五段。當凍結(jié)圈內(nèi)地溫有一部分高于該冰點時，不會全部產(chǎn) 生凍脹。 ． ②天然的水在氣溫低于 Oo【 =時就開始結(jié)冰。有的段落本來洞 內(nèi)氣溫低于 O℃很多，也發(fā)生冬季漏水掛冰，當結(jié)冰把漏水口封住，掛冰位置向洞內(nèi)轉(zhuǎn)移后， 該段并不都隨著出現(xiàn)凍脹病害。 ’ 所以，有的隧道由于圍巖凍脹造成隧道限界縮小，往往是上下、左右、前后極不對稱。 ①隧道圍巖中，有的段落周圍全是凍脹性土，如果發(fā)生凍脹，則沿襯砌外圍對稱均勻分 布。203 (4)圍巖的巖性對凍脹的影響 在季節(jié)凍結(jié)圈內(nèi)如果都是非凍脹性土，是不會發(fā)生凍脹性病害的。反之，最容易出現(xiàn)掛冰，并且可以持續(xù) 2～ 3 個月之久。 ④有的隧道即使有多年不凍結(jié)的段落，但這段落的水要通過凍結(jié)段才能排走，如果在通 過凍結(jié)段時發(fā)生冰塞，仍有可能使凍害范圍延伸到多年不凍的段落。而且，山上地層凍結(jié)，封閉了地下水的地表出路，導致隧道內(nèi) 天氣越冷漏水 量越大。這種凍脹， 由于水分相對集中，可以在凍土內(nèi)形成很厚的冰層，凍結(jié)時產(chǎn)生強烈凍脹，融化時會引起劇 烈沉陷，因而是凍害的重要原因。若沒有外來水分補給時，其凍脹作用叫做封閉型凍 脹，冰層較薄，凍脹量也較小。 ①凍結(jié)圈內(nèi)的巖體，如果含水量小于起始凍脹含水量，凍脹不會引起病害。沒有水就不會發(fā)生凍 害。同時，凍結(jié)圈范 圍的巖土也會由無凍脹性變?yōu)橛袃雒浶?，弱凍脹性變?yōu)? 強凍脹性。 隧道的排水設(shè)施如果在凍結(jié)圈內(nèi)，冬季最容易發(fā)生凍塞。 較長的隧道，兩端部各有一段長度能形成凍結(jié)圈，而中部一段多年不會形成季節(jié)凍結(jié) 圈。 回填料及回填狀況不同，對凍結(jié)圈的形狀和厚度大小也產(chǎn)生影響，它決定著凍脹荷載的大小 和分布圖形。襯砌周圍超挖大小 不等、超挖 (2)隧道季節(jié)凍結(jié)圈的形狀和大小 。 2)產(chǎn)生凍害的因素和性質(zhì) (1)寒冷氣溫的作用 由于氣溫降低，使得隧道凍結(jié)，氣溫升高則會融解，周而復始，導致隧道發(fā)生凍害，其具 有以下特點： ①季節(jié)性的出現(xiàn)和消失； ②凍害的輕重程度、范圍大小和持續(xù)時間長短，取決于 冬季日平均最低溫度，并受寒天 日數(shù)大小的直接影響； ③凍害出現(xiàn)與消失的發(fā)展速度與日平均負溫的過程線形狀有關(guān)； ④隧道凍害先在洞口處出現(xiàn)，逐漸向洞內(nèi)發(fā)展，由于冰的融化而引起的凍害先從洞內(nèi)向 外發(fā)展，后期則由外向內(nèi)與由內(nèi)向外同時出現(xiàn)； ⑤位于嚴寒地區(qū)的較長隧道，可能存在常年正溫段屬于無凍害段落。 (7)襯砌冷縮開裂。它比冰楔破壞作 用大，常見的開裂狀況有： ①襯砌變形開裂； ②路面破壞； ③隧道排水設(shè)備破壞，排水溝破壞； ④洞門墻、翼墻前傾開裂； ⑤洞口仰坡邊坡凍融坍塌； (6)襯砌材質(zhì)凍融破 壞。 (5)圍巖凍脹。 ’ (4)冰楔。 (3)“冰湖”。 (2)冰塞。襯砌背部有地下水，在襯砌滲漏過程中逐漸凍結(jié)形成懸掛冰溜。 (四 )隧道凍害及其防治 1．季節(jié)凍土中的隧道 ： 1)凍害現(xiàn)象 常見的隧道凍害現(xiàn)象有： 201 (11)墻基加深展寬 邊墻基底圍巖軟弱，引起下沉、傾斜、內(nèi)移、拱墻開裂等，可將墻基延深至較堅實穩(wěn)固的 巖層上，或展寬墻基與增設(shè)仰拱并用。 (10)增設(shè)仰拱或更換鋼筋混凝土仰拱 如底部土壤軟弱、路面上鼓、節(jié)段下沉等可增設(shè)仰拱。 (8)全拱更換或成段更新襯砌 拱部襯砌破壞嚴重，結(jié)構(gòu)喪失承載能力，用其他補強手段難以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，或者襯 砌嚴重侵入限界，采用其他整治措施有困難時，才采用全拱更換來根除病害。這是目前普遍采用的多快好省的加固 形式。 必要時，可以在噴層中加入鋼筋網(wǎng)。此時宜用錨桿，既可沿內(nèi) 緣張裂紋的走向兩邊布置，作為局部加固，也可以按全斷面加固，在所有內(nèi)緣張力區(qū)布置。 200如果隧道內(nèi)凈空條件不足，鋼拱 架可以嵌入被加固的圬工體內(nèi)。 (3)鋼拱架加固及嵌軌加固 有的裂損發(fā)展較快，為確保安全，采取鋼拱架臨時加固。在拱后壓漿增加 拱的約束要以提高襯砌剛度和穩(wěn)定性，如果同一環(huán)襯砌同時存在外鼓和內(nèi)鼓部位，首先采取 臨時措施控制內(nèi)鼓繼續(xù)變形，然后在外鼓變形的部位壓漿加固之后再對內(nèi)鼓采取加錨，最后 才對全斷面進行整體加固較為合適。 ②襯砌背后壓漿加固。 (1)壓漿加固 ①圬工體內(nèi)壓漿加固。但這種措施僅適用于洞口段和傍山隧道的靠山側(cè)或靠河側(cè)，屬于洞 外整治措施，而大規(guī)模的山體滑移，必須改線。也要采用鋼筋混凝土 梁跨越，使該不穩(wěn)固的巖體對襯砌的穩(wěn)固與支承條件不發(fā)生影響。 對于局部變形和失穩(wěn)的巖體可以局部采用錨桿加固，使之改變偏壓程度或偏壓狀態(tài)。因此對松散破碎的巖體，甚至堆積體采用錨桿加固，不僅可以有 效地控制巖體的變形和提高其穩(wěn)定性，而且可以使巖體對襯砌的壓力大小和分布圖形產(chǎn)生 有利的轉(zhuǎn)化。 用噴錨支護 )來穩(wěn)固這些洞穴。不能全部填充者，可以采取與支護和加筑襯砌 (包括采 如臬圍巖內(nèi)存在不穩(wěn)固的溶洞、坍方洞穴和在有影響的范圍內(nèi)存在不穩(wěn)固 的廢棄坑道等，都要采取充填措施。 (3)矽化固結(jié)巖體 通過向破碎松動的巖體內(nèi)壓入水泥漿液、水泥水玻璃漿液或其他化學漿液，使隧道襯砌 結(jié)構(gòu)背后一定深度范圍內(nèi)形成一個人工的固結(jié)圈，能有效地穩(wěn)固巖體，甚至使作用在襯砌上 的地層壓力大小和分布圖形產(chǎn)生有利的轉(zhuǎn)化。 (2)治水穩(wěn)固巖體 地下水的浸泡與活動對各種圍巖的穩(wěn)定性削弱最大。 ⑤除去圍巖地下水對襯砌的動靜壓力作用和潛流沖刷作用。 ③消滅圍巖的膨脹、凍脹、軟化泥化、浸析崩解的病害因素，或最大限度地限制其危害程 度，控制圍巖變形和失穩(wěn)。 