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运营公路隧道安全评估

作者:陈建勋 罗彦斌 姜久纯  
评论: 更新日期:2011年05月03日

1  引  言
    随着我国公路交通建设规模的日益扩大,公路隧道(特别是长大隧道)的建设与科研都取得了长足的进步与发展。目前,我国已经成为世界上隧道工程数量最多、条件最复杂、技术发展最快的国家。据不完全统计,1979年我国公路隧道374座,通车里程仅为52 km;而2004年底,我国公路隧道已经达到2 500座,通车里程1 200 km。这些隧道经历了不同的时期,并且在不同的地质情况下、不同的技术水平条件下修建,大部分隧道已经步入“中老年”,出现不同程度的隧道拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、衬砌损坏、隧道渗漏水、隧道冻害、围岩大变形、衬砌厚度薄、混凝土强度低、隧道内空气污染等病害,其“健康隐患”对隧道的正常运营构成了一定威胁。因此,公路隧道的健康问题变得日益突出,我国目前20%一30%的公路隧道处于病害发育的亚健康状态,对现役运营公路隧道进行健康诊断和安全评估显得尤为重要。

2工程概况
2.1技术标准
    某公路隧道为直线双洞四车道单向行车隧道,上、下行线长2×1 210 m;纵坡0.4%、横坡1.5%;上行线净宽为(8.5+103+1.47)m,下行线净宽为(8.5+2.45+1.35)m,净高5.0 m;上、下行隧道中线间距为35 m;设计行车速度为60 km/h;设计荷载
为汽车一20、挂一100;设计交通量为2 000辆/h。卫生标准:正常交通时CO含量为100 PPm,交通堵塞时CO含量为250 PPm,烟雾浓度为48%;隧道通风方式为斜井排出式半横向通风。
2.2工程地质及水文地质条件
    上、下行隧道的工程地质及水文地质条件基本相同。隧道穿越板樟山中麓,地层为燕山中期粗粒黑云母花岗岩,最大埋深245 m。两端洞口约180 m(南口80 m、北口100 m)地段的岩体风化严重、节理发育,为Ⅱ类围岩;洞身中部除了有两处小断层破碎带(32 m)外,其余大部分地段为坚硬完整的Ⅳ、V类围岩,个别地段(55 m)为Ⅵ类围岩。隧道渗漏水主要为节理裂隙水,洞口段的风化裂隙水主要由
地表降水补给,洞身由于断层的存在主要是断层水。隧道开挖过程中渗漏水严重,有20处渗漏水区段,总延长达515 m,约占隧道全长的43%。最大渗漏水地段为最大埋深处,里程为K0+950(洞身标为430),延长35 m。
    隧道分两期建成,其中下行隧道于1990年建成通车,上行隧道于1992年建成通车。为了保证隧道安全运营,对其进行了安全评估。

3检测项目、方法及频率
    根据检测结果对隧道进行安全评估,其检测项目、方法及频率如表1所列。

4检测结果及安全评估
4.1  下行隧道衬砌结构的检测结果及安全评估
    从对下行隧道衬砌裂缝及渗漏水的调查、衬砌厚度和背后回填状况探测、衬砌混凝土强度和净空断面的检测结果来看,下行隧道存在下述安全隐患。
    (1)隧道衬砌开裂严重
    隧道中有11个区段,全长546 m(占隧道总长的45%),有多条纵向、斜向和环向裂缝将衬砌切割,且呈闭合状,使衬砌受力的整体作用大大降低。其余地段仍有大小不等的裂缝。
    (2)漏水严重
    虽然隧道漏水量不算太大(同灰岩地区大量涌水相比),但漏水点分布广泛。漏水严重地带集中于11个区段,全长546 m,而且其余地段裂缝均有渗水痕迹。隧道大范围渗漏水不仅对隧道衬砌结构的安全不利,而且会影响行车安全。
    (3)拱部衬砌混凝土强度严重不足
    在检测的拱部105个测点中,小于设计强度的占14%,最小强度为14MPa,相当设计强度的71%,不满足“评定标准”的要求,属不合格工程。
    (4)拱顶空洞、衬砌厚度不足和施工质量低劣更加导致隧道病害的发展
    从地质雷达探测结果来看,下行隧道拱顶处空洞基本连通,且拱顶衬砌厚度普遍不足。其余部位(除两侧个别拱腰处实测厚度略小于设计值外)尚大于设计厚度。整个隧道拱顶衬砌背后有空洞或脱空者达98%;两侧拱腰衬砌背后有空洞者也达10%。下行隧道拱顶衬砌厚度严重不足,合格率(点)仅为8.6%,在洞身标100—120处拱顶实测厚度只有8 cm,为设计厚度(30 cm)的27%。
    隧道拱顶空洞是人为的汇水通道,由于积水造成水压过高,导致衬砌混凝土开裂和大面积漏水。隧道受当时施工技术条件制约,施工管理欠严,拱顶出现少量空洞在所难免,但象本隧道拱顶几乎全部存在空洞的现象实属少见。衬砌背后空洞是工程重大隐患,也是造成隧道病害的主要人为因素。国内外隧道发生的多次掉拱事故,均与拱顶空洞有关。
    综上所述,下行隧道病害严重,按“养护技术规范”关于结构检查的判定标准(表2)对其判定,已达到“2A”级,所以应尽早对隧道衬砌背后空洞、隧道衬砌裂缝和渗漏水等病害进行全面综合整治。

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