許新裕

國家管網集團福建公司

 

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境一般都比較惡劣，施工工藝可能存在不規范的現象，隨著運行時間的延長，會導致隧道本體出現不同程度的缺陷。這些缺陷若不及時處置，會造成隧道本體加速損壞，嚴重時會影響到管道安全運行。因此，定期對隧道穿越工程進行全面檢測顯得十分必要。

溪源隧道為西氣東輸三線（西三線）管道專用隧道，穿越點位于福建省長汀縣涂坊鎮。隧道水平長度1378.50 m，實長1378.97 m。縱向坡度采用“人”字坡設計，進口端縱向坡度3.6%，實長692.44 m；出口端縱向坡度0.94%，實長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全面檢測為例，進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《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規范》和Q/GGWXQ 290―2021《油氣管道隧道穿越段全面檢測技術規范》相關要求，結合溪源隧道現場實際情況，對隧道本體開展了如下檢測：①隧道襯砌混凝土厚度及背后空洞檢測。采用地質雷達法對隧道左右邊墻、底板、拱腰和拱頂布置測線進行探查，檢查襯砌厚度以及背后有無疏松和脫空。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。通過目測、攝影及測試等手段調查隧道襯砌裂紋的長度、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，分析隧道侵線情況。⑤隧道中心高程測量。采用全站儀或精密水準儀進行測量，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22處、空洞6處。隧道襯砌背后脫空和不密實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行檢測，每50 m為一個檢測部位，每個部位取10個測區，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  

現場發現隧道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；施工縫開裂10條；裂縫滲水、泛白結晶43條。隧道襯砌表面多分布環向裂縫、斜向裂縫、縱向裂縫，其中以環向裂縫及斜向裂縫居多，共119條，占比95.2%。

經現場檢測，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明水較多，主要在隧道進口至邊坡處（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，分析隧道侵線情況。實測斷面線形與設計擬合良好，出現3處輕微侵線現象，最大侵線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，結構抗拉性較差，當應力超過承受范圍就會開裂。②自拱腳部位由下向上開裂的斜向及環向裂縫，可能是由于初期支護強度未達到設計要求，二次襯砌過早澆筑，導致二次襯砌受力而產生裂縫；或是二次襯砌混凝土未達到養護周期，過早拆模所產生的開裂。③拱頂縱向裂縫，可能是襯砌受拱背圍巖壓力擠壓所產生的受力裂縫。④拱腰部位的縱向裂縫，可能為混凝土收縮變形所致，或隧道在長期運營過程中因拱腳產生下沉所導致的受力裂縫。⑤環向閉合裂縫，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，可能為襯砌產生沉降差異所引起的開裂，或是在施工過程中兩段襯砌澆筑時模板定位不準所產生的錯臺現象。

（2）主要危害。隧道襯砌開裂易導致隧道掉塊，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隧道運營多年，襯砌后防水材料老化破裂，襯砌背后的積水過多。

（2）主要危害。隧道滲水易造成底板積水，嚴重時易造成襯砌掉塊。

3.3  襯砌背后空洞、脫空、不密實

（1）缺陷成因。①隧道襯砌施工過程中防水板施工不當以及振搗不及時。②混凝土澆筑時沒有嚴格落實分層逐窗澆筑工藝，僅利用個別窗口，導致混凝土流動距離過長，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混凝土泵的壓力，或者混凝土澆筑過程中未振搗密實及混凝土本身發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沒有嚴格落實帶模注漿工藝，襯砌背后缺陷沒有被及時消除，或者注漿材料與二襯混凝土物理特性差異較大，雖然已經注漿，但在檢測時地質雷達顯示仍然異常。

（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相互作用，使其成分、組織和性能發生變化，其使用機能下降的一種復雜的物理化學過程。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，碳化還會加劇混凝土的收縮，長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，威脅隧道運營安全。

3.6  混凝土表面泛白結晶

（1）缺陷成因。混凝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機鹽與水泥不相溶，在水泥失水固化后無機鹽失水析出。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、方法不當或養護時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

（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、背后空洞與脫空進行補注漿等處理，對混凝土表面泛白結晶進行必要的清除。

（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行強度確認。

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

（4）加強隧道內通風措施，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.

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