隧道二次襯砌砼裂縫防治措施探討

李凡祥

【摘要】 隨著我國公路建設(shè)的發(fā)展，公路等級、質(zhì)量要求越來越高在公路隧道建設(shè)過程中，襯砌裂縫是一種常見質(zhì)量缺陷 。本文主要介紹隧道二次襯砌裂縫產(chǎn)生原因和防治措施的技術(shù)要點及對策。

【關(guān)鍵詞】 隧道；二次襯砌砼；裂縫；分析；防治

1.前言

隨著我國公路建設(shè)的發(fā)展，公路等級、質(zhì)量要求越來越高在公路隧道建設(shè)過程中，襯砌裂縫是一種常見質(zhì)量缺陷 。有些裂縫是由施工原因造成的，這種裂縫多發(fā)生在襯砌上部，而且，由于隧道內(nèi)光線昏暗，能見度差，出現(xiàn)裂縫后難以及時發(fā)現(xiàn)，往往導(dǎo)致同類裂縫在整條隧道中多次出現(xiàn)。由于二襯砼裂縫會對隧道結(jié)構(gòu)體的受力、防排水、外觀等產(chǎn)生不良影響.我們必須對裂縫有個客觀的認(rèn)識，對其形成原因加以認(rèn)真分析，同時在設(shè)計和施工等方面應(yīng)采取有效措施來減少裂縫的產(chǎn)生，以降低二襯砼裂縫對隧道的影響。

2.對二襯砼裂縫的認(rèn)識

2.1 裂縫產(chǎn)生的時間

二襯砼裂縫產(chǎn)生的時間各有差異，可能出現(xiàn)的時間分別為砼拆模后、砼澆筑后5d～6d、隧道貫通后.最長的可能達(dá)幾個月甚至一、二年。

2.2 二襯砼受力狀況分析

由目前較先進(jìn)、并被廣泛采用的隧道新奧法（NATM）設(shè)計及施工理論的基本思想發(fā)現(xiàn)，隧道的外部荷載主要是圍巖壓力.隧道承載抵抗力主要是靠隧道初期噴錨支護(hù)將隧道周邊圍巖和初期噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)組成綜合結(jié)構(gòu)層形成的弧形拱力?！豆匪淼涝O(shè)計規(guī)范》中明確規(guī)定：“計算復(fù)合式襯砌時，初期支護(hù)應(yīng)按主要承載結(jié)構(gòu)計算：在Ⅲ類及以下圍巖時二次襯砌砼考慮用作部分承載結(jié)構(gòu)，在Ⅳ類及以上圍巖時考慮用作安全儲備?！?當(dāng)二襯砼結(jié)構(gòu)受到與設(shè)計狀態(tài)不同的應(yīng)力，且這個應(yīng)力超過二襯砼自身所能承受的應(yīng)力時，二襯砼表面將出現(xiàn)水平、豎向、斜向等方向的裂縫。

3.裂縫成因分析

裂縫產(chǎn)生的原因，客觀上是由于地質(zhì)影響因素存在的不可預(yù)見性而不可避免地產(chǎn)生裂縫：主觀上一方面是由于設(shè)計原因造成的，另一方面是由于施工管理不當(dāng)造成的。

3.1 不可預(yù)見的地質(zhì)影響因素

隧道工程屬于地下工程，其受力結(jié)構(gòu)與外部荷載均與地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)。首先，隧道地質(zhì)環(huán)境受地殼運動的影響在不斷變化，但具體如何變化，變化量多大，難以精確地把握；其次，隧道施工時需爆破開挖，施工后要通車運營，這勢必會破壞隧道區(qū)域內(nèi)原有巖體內(nèi)的內(nèi)力、水文地質(zhì)等的原有平衡。雖然我們在施工和運營階段都可以采取各種措施，在一定程度上監(jiān)控隧道地質(zhì)環(huán)境的各種變異，但地質(zhì)因素仍不可避免地影響隧道工程，當(dāng)這個影響超過二襯砼自身所能承受的應(yīng)力時，就會產(chǎn)生一些裂縫。

3.2 設(shè)計結(jié)構(gòu)計算模式與實際有差異

公路隧道設(shè)計時一般根據(jù)隧道埋深情況.分為淺埋隧道和深埋隧道兩種情況。在淺埋情況下以洞頂上所覆土壓力作為設(shè)計荷載：深埋隧道設(shè)計時則考慮塌落拱效應(yīng)，計算部分圍巖壓力。在荷載的計算中采用的是經(jīng)過調(diào)查及試驗得到的圍巖物理力學(xué)參數(shù)。而這樣的設(shè)計模式存在著以下幾個方面的問題。

1）人為確定的隧道洞室荷載模式尚不能完全代表實際的洞室受力狀況，將受力復(fù)雜的地下工程采用簡單類似、受力明確的框架進(jìn)行計算，忽略了圍巖不均勻性等多方面的特性，而這些特性恰恰是引起二襯砼開裂的重要原因。

2）設(shè)計中采用的許多圍巖物理、力學(xué)指標(biāo)在洞室開挖后及運行過程中受地下水、車輛行駛振動等方面的影響而發(fā)生變化，但設(shè)計計算的過程是無法反映出這方面變化的，以定態(tài)參數(shù)設(shè)計的結(jié)構(gòu)去適應(yīng)動態(tài)的應(yīng)力變化，難免會出現(xiàn)二襯砼設(shè)計抵抗應(yīng)力達(dá)不到外界應(yīng)力，故二襯砼會出現(xiàn)裂縫。

