許新裕

國家管網(wǎng)集團福建公司

 

隧道是油氣管道穿越山嶺常用的敷設方式之一。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范的現象，隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng)，會(huì )導致隧道本體出現不同程度的缺陷。這些缺陷若不及時(shí)處置，會(huì )造成隧道本體加速損壞，嚴重時(shí)會(huì )影響到管道安全運行。因此，定期對隧道穿越工程進(jìn)行全面檢測顯得十分必要。

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

1  檢測內容

依據TB 10223―2014《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測規范》和Q/GGWXQ 290―2021《油氣管道隧道穿越段全面檢測技術(shù)規范》相關(guān)要求，結合溪源隧道現場(chǎng)實(shí)際情況，對隧道本體開(kāi)展了如下檢測：①隧道襯砌混凝土厚度及背后空洞檢測。采用地質(zhì)雷達法對隧道左右邊墻、底板、拱腰和拱頂布置測線(xiàn)進(jìn)行探查，檢查襯砌厚度以及背后有無(wú)疏松和脫空。②隧道襯砌混凝土強度檢測。按照《超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規程》，采用單面平測法。③隧道襯砌裂紋深度及滲水檢測。通過(guò)目測、攝影及測試等手段調查隧道襯砌裂紋的長(cháng)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。采用激光斷面檢測系統，以隧道內輪廓設計圖作為標準斷面，其余檢測斷面與對應位置標準斷面數據比較，分析隧道侵線(xiàn)情況。⑤隧道中心高程測量。采用全站儀或精密水準儀進(jìn)行測量，分析隧道底部中心高程是否異常。⑥混凝土碳化深度檢測。隧道回彈值測量完畢后，在有代表性的位置上測量碳化深度，測點(diǎn)不應少于構件測區數的30％，取其平均值為該構件每測區的碳化深度值。

2  檢測結果

2.1  襯砌性能            

（1）襯砌厚度。沿檢測方向每間隔5 m測一組數據（拱頂，左、右邊墻），共測273組數據，測出有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 襯砌厚度檢測結果 

（2）襯砌缺陷。用地質(zhì)雷達法完成隧道襯砌（拱頂，左、右邊墻）以及底板1378.5 m的檢測，測出襯砌缺陷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）襯砌強度。利用回彈法對溪源隧道襯砌強度進(jìn)行檢測，每50 m為一個(gè)檢測部位，每個(gè)部位取10個(gè)測區，從測試結果看，檢測結果大部分不合格（圖 2）。

圖 2 襯砌強度檢測結果 

2.2  襯砌混凝土裂縫及滲水  

現場(chǎng)發(fā)現隧道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、泛白結晶17條；施工縫開(kāi)裂10條；裂縫滲水、泛白結晶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)現場(chǎng)檢測，隧道滲漏水主要表現為：隧道內襯砌裂縫滲水，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(xiàn)形檢查以隧道內輪廓設計圖作為標準斷面，其余檢測斷面與對應位置標準斷面數據相比較，分析隧道侵線(xiàn)情況。實(shí)測斷面線(xiàn)形與設計擬合良好，出現3處輕微侵線(xiàn)現象，最大侵線(xiàn)2.6 cm，位于K1+170 m右邊墻。

沿檢測方向，每40 m測一組高程，檢測結果顯示，隧道實(shí)測高程與設計高程吻合度高，符合設計要求。

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28處，碳化值為3.5 mm～7.5 mm（圖 4）。

圖 4 碳化深度檢測 

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(lèi)，成因包括：①隧道二次襯砌主要為素混凝土，結構抗拉性較差，當應力超過(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強度未達到設計要求，二次襯砌過(guò)早澆筑，導致二次襯砌受力而產(chǎn)生裂縫；或是二次襯砌混凝土未達到養護周期，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(cháng)期運營(yíng)過(guò)程中因拱腳產(chǎn)生下沉所導致的受力裂縫。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臺現象，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)模板定位不準所產(chǎn)生的錯臺現象。

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

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，從而出現滲漏。②隧道運營(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以及振搗不及時(shí)。②混凝土澆筑時(shí)沒(méi)有嚴格落實(shí)分層逐窗澆筑工藝，僅利用個(gè)別窗口，導致混凝土流動(dòng)距離過(guò)長(cháng)，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，但在檢測時(shí)地質(zhì)雷達顯示仍然異常。

（2）主要危害。降低隧道襯砌結構的承載力，威脅隧道運營(yíng)安全。

3.4  混凝土結構裂損或剝落

（1）缺陷成因。隧道襯砌裂損或剝落既有外力方面的原因，也有襯砌結構內部變化的原因。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，內因有襯砌材料劣化、施工不當、設計缺陷等。

（2）主要危害。降低隧道襯砌結構的承載力，結構出現滲漏水情況，威脅隧道運營(yíng)安全。

3.5  混凝土碳化，強度不足

（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，其使用機能下降的一種復雜的物理化學(xué)過(guò)程。②由于隧道內空氣濕度太大，致使隧道襯砌結構混凝土表面極其潮濕，從而影響混凝土的強度。

（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)境下形成的對鋼筋起保護作用的致密氧化膜（鈍化膜）遭到破壞，混凝土失去對鋼筋的保護作用，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(cháng)期碳化可能導致混凝土的裂縫和結構的破壞。②降低隧道襯砌結構的承載力，結構抗裂性差，產(chǎn)生大量寬裂縫，構件變形大，增加混凝土碳化深度，威脅隧道運營(yíng)安全。

3.6  混凝土表面泛白結晶

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

（2）主要危害。如果混凝土出現嚴重的析出體結晶現象，會(huì )使混凝土表層結構疏松、強度降低，對鋼筋混凝土中的鋼筋產(chǎn)生腐蝕，導致其抗磨性、抗滲性、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  結語(yǔ)

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

（2）隧道襯砌出現碳化現象，襯砌混凝土強度低于設計值，建議對隧道的襯砌混凝土強度采用鉆芯取樣法進(jìn)行強度確認。

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

（4）加強隧道內通風(fēng)措施，保證隧道內干燥，以減緩襯砌碳化。

參考文獻：

[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.隧道襯砌檢測判識標準及缺陷處理措施研究[J].鐵道標準設計， 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