隧道裂縫原因分析與治理

陳汝先

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原　030012)

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隧道裂縫原因分析與治理

陳汝先

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原030012)

摘要：對(duì)公路隧道襯砌中裂縫的產(chǎn)生進(jìn)行原因上的分析，并針對(duì)性的提出治理措施以供參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道；裂縫；滲水；治理

1項(xiàng)目概況

呂梁境內(nèi)干線公路隧道安全隱患治理工程，主要對(duì)呂梁境內(nèi)干線公路的所有隧道隱患進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)排查、治理，以確保呂梁境內(nèi)的國(guó)省干線運(yùn)輸通暢、安全。經(jīng)過(guò)多年的使用，呂梁境內(nèi)的14座公路隧道均出現(xiàn)了不同程度的破損、輪廓變形、襯砌強(qiáng)度達(dá)不到實(shí)際要求而且在厚度方面也存在著不足等病害。

2力學(xué)分析

(1)環(huán)向裂縫

當(dāng)前來(lái)說(shuō)主要的環(huán)向裂縫有幾種常見(jiàn)的，例如邊墻裂、沿邊墻環(huán)狀裂，這幾種分類(lèi)在實(shí)際中經(jīng)常用到，并且對(duì)整個(gè)道路安全產(chǎn)生了不利的影響。在環(huán)狀裂中又可以劃分為不同的類(lèi)型，例如有的是沿著施工縫出現(xiàn)的，而且有些并不是沿著施工縫，這些問(wèn)題的存在是多種原因共同作用的結(jié)構(gòu)，考慮到施工縫的特殊性，通常情況下會(huì)發(fā)生環(huán)向裂縫問(wèn)題。

針對(duì)環(huán)向裂縫分析之后，就要對(duì)相關(guān)的原因進(jìn)行分析，這樣以來(lái)才能在實(shí)際中進(jìn)行針對(duì)性的解決。

在眾多原因中最常見(jiàn)的是溫度問(wèn)題，如果在實(shí)際中的水泥溫度過(guò)高就會(huì)在澆筑的過(guò)程中出現(xiàn)一些熱脹冷縮的問(wèn)題，受到溫度降低帶來(lái)的實(shí)際影響，產(chǎn)生的裂縫相對(duì)來(lái)說(shuō)比較均勻，而且裂縫的寬度比較小，深度也較低。

除了溫度之外，常見(jiàn)的就是基底不均勻，在實(shí)際中如果不均勻很容易在外界力量的影響下出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題，而且實(shí)際的裂縫寬度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，主要是受到地形的實(shí)際影響。

(2)拱頂壓潰及拱腰邊墻的彎矩拉裂(水平或斜向)

在隧道內(nèi)部，如果存在著空洞，這就會(huì)導(dǎo)致在外力的作用下，使得相應(yīng)的道路出現(xiàn)不必要的彎曲變形，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)一些裂縫，一旦超過(guò)設(shè)計(jì)的極限，就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的破壞，這種破壞更多的是一層層的剝離，在多種因素的影響下，拱腰邊墻會(huì)發(fā)生斷裂的問(wèn)題。在實(shí)際中要認(rèn)識(shí)到這種變化主要是水平方向發(fā)展的，同時(shí)也有一些斜裂，造成這種問(wèn)題的原因在實(shí)際中有著明顯的區(qū)別，在分析時(shí)要區(qū)別對(duì)待。

3產(chǎn)生原因

(1)設(shè)計(jì)不完善：軟弱圍巖未設(shè)置仰拱；軟弱圍巖未采用曲墻式襯砌；設(shè)計(jì)確定圍巖類(lèi)別偏高或設(shè)計(jì)時(shí)采用的圍巖力學(xué)指標(biāo)太高。

(2)地質(zhì)和地形條件不利；山體處于極限平衡，在淺埋偏壓地段，往往在雨后產(chǎn)生山體下滑，導(dǎo)致已成襯砌剪裂；高地應(yīng)力軟巖大變形和膨脹性地層；巖層層間結(jié)合不良且產(chǎn)狀不利；地下水影響，如襯砌全封閉時(shí)的凈水壓力增加襯砌荷載和嚴(yán)寒地區(qū)地下水產(chǎn)生凍脹壓力使襯砌開(kāi)裂。

