許新裕

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)福建公司

隧道是油氣管道穿越山嶺常用的敷設(shè)方式之一。由于隧道工程的施工環(huán)境一般都比較惡劣，施工工藝可能存在不規(guī)范的現(xiàn)象，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致隧道本體出現(xiàn)不同程度的缺陷。這些缺陷若不及時(shí)處置，會(huì)造成隧道本體加速損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到管道安全運(yùn)行。因此，定期對(duì)隧道穿越工程進(jìn)行全面檢測(cè)顯得十分必要。

溪源隧道為西氣東輸三線（西三線）管道專用隧道，穿越點(diǎn)位于福建省長(zhǎng)汀縣涂坊鎮(zhèn)。隧道水平長(zhǎng)度1378.50 m，實(shí)長(zhǎng)1378.97 m�？v向坡度采用“人”字坡設(shè)計(jì)，進(jìn)口端縱向坡度3.6%，實(shí)長(zhǎng)692.44 m；出口端縱向坡度0.94%，實(shí)長(zhǎng)686.53 m，洞身凈斷面尺寸3.2 m×4.0 m。本文以西三線溪源隧道（福州—吉安）K0+000 m～K1+378.5 m全面檢測(cè)為例，進(jìn)行隧道缺陷成因分析，為后續(xù)運(yùn)行管理提供依據(jù)。

1  檢測(cè)內(nèi)容

依據(jù)TB 10223―2014《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)規(guī)范》和Q/GGWXQ 290―2021《油氣管道隧道穿越段全面檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求，結(jié)合溪源隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)隧道本體開(kāi)展了如下檢測(cè)：①隧道襯砌混凝土厚度及背后空洞檢測(cè)。采用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)隧道左右邊墻、底板、拱腰和拱頂布置測(cè)線進(jìn)行探查，檢查襯砌厚度以及背后有無(wú)疏松和脫空。②隧道襯砌混凝土強(qiáng)度檢測(cè)。按照《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》，采用單面平測(cè)法。③隧道襯砌裂紋深度及滲水檢測(cè)。通過(guò)目測(cè)、攝影及測(cè)試等手段調(diào)查隧道襯砌裂紋的長(zhǎng)度、寬度、深度以及裂紋走向，判斷隧道襯砌是否遭受破壞以及破壞滲漏的程度，估算每分鐘滲漏量。④凈空斷面檢測(cè)。采用激光斷面檢測(cè)系統(tǒng)，以隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖作為標(biāo)準(zhǔn)斷面，其余檢測(cè)斷面與對(duì)應(yīng)位置標(biāo)準(zhǔn)斷面數(shù)據(jù)比較，分析隧道侵線情況。⑤隧道中心高程測(cè)量。采用全站儀或精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，分析隧道底部中心高程是否異常。⑥混凝土碳化深度檢測(cè)。隧道回彈值測(cè)量完畢后，在有代表性的位置上測(cè)量碳化深度，測(cè)點(diǎn)不應(yīng)少于構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)的30％，取其平均值為該構(gòu)件每測(cè)區(qū)的碳化深度值。

2  檢測(cè)結(jié)果

2.1  襯砌性能            

（1）襯砌厚度。沿檢測(cè)方向每間隔5 m測(cè)一組數(shù)據(jù)（拱頂，左、右邊墻），共測(cè)273組數(shù)據(jù)，測(cè)出有17處厚度不足，其中拱頂9處，左邊墻6處，右邊墻2處，欠厚最大處4 cm（圖 1）。

圖 1 襯砌厚度檢測(cè)結(jié)果 

（2）襯砌缺陷。用地質(zhì)雷達(dá)法完成隧道襯砌（拱頂，左、右邊墻）以及底板1378.5 m的檢測(cè)，測(cè)出襯砌缺陷109處，其中脫空81處、不密實(shí)22處、空洞6處。隧道襯砌背后脫空和不密實(shí)等主要集中在拱頂和拱腰處。                              

（3）襯砌強(qiáng)度。利用回彈法對(duì)溪源隧道襯砌強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，每50 m為一個(gè)檢測(cè)部位，每個(gè)部位取10個(gè)測(cè)區(qū)，從測(cè)試結(jié)果看，檢測(cè)結(jié)果大部分不合格（圖 2）。

