關於隧道襯砌掉塊的檢測技術，現有研究主要（yào）集中在地質雷達等物探手段方麵，而專門針對隧道襯砌掉塊的係統檢測方（fāng）法及成因分析的研究較少。文章依（yī）托廣西河（hé）都路高嶺一號隧道襯（chèn）砌掉塊檢測項目，從隧道受力環境出（chū）發，采用外觀（guān）檢測、回彈檢測、地質雷達檢測相結（jié）合的綜合檢測法，對隧道襯砌掉塊進行（háng）係（xì）統（tǒng）檢測分析，並（bìng）借（jiè）助MIDAS有限元分析方法，對（duì）隧道（dào）襯砌掉塊的形成機理進行了研究，提（tí）出了相應的處置（zhì）措施，可（kě）為類似工程提供參考。

關鍵詞：隧道襯砌掉塊;綜（zōng）合檢測法;MIDAS;有限元;數值分析

0 引言

隨著我國高速公路建設的迅（xùn）猛發展，公路隧道裏程逐年增加，隧道中的各類病害也日漸（jiàn）增多，如襯砌掉塊（kuài）、突水突泥、滲漏水等病害時有發生（shēng），嚴重影響隧道的使用功能。

現階段，關於公路隧道襯砌掉塊的研究（jiū），主要集中在采用綜合分析法對病害成因進行分析以及襯砌掉塊的加固技術等方麵[1-3]。針對隧道襯砌掉塊的檢測，研究者主要采用地質雷達法進行襯砌厚（hòu）度及其背後脫空情況的探測[4-5]。而隧道襯砌掉（diào）塊的成因（yīn）是多方（fāng）麵的，如何有效進行襯砌掉塊的檢測，準確找出病害成因，具有非常大的研究價值。此外，結合綜合檢測結果和有限元數值分析手段對病害成因分析的研究幾（jǐ）乎（hū）沒有。

本文依托（tuō）廣西河都路高嶺一號隧道襯砌掉塊檢測項（xiàng）目，通過采用外觀（guān）檢測、回彈檢測、地質雷達檢測相（xiàng）結合的綜合檢測法，對（duì）隧道襯砌掉塊進行係統（tǒng）檢測，並借助MIDAS有限元分析方法，從理論計（jì）算方麵著手，對隧道襯砌掉塊的形成機理進行了研究，為類（lèi）似隧道病害檢測及成因分析手段提（tí）供了借鑒。

1 工程概（gài）況

2019-07-16，廣西河都路高嶺一（yī）號隧道上行線YK1806+507（施工樁號為YK62+481）發生襯砌掉塊病害，襯砌掉塊（kuài）位置為隧道右拱腰（距路麵垂直高度約4.5 m）處，掉落麵積約為2 m2，襯砌掉塊的厚度為15～22 cm。襯（chèn）砌掉落後露出防水板，防水板與初支粘（zhān）貼不密（mì）實。襯砌背後積水從缺損處湧出，形成0.3 m直徑（jìng）水柱，水質清澈。

根據現場病害（hài）情況，初步推測隧（suì）道病害可能的影響因素包括：圍岩壓力增大、襯砌背後水（shuǐ）壓力增大、襯砌混凝土（tǔ）強（qiáng）度不足、襯砌背後脫空、襯砌厚度不足等五個方麵。故針對該五個方麵製定如下檢測方案：

（1）外觀檢測：根據襯砌掉塊（kuài）處附近的襯（chèn）砌結構外觀檢測結果，判斷襯砌結構（gòu）整體受力情況及其穩定性（xìng）。

（2）回彈檢測：通過襯砌混凝土的（de）回彈檢測結果，判斷襯砌混（hún）凝土強度是否滿足要求。

（3）雷達檢測：通過雷達檢測襯（chèn）砌厚（hòu）度及背後脫空情況，分（fèn）析襯（chèn）砌掉塊的內（nèi）部成因（yīn）。

2 檢測（cè）結果

2.1 外觀檢查

通（tōng）過外觀檢查可知，襯砌掉塊位置樁號為YK1806+505～YK1806+507，掉塊麵積（jī）為S=（2×1）m2，位於右拱腰（距路麵垂直距離約4.5 m），掉塊位置防水（shuǐ）板與初支無粘貼，且防水板破損。YK1806+470～YK1806+530範圍內隧道主要病害（hài）為輕微滲漏水，未發（fā）現明顯結構性裂縫，滲漏水主要發生在施工縫（féng）位置，且已經修補完善。可見隧道（dào）圍岩壓力未超過襯砌承載能力，襯砌背後局部滲漏水壓（yā）力較大，含水量豐富，但襯砌結構整體穩定（dìng）性尚滿足要求。

2.2 回彈檢測結果

通過回彈檢測，得到隧道襯（chèn）砌掉塊區（qū）段的混凝（níng）土回彈值（zhí）在36.56～43.80之間，換算強度在25.24～43.21 MPa之（zhī）間，推定現齡期襯砌混凝土強度為29.32 MPa，大於C25混凝土設計強度，說明襯砌強度滿（mǎn）足設計要求。