(3)爆破震動(dòng)：隧道襯砌澆注之后，如臨近點(diǎn)放炮地點(diǎn)藥量過(guò)大，爆破震動(dòng)可能會(huì)造成襯砌開(kāi)裂。

(4)施工質(zhì)量問(wèn)題：施工原因是造成襯砌裂損的主要原因，主要表現(xiàn)為：襯砌強(qiáng)度不合格；襯砌厚度不足；襯砌背后有空洞或不密實(shí)，使結(jié)構(gòu)喪失地層抗力；施作噴錨初期支護(hù)時(shí)偷工減料；施作邊墻和仰拱前未徹底挖除虛渣和含水?dāng)_動(dòng)層；施工方法不合理，過(guò)度擾動(dòng)圍巖(如開(kāi)挖分部過(guò)多，先拱后墻，噴錨施工不及時(shí)等)；曾發(fā)生塌方，襯砌上方有大量塌方荷載；模注混凝土拆模過(guò)早。

4治理方案

針對(duì)這些存在的問(wèn)題，要在實(shí)際中采用相應(yīng)的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，這樣以來(lái)才能避免相關(guān)問(wèn)題的發(fā)生，為了在實(shí)踐應(yīng)用中取得良好的效果，主要的依據(jù)是現(xiàn)場(chǎng)的帶誤差報(bào)告以及檢測(cè)結(jié)果，從國(guó)內(nèi)外相關(guān)的治理經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對(duì)隧道內(nèi)部出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行有效的解決。

(1)隧道施工縫及環(huán)向裂縫滲水處理方案

在施工之前，要將發(fā)生問(wèn)題的周?chē)谋砻媲逑锤蓛?，這樣能夠避免雜物的干擾，同時(shí)又能夠提升實(shí)際工作質(zhì)量和效率，清理完相關(guān)的雜物之后，就要對(duì)疏松的結(jié)構(gòu)進(jìn)行清理，同時(shí)還要清理表面的積水，使各項(xiàng)工作能夠沿著有效的方式進(jìn)行。沿施工縫或環(huán)向裂縫向開(kāi)一6 cm寬、5 cm深的矩形槽，直至電纜槽底部，將φ50 mm的半管嵌入槽中；用環(huán)氧砂漿填實(shí)半管周?chē)?，最大填?shí)厚27 mm；矩形槽其余空間用環(huán)氧樹(shù)脂填實(shí)；距矩形槽中心左右各15 cm共30 cm范圍內(nèi)環(huán)向涂刷環(huán)氧樹(shù)脂1～2 mm厚。

(2)隧道不規(guī)則斜向裂縫處理方案

針對(duì)變形縫滲水的問(wèn)題，要采用防水處理方式，首先也是要對(duì)周邊的雜物進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的清理工作，建立一種特殊有效的施工環(huán)境，為后續(xù)工作的實(shí)施奠定基礎(chǔ)，沿施工縫或環(huán)向裂縫向開(kāi)一6 cm寬、5 cm深的矩形槽并和最近的施工縫用槽連通，不規(guī)則斜向裂縫的處理相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，要在實(shí)際的工作中，采用更為有效到方式，按照施工縫滲水的方法進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的操作，通過(guò)特定的方式將水引入到施工縫內(nèi)的半管中，之后在相應(yīng)的半管交接處涂一層環(huán)氧砂漿，這樣以來(lái)可以使得交接處的鏈接更為緊密。

