浅谈隧道衬砌裂缝原因分析及防治措施

浅谈隧道衬砌裂缝原因分析及防治措施

作者：胡文为

来源：《中国房地产业·上半月》2015年第10期

【摘要】通过对某隧道衬砌裂纹进行现场深入调查，观察裂缝与隧道轴线的走向关系，统计发现该隧道二衬裂缝以纵向裂缝、斜向裂缝和环向裂缝为主。现场发现的环向裂缝占多，环向裂缝大部分存在施工缝、沉降缝、洞口及不良地质地带与完整岩石地层的交接处等。本文从工程地质条件、地下水、二衬质量、二衬模板台车、温度应力、不均匀沉降等方面展开分析并提出相应的防治对策。

【关键词】衬砌裂缝；原因分析；防治措施 1.概况

该隧道地处浙南山地，属构造剥蚀山区，区内山势连绵起伏，峰峦叠嶂，植被发育。隧道全长12030m，为单洞双线隧道。隧道进口里程DK156+358，出口里程DK168+388。隧道中部下穿泽雅水库上游山谷，最小埋深约为50m，最大埋深约为660m，属于长大深埋隧道，该隧道为工程全线最长隧道，也是全线关键控制性工程。隧道Ⅱ级围岩长5582m；Ⅲ级围岩长4983m；Ⅳ级围岩长859m；V级围岩长606m。进口洞门形式为单侧挡墙式，出口洞门形式为倒斜切式。隧道采用无碴轨道。隧道采用“两斜井、进出口”的施工方案。 隧道设斜井两座，长度分别为1350m和1280m。斜井与隧道采用斜交单联式，无轨运输双车道断面。 2.裂缝现场调查

隧道已经完成的衬砌中存在15条裂纹。 通过现场观察和数据统计发现： ⑴裂纹一般在边墙与仰拱连接处较宽，靠近拱顶处较窄，且逐渐消失或很细微； ⑵裂纹一般均为仰拱施工缝开始发展，裂纹方向均为仰拱施工缝向衬砌施工缝方向发展； ⑶裂纹角度全部大于45°，为斜向上发展；

⑷仰拱施工缝与衬砌同缝地段，施工缝段微小开裂或施工缝距离变大，实际上隧道衬砌每循环间施工缝充当了伸缩缝的功能；

⑸混凝土拆模后，前期均未发现裂纹，裂纹均在后期产生。 3.隧道裂缝原因分析

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3.1工程地质条件

隧道进洞段围岩以Ⅴ级为主，为弱风化砂岩，地层破碎。隧道围岩条件较差，容易引起不均匀变形以及地基不均匀沉降；围岩条件差以及铁道部红线管理强制要求，二衬施作以后围岩变形没有完全稳定，且低强度围岩具有流变性质，二衬仍承受一定的作用力。 3.2开挖结束隧道洞顶应变

隧道纵向埋深差异大，意味着洞内围岩在纵向存在偏压，冲沟是纵向偏压存在最常见之处。开挖结束可引起隧道周边围岩发生较大的塑性应变，较大的塑性应变代表隧道开挖后围岩将发生较大不可恢复的变形，隧道结构支护不足容易引起结构出现裂缝甚至失稳。因此，隧道地质条件差、隧道纵向埋深差异大是引起裂缝的主要原因之一。 3.3钢筋保护层厚度偏大

据现场调查，试验室人员对二衬保护层厚度进行检查，分别在拱顶、拱腰和边墙三个部位测定钢筋保护层厚度。检测得出除个别位置满足设计要求以外，大部分检测位置钢筋保护层厚度大于设计值。虽然从耐久性和锚固的角度来讲，保护层厚度是越大越好，但是从受力角度看则恰好相反。因此在保证耐久性、锚固和符合设计规范的前提条件下，混泥土保护层的厚度应尽量取小值。现场二衬大部分位置钢筋保护层厚度过大，这不利于二衬抗弯，容易引发裂缝。 3.4二衬厚度及空洞情况

前期采用地质雷达扫描拱顶、拱腰和边墙二衬，发现部分位置二衬厚度不足，二衬厚度不足的位置与裂缝位置有很好的对应关系。二衬厚度差异与初支平顺度直接相关，二衬混凝土的受力状况及内部收缩变形自由度受初期支护平顺度的直接影响。初期支护的平顺度能在一定程度上影响二衬混凝土的外部应力分布，同时能直接影响到二衬混凝土厚度的均匀性，假如二衬混凝土的厚度均匀性较差，则厚度薄弱部位很容易在在外应力作用下出现裂缝。因此，裂缝的出现与隧道厚度分布不均匀和部分二衬厚度不足有关。

