岩石隧道中空洞、裂缝、渗水的形成机理.doc

岩石隧道中空洞、裂缝、渗水的形成机理
隧道中空洞、裂缝、渗水等病害的形成机理非常复杂，通常是由多项因素联合作用导致病害的形成，自然环境和材料性质，设计、施工、维护等过程中的失误都有可能引发隧道病害。
值得一提的是，隧道中空洞、裂缝、漏水的成因并非彼此独立、分离的，而是互相作用和影响，一类病害的产生往往会诱发另一种病害。比如，空洞的产生会使衬砌受力不均并产生应力集中，使荷载超过衬砌的抗拉强度，从而形成裂缝。而空洞、裂缝等病害都会造成隧道内部的渗漏水，尤其是衬砌裂缝的存在，会使得围岩内地下水在水头压力的作用下渗入隧道内部。反过来，隧道的渗漏水、以及排水设备不完善等情况会使围岩浸泡在水中，降低了围岩的强度，从而使隧道产生裂缝。

因此，鉴于隧道中各种病害通常互相伴随出现的特性，我们应当对隧道灾害的防治、对已有灾害控制、防止诱发次生灾害等工作应当加以足够重视。岩石隧道中空洞、渗水、裂缝等病害的常见原因如下：
一、自然环境原因
1、隧道的开挖会改变其周围岩石的径流路线，使水向隧道汇聚积累，水压力作用在衬砌上，促使材料强度降低，会诱发裂缝、渗水等，形成多种隧道灾害。
2、若围岩等级较低，会影响隧道整体强度，容易产生裂缝，且围岩与初期支护之间不密实，会形成了空洞。当围岩完整度较差，裂隙、节理、不良结构面较多时，容易造成隧道渗水。
3、隧道所处的地质分布不均匀时，在围岩压力或自重作用下，会使隧道出现不均匀沉降，从而致使隧道产生沉降裂缝。
二、设计原因
设计过程中的失误，如喷射混凝土厚度、衬砌管片结构等的设计不当均会引发隧道病害。
三、施工原因
1、隧道施工中钻孔、开挖等工序往往会使隧道中形成空洞，而超挖后回填混凝土回填不密实也会使隧道遗留有空洞。
2、施工时若模板不够坚实使得挠度过大，会导致上部的混凝土衬砌下降，在衬砌和围岩间形成空洞。
3、若衬砌拆模时间过早、养护条件和时间不适宜，会使混凝土的强度不能充分发挥，承载及抵抗变形能力差，易使混凝土产生裂缝。
4、施工中留下的施工缝，变形缝如果防水措施不到位，将形成渗水通道，使衬砌背后的游离水可以顺利的渗入隧道内部。
5、其他的一些施工不当因素，如锚杆支护未达到设计长度，混凝土喷射不均匀，厚度不够或支护所加的时机不当，导致衬砌结构整体性、耐久性下降，容易破损产生裂缝。
四、材料原因
1、混凝土水灰比以及其质量等级，影响其硬化过程中的收缩变形。较大的收缩率导致空洞或裂缝。水泥或骨料中存在杂质，会留下孔洞或缝隙，影响水泥浆与骨料的粘结，降低混凝土的整体性和强度。
2、在初期衬砌和二次衬砌中普遍加设防水层，若防水材料的质量不佳，容易使围岩中的水渗漏到隧道中。
五、维护原因
在隧道使用周期中若维护不当，使得隧道内的泄水设施由于阻塞等原因，造成围岩渗水不能及时排除，并在隧道积聚，容易形成多种隧道病害。