隧道结构裂缝病害治理方法研究

隧道结构裂缝病害治理方法研究

廖琦

中国十九冶集团有限公司 四川成都 611730

摘要：随着我国隧道建设的快速发展，隧道数量与里程增长迅速。隧道在建设以及运营期间，受到衬砌内外表面温度差异较大、地基不均匀沉降、结构荷载差异较大等多种因素影响，隧道衬砌结构极易出现裂缝。裂缝会降低钢筋混凝土结构的承载能力，甚至导致衬砌失稳和突然坍塌，威胁隧道运营安全。因此，及时检测衬砌裂缝并进行修补，对延长隧道使用寿命、保护隧道安全运行具有重大意义。在公路工程和铁路工程中，隧道工程是关键节点，尤其是在山区修建时，隧道能够大大缩短线路里程，达到快速通行的目的。因此，隧道结构的安全和稳定性是保证整体隧道通行能力的重要基础。但由于隧道所处位置为地下，岩体性质通常较为复杂，难以满足设计和施工中的所有要求。普通混凝土衬砌结构缺乏钢筋骨架，抗弯强度不足，随着运行过程中材料性能的减弱，开裂、渗水等病害逐渐突出。

关键词：隧道结构；裂缝病害；治理方法

引言

随着我国基础设施的快速发展，大跨径双向4车道高速公路隧道工程项目越来越多。隧道衬砌裂缝现象越来越多，如果不采取任何措施将对隧道结构安全产生负面影响。裂缝的成因分析和处治方案是衬砌裂缝处治成败的关键。隧道裂缝病害主要表现为环向裂缝、纵向裂缝及斜向裂缝。根据缝宽需采用不同的处治方式。

1裂缝分类

1.1按裂缝走向进行分类

按照裂缝走向，隧道衬砌结构裂缝大致可以分为沿隧道轴向发展的隧道纵向裂缝、沿隧道环向发展的环向裂缝、垂直于隧道轴向发展的横向裂缝以及介于隧道纵向和横向发展的斜向裂缝。

1.2按裂缝部位进行分类

目前，我国修建的隧道一般形态相同，无论公路隧道还是铁路隧道，只是大小有所差别。一般在公路隧道中，隧道的内径较大，铁路隧道内径较小，但两种隧道均可分为以下部分：（1）隧道的拱顶，一般指的是隧道最高部位及其周边；（2）隧道的拱腰，一般指的是拱顶周边至隧道起拱线位置；（3）隧道的边墙，常指拱腰以下至隧道地面所在位置。各结构部分产生的裂缝分别称为：边墙缝、拱腰缝及拱顶缝。

2隧道结构裂缝病害治理方法

2.1隧道运维过程中的裂缝治理方法

在隧道的运维过程中，应及时排出地下水，及时处理小裂缝，防止其膨胀。如果裂缝导致泄漏，可以使用聚氨酯树脂对裂缝进行堵塞，必要时可以使用环氧树脂提高结构强度。另外，应提前预测和控制隧道附近的山地蠕变和泥石流。目前，针对隧道运维阶段的隧道裂缝病害治理方法较多，以红外图像识别监测为例，该方法主要通过以下步骤实现：首先，由红外图像采集仪对隧道整体进行图像采集，并在频域内对图像进行预处理；其次，在图像子块中计算每个像素的条件纹理各向异性，并用迭代法得到最优阈值，以此根据该阈值确定图像子块中的裂纹。最后，将每个子区域的裂缝连接起来，从而实现对裂缝的识别，再根据裂缝的大小进行处治。除此红外图像识别之外，还有以BP神经网络为代表的深度学习技术等也正在广泛被应用于隧道裂缝的识别于处理。