(3)隧道縱向和斜向貫通裂縫加固處理方案

隧道縱向和斜向貫通裂縫加固處理需要采用專(zhuān)業(yè)化的方式，對(duì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)1～2道寬0.5～2.0 mm的縱向貫通裂縫，采用相應(yīng)的錨桿加固的方式，確保其實(shí)際施工安全。在錨桿的應(yīng)用中首先要確保開(kāi)鑿墊板槽，之后在應(yīng)用中建立一個(gè)特殊的中心鉆孔，墊板槽深度要嚴(yán)格按照各項(xiàng)操作規(guī)范進(jìn)行，使其埋入襯砌內(nèi)緣1 cm，之后插入相應(yīng)的注漿錨桿。在注漿的過(guò)程中要注意到，實(shí)際工作質(zhì)量如何會(huì)直接影響到后期的各項(xiàng)操作，只有一次性注滿才能達(dá)到實(shí)際目的，等其達(dá)到實(shí)際設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)再進(jìn)行錨桿墊板工作。

在實(shí)際施工中對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)2道以上不同類(lèi)型裂縫所要采取的實(shí)際方法有著一定的差異性，尤其是裂縫大于2 mm時(shí)，要采用的是襯砌環(huán)形H-15型鋼加固，利用這種加固方式，可以確保各項(xiàng)工作的實(shí)際安全，對(duì)后期的管理使用有著極為密切的影響。環(huán)形H型鋼拱架通常情況下要沿著隧道縱向布置，這樣以來(lái)可以確保后續(xù)工作的有效開(kāi)展，在襯砌上面構(gòu)造一個(gè)U形槽，其深度要達(dá)到18 cm，底部的寬度為16 cm，上面的口寬為18 cm。為了確保施工的設(shè)計(jì)質(zhì)量，在鋼型的處理方面采用的是不銹鋼的方式，這樣以來(lái)在實(shí)際中能夠有效抵御各種腐蝕；最后用高效防水劑將型鋼內(nèi)凹槽和平面填平，并在型鋼軸線兩側(cè)襯砌上涂抹30 cm寬1～2 mm厚；在裂縫的端部以外應(yīng)多布置一環(huán)型鋼。

(5)裂縫注漿

對(duì)于寬度小于0.15 mm且已穩(wěn)定不漏水的裂縫，可不處理(含受力裂縫)。

對(duì)于0.15～2 mm的裂縫，采用的是無(wú)損的方式，就是利用補(bǔ)漿嵌補(bǔ)的模式，在注漿的過(guò)程中采用的是無(wú)水模式，就是在施工總用砂輪整平裂縫表面；按間距20 cm用 HS密封膏粘合注漿器基座；用密封膏涂刷封閉裂縫表面；用注漿器注入環(huán)氧樹(shù)脂，注漿壓力0.5 MPa，自下而上進(jìn)行；24 h后拆除注漿器，剝離基座。

對(duì)于裂縫寬度大于2 mm小于5 mm的，采用鑿淺槽注漿的方法，無(wú)水時(shí)注環(huán)氧樹(shù)脂，有水時(shí)注非溶性聚氨酯(氰凝)。具體施工工藝為：在襯砌上沿裂縫鑿5×5 cm的槽；在裂縫上鉆直徑10 mm的孔，深3 cm，(沿裂縫間距50～80 cm)；在裂縫內(nèi)插入直徑10 mm的鋼管，長(zhǎng)18 cm；在槽內(nèi)填入堵漏膠漿并固定注漿鋼管，然后填入微膨脹棗強(qiáng)水泥砂漿，用小型手動(dòng)注漿泵注漿，注漿壓力不大于0.5 MPa。

5結(jié)語(yǔ)

結(jié)合筆者的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就公路隧道中襯砌裂縫的產(chǎn)生和治理進(jìn)行了闡述，為公路隧道病害的治理提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

[3]關(guān)寶樹(shù). 隧道力學(xué)概論[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1993.

Analysis and treatment of cracks in highway tunnel

CHEN Ru-xian

(Transportation Planning and Design Institute of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030012,China)

Abstract:This paper analyzes the causes of cracks in the lining of highway tunnel, and puts forward some measures for reference.

Keywords:highway tunnel; crack; seepage; treatment

中圖分類(lèi)號(hào)：U457+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)01-0112-02

作者簡(jiǎn)介：陳汝先(1979-)，男，山西太原人，工程師，研究方向：公路路基及隧道。

收稿日期：2015-09-23