圖 2 襯砌強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果 

2.2  襯砌混凝土裂縫及滲水  

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)隧道125處襯砌存在裂縫及滲水，寬度為0.22 mm～1.05 mm，其中裂縫55條；施工縫滲水、泛白結(jié)晶17條；施工縫開(kāi)裂10條；裂縫滲水、泛白結(jié)晶43條。隧道襯砌表面多分布環(huán)向裂縫、斜向裂縫、縱向裂縫，其中以環(huán)向裂縫及斜向裂縫居多，共119條，占比95.2%。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，隧道滲漏水主要表現(xiàn)為：隧道內(nèi)襯砌裂縫滲水，施工縫滲漏水較少；隧道底板積水和流動(dòng)明水較多，主要在隧道進(jìn)口至邊坡處（K1+386.6 m～K0+850 m），水流呈現(xiàn)紅棕色，并伴有少量泥沙，隧道襯砌掛水，主要集中于拱部（圖 3）。

圖 3 地面紅棕色的泥和水 

2.3  隧道斷面及中心高程

斷面線形檢查以隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖作為標(biāo)準(zhǔn)斷面，其余檢測(cè)斷面與對(duì)應(yīng)位置標(biāo)準(zhǔn)斷面數(shù)據(jù)相比較，分析隧道侵線情況。實(shí)測(cè)斷面線形與設(shè)計(jì)擬合良好，出現(xiàn)3處輕微侵線現(xiàn)象，最大侵線2.6 cm，位于K1+170 m右邊墻。

沿檢測(cè)方向，每40 m測(cè)一組高程，檢測(cè)結(jié)果顯示，隧道實(shí)測(cè)高程與設(shè)計(jì)高程吻合度高，符合設(shè)計(jì)要求。

2.4  隧道混凝土碳化深度

隧道襯砌混凝土碳化深度共檢測(cè)28處，碳化值為3.5 mm～7.5 mm（圖 4）。

圖 4 碳化深度檢測(cè) 

3  缺陷成因分析

3.1  襯砌裂縫

（1）缺陷成因。隧道襯砌表面裂縫分為環(huán)向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫三類，成因包括：①隧道二次襯砌主要為素混凝土，結(jié)構(gòu)抗拉性較差，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)承受范圍就會(huì)開(kāi)裂。②自拱腳部位由下向上開(kāi)裂的斜向及環(huán)向裂縫，可能是由于初期支護(hù)強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，二次襯砌過(guò)早澆筑，導(dǎo)致二次襯砌受力而產(chǎn)生裂縫；或是二次襯砌混凝土未達(dá)到養(yǎng)護(hù)周期，過(guò)早拆模所產(chǎn)生的開(kāi)裂。③拱頂縱向裂縫，可能是襯砌受拱背圍巖壓力擠壓所產(chǎn)生的受力裂縫。④拱腰部位的縱向裂縫，可能為混凝土收縮變形所致，或隧道在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中因拱腳產(chǎn)生下沉所導(dǎo)致的受力裂縫。⑤環(huán)向閉合裂縫，可能為二次襯砌施工澆筑接縫，主要由于混凝土干縮變形所致，部分裂縫存在表面輕微錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，可能為襯砌產(chǎn)生沉降差異所引起的開(kāi)裂，或是在施工過(guò)程中兩段襯砌澆筑時(shí)模板定位不準(zhǔn)所產(chǎn)生的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

（2）主要危害。隧道襯砌開(kāi)裂易導(dǎo)致隧道掉塊，局部承載力降低，影響隧道結(jié)構(gòu)安全。

3.2  襯砌滲漏水及其背后含水

（1）缺陷成因。①由于襯砌背后的積水不能及時(shí)排出，暴雨后水壓增大擠破止水帶，從而出現(xiàn)滲漏。②隧道運(yùn)營(yíng)多年，襯砌后防水材料老化破裂，襯砌背后的積水過(guò)多。

（2）主要危害。隧道滲水易造成底板積水，嚴(yán)重時(shí)易造成襯砌掉塊。

3.3  襯砌背后空洞、脫空、不密實(shí)