2.3 雷達檢（jiǎn）測

高嶺一號隧道上行線（xiàn）YK1806+500～YK1806+510雷達圖像如（rú）圖1～4所示，根據雷達檢測數據可知：

（1）YK1806+500～YK1806+510右拱腰測線位（wèi）置，襯砌厚（hòu）度在17.6～45.1 cm之間。其中（zhōng），YK1806+503～YK1806+507裏程段襯砌厚度在15.4～21.0 cm之間（設計（jì）厚度為35 cm，現場量測襯砌的掉塊部位邊緣厚度（dù）在15～22 cm之（zhī）間），如（rú）圖4中方框部位所示。

（2）支（zhī）護（襯砌）背後空洞：YK1806+500～YK1806+510局部存在（zài）二襯孔洞或脫空。

3 病害成因分析

3.1 數值模型建立

本文采用MIDAS有限元分（fèn）析軟件對隧道襯砌受力情況進行分析（xī）。數值模（mó）型如圖5所示，其中二襯缺陷為局部襯砌厚度不足，且存在脫空，如圖6所示。模型整體采用荷載-結構法進行建立，其中隧（suì）道初期支護和二次襯砌均（jun1）采用二維（wéi）麵單元（yuán）模擬，二者（zhě）之間的接觸采用節點耦合方式進行模擬，初期支護與圍岩之間的作用力采用彈簧單（dān）元模擬。模型參數取值如表1所示。考慮如下三種工況：

工況（1）：二襯背後無滲水壓力作用。

工況（2）：二襯背後脫空部位存在500 kPa局部水壓力作用。

工況（3）：二襯背後脫空部位存在1 000 kPa局部（bù）水壓力作用。

3.2 病害成（chéng）因分析

通過MIDAS有限元數值計算，當襯砌空洞部位無水壓力作用時，隧道二次襯砌的von Mises應（yīng）力如（rú）圖7所示，隧道二次襯砌的XY平（píng）麵的總剪應力如圖8所示;當襯砌空洞部位存在500 kPa的水壓作用時，隧（suì）道二次襯砌缺陷部位的XY平麵（miàn）的總剪應力（lì）如圖9所示;當（dāng）襯（chèn）砌空洞部位存在1 000 kPa的水壓作用時（shí），隧道二次襯砌缺陷部位（wèi）的XY平麵的總剪應力如（rú）圖10所示。

由圖7可知，二（èr）次襯砌的（de）最大von Mises應力位於右側邊牆位置，大小（xiǎo）為7.6 MPa<16.7 MPa（C25混凝（níng）土（tǔ）抗壓強度標準值）。由圖8可知，二次襯砌的最大剪應力位於右側拱腰位置（襯砌掉塊部位），大小為2.2 MPa<2.5 MPa（C25混凝土抗剪（jiǎn）強度標準值）。由（yóu）圖9～10可知，隧道缺陷部位的最大剪應力隨空洞部位水壓力的增（zēng）大而增（zēng）大，但增長幅度並不大（dà），可見襯砌厚度（dù）不足（zú）和空洞缺陷是襯砌掉（diào）塊的內在成因，水壓力增大是外因。

由上述計（jì）算結果可知（zhī），二次襯砌（qì）拱腰（yāo）部位缺陷位置附近的剪應力已接近C25混凝土抗剪強度標準值，隨著二襯背後水壓力逐漸增大，將會導致襯砌開裂破損，並進一步惡（è）化，從而發生（shēng）襯砌掉塊。

3.3 處治建議

由前（qián）文3.2節中（zhōng）的襯砌掉塊病（bìng）害成（chéng）因分析可知，隧道襯砌掉塊主要是由（yóu）於拱腰部位襯砌厚度不足，且存在空（kōng）洞缺陷，隨著襯砌（qì）背後水壓力增（zēng）大而引起的。根據該病（bìng）害成因，建議進行如下處治：

（1）對襯砌背後進行注漿堵水，並修複受損的防水（shuǐ）板。

（2）通（tōng）過內置鋼筋網，對（duì）受損襯砌進行修（xiū）複。

（3）對隧（suì）道（dào）整體（tǐ）粘貼碳纖維鋼（gāng）板進行加固。

4 結語

本文通過外觀檢測、回彈（dàn）檢測和地（dì）質雷達檢測相結合的綜（zōng）合檢（jiǎn）測（cè）法，對公路隧道襯砌掉（diào）塊進行了係（xì）統檢測，並（bìng）結合MIDAS有限元數值（zhí）分析方法，分析了病害的形成機理，同時研究（jiū）了隧道襯砌結構的受力薄弱環節，從而針對性地提出了隧道襯（chèn）砌（qì）掉塊的處治建議。通過該工（gōng）程實例，探索了綜合檢測法和有限元數值分析（xī）相結合的手段在公（gōng）路隧道襯砌掉塊病（bìng）害檢測技術中的可行性，為類似公路隧道病害的檢測提供了技（jì）術參考。