2)穩(wěn)固巖體的工程措施 (1)穩(wěn)固巖體的工 程措施應達到以下效果： ①控制圍巖塑性變形區(qū)的擴展，使作用在襯砌上的地層壓力不會超出一定限度。 (5)對裂損的襯砌作穩(wěn)定性分析。 (3)根據(jù)觀測資料，對 各裂損節(jié)段和部位的變形、移動和裂損的基本形態(tài)和組合形態(tài)進 行分析，判斷其受力性質(zhì)與發(fā)展趨勢。 (2)對已出現(xiàn)裂損的段落，要根據(jù)一定的觀測坐標系統(tǒng)，對每一節(jié)段的變形、移動和開裂 的現(xiàn)澆和形態(tài)測繪成圖，并加必要的文字記述。 一般需進行以下幾方面的工作： (1)對一座已發(fā)生裂損的隧道，首先要查明哪些節(jié)段已發(fā)生變形、移動和開裂。整治裂損病害則是要消滅已有的裂損帶來的一切危害。襯砌被施工縫和舊裂損所分割，失去了整體性，抵抗變形的 能力大為降低，整體剛度不足。 (9)襯砌周邊的支承條件與設(shè)計假定不符。 (7)襯砌拱軸線形狀與荷載大小、分布圖形不相適應。 (5)保留的支撐腐朽倒坍，坍方范圍較施工時有所擴大。 (4)圍巖巖體發(fā)生了局部變形。 ④出現(xiàn)了局部集中荷載作用 (3)發(fā)生了圍巖整體滑動和錯斷活動。 (D施工偏壓。 d．巖性不均偏壓。 c．斷裂構(gòu)造。 b．褶皺構(gòu)造偏壓。其滑動的主要條件視巖層走向、傾向、傾角及與隧道縱軸的夾 角的大小而定。 a．單斜構(gòu)造偏壓。主要看地面襯砌外緣拱肩的垂直距離大小和地面橫坡而定。 是難免與實際地壓分布圖有出入，而一旦這種出入超出襯砌剛度和強度的實際承載能力，隧 道襯砌就會發(fā)生開裂。但 (2)地壓分布圖形出現(xiàn)了意外的不利情況。設(shè)計假定隧道開挖斷 面的形狀與襯砌拱軸形狀為相似形，其大小則按襯砌厚度及均勻超挖來計算。如果該段襯砌仍用深埋隧道的標準襯砌，最易發(fā)生實際荷載過大而導致的開裂，遇這 種情形時，地表多有沉陷、變形和開裂等現(xiàn)象。 ③淺埋與深埋劃分不準?，F(xiàn)階段，隧道設(shè)計的計算，襯砌類型的選擇，均是以圍巖分類為 基礎(chǔ)。在受技術(shù)和資金條件的 限制下，一些因素在設(shè)計前后是難以定量分析的，所以設(shè)計常常帶有一定的盲目性，不可避 免的與實際發(fā)生出入。如果襯砌背后沒有回填和回填不好，對地壓的大小及其增長規(guī)律將產(chǎn)生不 利影響。二者缺一不可，主要因素有： (1)地層壓力增長超過了襯砌的實際承載能力，造成地壓過大的原因有： ①采用的地壓理論及計算方法不符合實際。 2)運營后出現(xiàn)開裂的原因 隧道運營后出現(xiàn)的開裂有三種情況：一是施工過程中形成的開裂沒有得到整治，仍繼續(xù) 發(fā)展；二是已呈暫時穩(wěn)定或經(jīng)過整治的開裂出現(xiàn)了新的變化；三是完好的襯砌出現(xiàn)了新的開 裂。 