（1）缺陷成因。①隧道襯砌施工過(guò)程中防水板施工不當(dāng)以及振搗不及時(shí)。②混凝土澆筑時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格落實(shí)分層逐窗澆筑工藝，僅利用個(gè)別窗口，導(dǎo)致混凝土流動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，壓力不足造成二襯端頭處存在空洞[1]。③難以精確掌握混凝土用量及沖頂時(shí)混凝土泵的壓力，或者混凝土澆筑過(guò)程中未振搗密實(shí)及混凝土本身發(fā)生收縮和徐變的特性，澆筑完成后混凝土自重下沉，導(dǎo)致拱部混凝土灌注量不足而形成拱部局部空腔[2]。④沒(méi)有嚴(yán)格落實(shí)帶模注漿工藝，襯砌背后缺陷沒(méi)有被及時(shí)消除，或者注漿材料與二襯混凝土物理特性差異較大，雖然已經(jīng)注漿，但在檢測(cè)時(shí)地質(zhì)雷達(dá)顯示仍然異常。

（2）主要危害。降低隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載力，威脅隧道運(yùn)營(yíng)安全。

3.4  混凝土結(jié)構(gòu)裂損或剝落

（1）缺陷成因。隧道襯砌裂損或剝落既有外力方面的原因，也有襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化的原因。外因包括隧道圍巖松弛、偏壓、承載力不足、地層下沉、地震荷載和膨脹性土壓等，內(nèi)因有襯砌材料劣化、施工不當(dāng)、設(shè)計(jì)缺陷等。

（2）主要危害。降低隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載力，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水情況，威脅隧道運(yùn)營(yíng)安全。

3.5  混凝土碳化，強(qiáng)度不足

（1）缺陷成因。①空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，其使用機(jī)能下降的一種復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。②由于隧道內(nèi)空氣濕度太大，致使隧道襯砌結(jié)構(gòu)混凝土表面極其潮濕，從而影響混凝土的強(qiáng)度。

（2）主要危害。①由于混凝土堿性降低，使鋼筋表面在高堿環(huán)境下形成的對(duì)鋼筋起保護(hù)作用的致密氧化膜（鈍化膜）遭到破壞，混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，造成混凝土中的鋼筋銹蝕。同時(shí)，碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮，長(zhǎng)期碳化可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞。②降低隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載力，結(jié)構(gòu)抗裂性差，產(chǎn)生大量寬裂縫，構(gòu)件變形大，增加混凝土碳化深度，威脅隧道運(yùn)營(yíng)安全。

3.6  混凝土表面泛白結(jié)晶

（1）缺陷成因�；炷�土結(jié)晶是指混凝土固化后表面析出像白霜一樣的晶體，這是因?yàn)榛炷�土中含有的無(wú)機(jī)鹽與水泥不相溶，在水泥失水固化后無(wú)機(jī)鹽失水析出。它是由于建筑材料內(nèi)部可溶性鹽和堿的含量偏高，混凝土本身具有滲透性、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、方法不當(dāng)或養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠等原因造成的。

（2）主要危害。如果混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重的析出體結(jié)晶現(xiàn)象，會(huì)使混凝土表層結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度降低，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致其抗磨性、抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化性降低，最終耐久性遭到破壞，影響其安全性能。

4  結(jié)語(yǔ)

（1）隧道襯砌有裂縫存在，且伴有泛白結(jié)晶物和滲漏水，建議對(duì)隧道裂縫、背后空洞與脫空進(jìn)行補(bǔ)注漿等處理，對(duì)混凝土表面泛白結(jié)晶進(jìn)行必要的清除。

（2）隧道襯砌出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，襯砌混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值，建議對(duì)隧道的襯砌混凝土強(qiáng)度采用鉆芯取樣法進(jìn)行強(qiáng)度確認(rèn)。

（3）隧道底部存在大量積水和流動(dòng)明水，建議對(duì)隧道襯砌漏水及其背后含水進(jìn)行引排等處理。

（4）加強(qiáng)隧道內(nèi)通風(fēng)措施，保證隧道內(nèi)干燥，以減緩襯砌碳化。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁敏.隧道二襯脫空原因分析及防治[J].鐵道建筑，2014(6)：95-97．

[2]馬為功，石玉霞，竇順.隧道襯砌檢測(cè)判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)及缺陷處理措施研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 2019，63(01)：98-102.

作者簡(jiǎn)介：許新裕，1984年生，碩士研究生，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京），工程師，主要從事管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：15960902560，1772748941@qq.com