2.2宽度≥0.15mm的裂缝处理措施

裂缝宽度≥0.15mm的裂缝修补采用化学压力注胶处理，施工采用低压慢注法（注射法）修补，增强混凝土的强度。施工流程和技术要点有：（1）裂缝调查。利用读数显微镜测量裂缝宽度，并通过超声、压水和钻孔取样明确裂缝的深度和走向，此外，还要调查清楚裂缝的性质、长度、是否贯穿及漏水等方面的信息，以此决定处理区域。（2）裂缝清理。使用钢丝刷清理裂缝表面的各种杂物，并沿着裂缝凿“V”形槽，之后清槽，再沿着裂缝两端2—3cm用工业酒精擦拭。（3）设置注胶嘴。最好设置在裂缝交错或者较宽的地方，其间距结合裂缝大小、走向、结构形式来确定，一般来说，缝宽0.3—1.0mm时，间距在20—50cm，在一条裂缝上需有进浆口、排气口或出浆口。注胶嘴先用封口胶粘贴在预定位置，施工时严禁堵塞注胶嘴。（4）封缝。必须做好封缝工作，否则会影响注胶的效果和质量。施工时，选择的是封口胶，根据推荐配胶比例称取并调配均匀，用油灰刀沿裂缝往复涂刮后均匀涂抹一层厚约1—2mm、宽2—3cm的胶泥，需要注意的是，不能出现小气泡或密封性不够的问题。（5）封缝检验。封缝后1h用压缩空气进行试漏试验，沿着裂缝涂抹一层肥皂水，往注胶嘴吹入压缩空气（压力和注胶压力一致），漏气处继续进行封闭，通过检验明确裂缝的密封效果和贯通情况。

2.3明确技术应用标准

要想确保隧道工程施工中的灌浆加固技术能够发挥出预期的效果，解决工程面临的裂缝、砌石松动、脱落等病害，需要在施工前明确灌浆加固技术的各项应用标准，具体来说有以下几点。第一，确定灌浆压力。注浆的过程中，要确定施加恰当的灌浆压力，才能保证注浆过程的顺利进行，并且取得较好的灌注效果。在确定灌浆压力时，需要结合现场的地质条件、施工条件等情况确定恰当的灌浆压力。在明确灌浆压力后需要进行试验，确认压力是否合适，是否会出现突发状况等，然后根据试验结果合理的调整压力值，并做好突发状况的应急措施。在注浆的过程中，要根据确定好的灌浆压力，做好控制，避免出现压力的波动影响注浆效果。第二，确定注浆量。通常情况下，灌浆量应当按照施工对象的含土量的20%来确定，在具体工程项目中，还应当结合实际的土质条件、浆液、土层的渗透系数等来进行恰当的调整，但是应当按照能够填满地基并且灌浆饱满的标准来确定最终的数值。第三，确保施工路基的承载力满足施工需求。施工现场的路基承载力必须能够达到相应的标准，才能保证灌浆加固技术的顺利应用。通常情况下，淤泥地段的承载力必须超过90kPa，复合路基的承载力则应当达到135kPa。第四，确定扩散半径。扩散半径对于灌浆施工有着重要的影响，因此在施工中必须结合各项施工参数如灌浆压力、时间、渗透系数等来合理地确定扩散半径，严格控制好扩散半径。如果在施工中条件发生变化，则要及时地调整扩散半径，确保施工质量。

2.4基于卷积神经网络与边缘修正实现隧道衬砌裂缝识别

基于卷积神经网络的裂缝区域定位、基于二叉树的裂缝边缘修正和基于曲线拟合的裂缝轨迹连接，经试验分析，发现：（1）提出基于卷积神经网络的裂缝区域定位，对采集到的海量隧道衬砌图像进行筛查，可准确筛除98.73%不包含裂缝的衬砌图像，极大提高了隧道衬砌图像的裂缝检测效率，并减少了隧道内复杂环境的干扰。（2）提出基于二叉树的裂缝边缘修正，最大程度地保留了裂缝的网状形态，并对裂缝毛刺形的短小分叉部分进行了较好的修正，提高了裂缝区域分割的准确性，为后续裂缝宽度等信息的获取提供了基础。（3）提出基于曲线拟合的裂缝轨迹修正，结合二叉树节点对轨迹断裂部分进行连接，得到较为完整的裂缝轨迹，为后续隧道衬砌裂缝技术评定提供了有效数据。

结语

在具体工程项目中应用该技术时，应当严格按照应用的流程规范作业，结合工程项目的实际情况，合理的确定浆液配比、注浆压力、注浆速度、扩散半径等各项参数，并做好施工准备，加强施工过程的监管，避免漏浆、中断等问题的出现，即便出现问题也应当提前做好应急措施，及时处理。

参考文献

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[2]杨香英.铁路隧道衬砌裂缝病害及其整治措施研究[J].居业,2020(7):100-101.

[3]张龙.隧道裂缝形成机理及发展规律研究[D].重庆:重庆交通大学,2017.