3.5二衬模板台车（二衬混凝土施工质量不佳，包括钢筋保护层厚度偏大、二衬厚度和混凝土强度不均匀等影响结构受力，进而产生环向裂缝）

现隧道施工采用的二衬模板台车长度为9-12m。二衬属于较大体积的混凝土，承受自身收缩应力较大。二衬厚度基本在45-60cm、承受温差大，则产生裂缝的几率就有可能。显然12m一模的二衬混凝土很难抵抗自身收缩应力而不产生拉裂缝。二衬台车长度越大，对应的二衬混凝土出现裂缝的概率越大。此外，在施工过程中，二衬台车模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等都可能导致混凝土结构裂缝的产生。

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3.6温度应力

隧道仰拱施工缝与拱墙施工缝不贯通，温度应力增大，则在纵向变形得不到满足时产生裂缝，假如设置贯通缝让隧道的变形得到一定程度的满足，则可大大减小温度应力，从而减少隧道的裂缝出现。 3.7荷载变形裂缝

隧道边墙基础和仰拱的虚碴未清理干净，在混凝土浇筑后，基底会产生不均匀的沉降；台车模板或者堵头板没有固定牢固，过早脱模或脱模时二衬混凝土受到较大的外力撞击等都易产生变形裂缝。 3.8施工缝

在隧道施工的过程中由于停电、机械故障等原因导致混凝土的浇筑中断时间超过了初凝时间，等再继续浇筑时，原来的混凝土基础表面未进行凿毛处理，或凿毛后未用水冲洗干净，也未铺水泥砂浆垫层，就直接在原混凝土表面浇筑混凝土，就会导致新旧混凝土接茬之间出现裂缝。

4.裂纹病害整治

经过长期的观察，发现裂纹变形稳定以后，再对裂纹采用灌浆技术进行处理，对该隧道二衬混凝土裂缝灌注环氧树脂进行病害整治。 4.1施工顺序

⑴仔细的测量裂缝宽度和长度。将以裂缝为中心10 cm宽度范围内的隧道衬砌混凝土表面的灰尘和油污等清理干净；

⑵根据裂纹宽度，确定好注浆孔的位置，在需要留注入口的位置用胶带贴上做标志； ⑶安设灌浆的底座：把预留注入口上的胶带揭去，将底座用封缝胶粘于注浆口上； ⑷沿裂缝表面用专用快干型封缝胶均匀涂刮，封缝胶的涂刮宽度以能把裂缝封闭为宜； ⑸把装有灌浆树脂的注浆器旋紧于底座上，进行注浆；

⑹注入完毕，可拆除注浆器。待树脂固化后敲掉底座，用角磨器磨掉密封胶，最后将基层原状恢复。

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4.2注浆的效果检验

注浆完成后可对注浆的效果进行针对性的破检，对裂缝处混凝土可采用取芯机进行取芯以验证注浆的效果。 5.裂缝的防治措施

5.1针对隧道二衬混凝土收缩产生机理进行整治

应从可改善的干燥收缩入手，在浇筑混凝土时应尽量选择温度底、湿度大的时间和地方进行。对于隧道二衬来说，因时间和地点无法选择，就必须加强洒水养生。特别是在混凝土初凝之前，洒水养生可有效提高混凝土强度和减少干燥收缩。

随着隧道进口掘进深度逐渐加大，洞内温度和湿度相对恒定，可有效减少二衬裂缝的自然产生，但也不可放松混凝土养生工作。 5.2加强仰拱施工缝抗拉强度

仰拱施工时，应严格按照规范、验标和设计要求，做好界面凿毛处理，并规范设置接茬钢筋，以加强施工缝抗拉强度。 5.3加强仰拱质量控制

仰拱混凝土浇筑前，认真进行清底工作，尽可能将虚渣和积泥清除干净。 6.裂缝的防治建议

⑴在与拱墙二衬结合处的仰拱（小边墙）施工缝中增加钢筋网片，网片可采用φ6钢筋制作，网格20cm*10cm，网片大小建议采用100*40cm，也可根据使用效果现场调整。 网片安装时可与接茬钢筋进行绑扎固定，在确保保护层厚度的前提下尽量接近纵向施工缝。

⑵调整仰拱施工缝与二衬施工缝距离，使仰拱施工缝错开最大应力值范围。建议仰拱施工距离根据二衬台车长度进行调整，可为二衬台车长度的1/2，二衬施工时台车刚好跨两轮仰拱，使二衬施工缝与仰拱施工缝位于同一断面。

⑶二衬混凝土浇筑过程中至初凝之前，应尽量调整作业工序，减少重车在该段的通行。混凝土浇筑完成后，不要过早拆模，应严格按照规范要求，强度至少达到8MPa后方可松开台车。

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7.结束语

通过对该隧道混凝土的衬砌裂缝进行了细致认真的环氧树脂浆液修补，并用取芯法对注浆的效果进行了检验，隧道衬砌裂缝的修补质量和补强效果都符合要求，最终取得了比较理想的效果。 参考文献

[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制.北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2] 富文权，韩素芳.混凝土工程裂缝预防与控制.北京：中国铁道出版社，2007，5. [3] 洪景尧.混凝土结构裂缝类型、产生原因和防治技术.上海：同济大学出版社，2004.