3）部分隧道洞室設(shè)計斷面結(jié)構(gòu)形式與實際受力狀態(tài)不協(xié)調(diào)，即洞室斷面形式在圍巖壓力作用下，壓力拱軸線與斷面環(huán)向軸線不協(xié)調(diào)。斷面環(huán)向軸線越偏離受力拱軸線，則二襯砼斷面上產(chǎn)生的附加應(yīng)力就越大，二襯砼就越容易出現(xiàn)裂縫。因此馬蹄形斷面形式的隧道較三心圓或割圓斷面形式的隧道出現(xiàn)裂縫的情況要多。

3.3 拆模過早

據(jù)調(diào)查，隧道襯砌出現(xiàn)裂縫段拆模時砼齡期均不大于l2小時，后經(jīng)試塊試驗類比實測，拆模時砼強度只有1.1MPa，小于《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》要求的2.5MPa，難以達(dá)到砼自身抗壓和抗拉要求，致使隧道二次襯砌拱部和邊墻砼受自重作用而產(chǎn)生水平向的彎拉裂縫。同時，由于模板的拆除，使得襯砌內(nèi)側(cè)變成了臨空面，襯砌邊墻由原來的部分受壓結(jié)構(gòu)變成同時承受彎壓雙重作用結(jié)構(gòu)，最終邊墻亦產(chǎn)生了水平裂縫；而砼齡期大于24小時拆模時，其砼自身強度大于2.5MPa，滿足《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》的要求，如圖一所示的隧道二次襯砌裂縫基本消失，因此，拆模過早是導(dǎo)致隧道二次襯砌產(chǎn)生裂縫的主要原因。

3.4砼配合比欠科學(xué)

襯砌采用泵送砼，水灰比大且砂細(xì)，砼早期強度低。拌合物粘聚I生和保水性比普通砼差，澆筑振搗容易使砼均勻性受到影響，同時，也會增大收縮變形。

3.5 襯砌厚度不均勻

光面爆破不夠完善，圍巖超挖部分襯砌變厚，而局部欠挖又侵入襯砌，使得襯砌厚度不均勻。由于襯砌局部偏簿等原因，在襯砌內(nèi)形成了多處簿弱面。這些簿弱面受砼收縮、溫度變化等綜合作用而開裂，形成不規(guī)則的斜向和豎向裂縫。

4.二襯砌砼裂縫的防治措施

4.1 設(shè)計方面

1）切實加強地質(zhì)勘察與試驗分析，提供準(zhǔn)確的設(shè)計參數(shù)；

2）針對不同的地質(zhì)條件。采用適宜的洞室斷面結(jié)構(gòu).不應(yīng)在不同的地質(zhì)條件下千篇一律地套用同一個洞室斷面結(jié)構(gòu)形式；

3）設(shè)計人員應(yīng)密切注意隧道工程的施工現(xiàn)場情況.根據(jù)具體施工工藝與地質(zhì)情況及時修正設(shè)計；

4）建議適當(dāng)?shù)卦黾臃浪聿牡暮穸?根據(jù)有關(guān)試驗驗證.防水卷材厚度以1.2mm～1.5mm為宜：

5）在條件允許的情況下，建議隧道二襯砼采用具有良好的整體抗拉及抗壓性能的鋼纖維砼。

4.2 施工方面

1）切實改進(jìn)施工工藝.提高隧道開挖的光面爆破效果.同時改進(jìn)爆破工藝，控制炸藥量.以減少開挖爆破時炸藥對圍巖的擾動。從而降低外部應(yīng)力對二襯砼的影響；

2）必須保證初期支護(hù)的平順度及二襯砼的結(jié)構(gòu)層厚度；

3）二襯砼每模長度不宜超過9m，以減少砼內(nèi)部的收縮應(yīng)力；

4）二襯砼宜采用較大的骨灰比，降低水灰比.并通過全面細(xì)致的試驗.保證砼外加劑的使用安全；

5）保證拆模時最后澆筑的二襯砼強度至少達(dá)到2.5MPa.同時減少拆模時對砼的撓動；

6）及時對二襯砼進(jìn)行灑水（霧化水）養(yǎng)護(hù)，并采取必要措施嚴(yán)格控制砼溫度的急劇變化.要求砼拆模時的內(nèi)外溫差不得大于20℃.養(yǎng)護(hù)期內(nèi)砼表面溫度的變化速度不宜大于5℃/h；

7）認(rèn)真貫徹新奧法施工要求，進(jìn)行及時、詳細(xì)的施工量測，以量測的數(shù)據(jù)及時修正設(shè)計并指導(dǎo)施工。

5.結(jié)語

隧道襯砌裂縫和滲水病害的發(fā)生除不利的受力因素影響外，隨著大流動性、泵送混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用，混凝土的收縮、溫度（水熱化）、配合比及施工工藝不當(dāng)?shù)纫蛩卣诔蔀樗淼啦『Πl(fā)生的主要原因，應(yīng)引起足夠注意。隧道襯砌裂縫及滲漏的預(yù)防應(yīng)從結(jié)構(gòu)、材料、施工工藝三方面綜合考慮。隧道襯砌裂縫及滲漏治理之前，應(yīng)分析查明病害原因，對承載力影響不大的裂縫應(yīng)采用壓漿法治理，滲水治理應(yīng)根據(jù)滲水部位采用堵排結(jié)合方法，在堵水的治理中，化學(xué)壓漿法是比較可行的施工方法。

參考文獻(xiàn)

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