1 96 多沿施工接縫開裂，產(chǎn)狀與施工縫面一致，也有內(nèi) (外 )緣淺表 開裂，其裂面多與襯砌表面垂直； (2)施工中出現(xiàn)不利的支承受力組合，襯砌成環(huán)太遲，用先拱后墻法施工，各個工序緊跟 不上，遲遲不能成環(huán)，如落中槽挖馬口時拱腳的懸空段過長，支承段長度過短，或支撐的穩(wěn)定 條 件和強度不足，常常造成不均勻下沉或拱腳內(nèi)移，在拱頂和拱腰出現(xiàn)開裂； (3)襯砌厚度不足； (D邊灌注邊拆支撐或支撐不強，毛洞或支撐變形造成厚度不足； ②局部欠挖，或遺留的支撐侵入襯砌外輪廓； ③小塊巖土坍落，混入圬工體內(nèi)； ④測量放樣發(fā)生差錯； ⑤初期支護噴射混凝土不均勻，侵入二次襯砌內(nèi)，導致二次襯砌厚度不足。 (3)仰拱 因上拱下彎而發(fā)生裂紋或斷裂。 2)常見的襯砌裂損 (1)拱頂 出現(xiàn)下彎形內(nèi)緣受拉開裂居 多，裂紋走向多與隧道縱向軸向平行。由此可見，加強施工管理，提高隧道混凝土襯砌質(zhì)量非常重要。 道的安全運營構(gòu)成了潛在威脅。這些裂縫對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及建成后隧 例如寧夏某隧道，由于種種原因，隧道襯砌作完后，襯砌混 凝土出現(xiàn)了大量裂縫。這也是導致某些襯砌結(jié) 構(gòu)強度不夠的一個因素，并存在某些潛在的危害，這種危害也許在將來的某個時間發(fā)生。它最適合設(shè)計施工總承包項目。目前，我國高速公路的隧道施工，已廣泛采用新奧法施工。 (三 )襯砌裂損病害與防治 作用在隧道襯砌結(jié)構(gòu)上的壓力，與隧道圍巖的性質(zhì)、地應力的大小以及施工方法、襯砌 修建的時間等因素有關(guān)。對于排水 的溝、管、槽可選用聚氯乙烯塑料管或 PVC管代替普通水泥制品。 (2)設(shè)置防蝕層 ‘ 用各種耐腐蝕的材料敷設(shè)在混凝土襯砌的表面，作成防蝕層是較常用的方法。 2．防治腐蝕措施 (1)治水 在前述各類腐蝕病害中，水是主要的病害媒介，故防蝕必先治水。 2)對石塊襯砌的腐蝕 石塊襯砌的腐蝕，按發(fā)生部位分為： (1)灰縫腐蝕，表現(xiàn)為失去粘結(jié)力和抗壓強度，因而發(fā)生灰縫脫落，砌塊松動，嚴重者可 導致襯砌變形，沿灰縫開裂和掉塊，失去支護圍巖的能力。 ， (4)骨料溶脹 ‘ 使用遇水能發(fā)生溶解和體積膨脹的巖塊作為粗細骨料，在水的作用下而發(fā)生腐蝕。 (3)凍蝕 在嚴寒地區(qū)的隧道，由于混凝土中存在各種開敞的孑 L隙，冬季孔隙中充水結(jié)冰凍脹而使 混凝土材質(zhì)破壞。對于鋼筋、 ?昆凝土襯 砌結(jié)構(gòu)，水蝕可以導致鋼筋銹蝕，而鋼筋銹蝕體積膨脹，又會加快混凝土的破壞和裂紋的發(fā) 展，周而復始，惡性促進。 隧道的拱部、邊墻、仰拱、排水溝和電纜槽等各部位都可能出現(xiàn)此種病害。腐蝕病害能導致材料強度降低，襯砌厚度變薄，滲水、漏水日趨嚴重，落石掉塊而打車傷 人，襯砌失去對圍巖的支護作用，其它病害也會接踵而來，危及行車及人身安全。 1．病害類型及特征 1)對混凝土襯砌的腐蝕 混凝土襯砌具有良好的耐久性，但是當遇到侵蝕介質(zhì)經(jīng)常作用時，會出現(xiàn)起毛、酥松、麻 面蜂窩、起鼓剝落、孔洞露石、骨料分離等材質(zhì)破壞。每一段所用的排、堵、截設(shè)施均應有主有次，既能自 成體系，又能互相配合，形成全隧道完整的治水系統(tǒng)。 治水應以一座隧道或一個路段作為研究對象。 中