公路隧道襯砌裂縫成因分析及防治研究

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 重慶 400074)

公路隧道襯砌裂縫成因分析及防治研究

范凱亮

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 重慶 400074)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及交通方式的改進(jìn)，公路隧道在各地興建，隨之必然會(huì)出現(xiàn)公路隧道的病害情況，公路隧道病害又包含了裂縫、坍塌、滲漏水、剝落、凍害、震害等形式，而隧道裂縫不僅嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體性又會(huì)加速其他病害的發(fā)展，所以本文著重介紹了公路隧道的襯砌裂縫的成因分析及防治研究

公路隧道；襯砌裂縫；成因分析；防治研究；連拱隧道

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)高速公路的發(fā)展迎來(lái)了高峰期，隨之，大批公路隧道投入建設(shè)和應(yīng)用，有效的緩解我國(guó)公路的發(fā)展壓力。公路隧道的迅猛發(fā)展的過(guò)程中，隧道的病害防治日益突出，而隧道襯砌裂縫的問(wèn)題得到越來(lái)越多的關(guān)注。當(dāng)前已建成及在建的隧道中存在著諸多的裂縫病害，而這些裂縫是如何形成的，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)有沒(méi)有沒(méi)影響，有多大的影響，如何去治理這些裂縫均已成為當(dāng)務(wù)之急。本文就這一問(wèn)題對(duì)隧道襯砌裂縫的成因及防治進(jìn)行了研究。

1 隧道襯砌裂縫的成因分析

隧道襯砌裂縫產(chǎn)生的原因多種多樣，主要總結(jié)為以下幾個(gè)方面，首先是隧道襯砌材料的影響，其次是環(huán)境、溫度、濕度的的影響，然后是襯砌在結(jié)構(gòu)中的受力影響，最后是施工方面、設(shè)計(jì)方面等的影響。

1.1 襯砌材料的影響

（1）水泥混凝土的自收縮性：由于隧道襯砌結(jié)構(gòu)的主要材料便由水泥混凝土組成，所以水泥混凝土的自收縮性便顯得尤其重要?；炷恋氖湛s分為自收縮和干縮。混凝土的自收縮是不與外界進(jìn)行水分交換的條件下，也就是在恒溫絕濕的條件下由膠凝材料的水化作用引起自身體積收縮；混凝土干縮指的是混凝土失去養(yǎng)護(hù)后，丟失內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔1的吸附水而發(fā)生不可逆的收縮。因此在隧道施工

及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中長(zhǎng)期處于干燥的環(huán)境中容易引起混凝土的開(kāi)裂。

（2）混凝土外加劑的影響：隧道襯砌過(guò)程中混凝土?xí)砑右恍┩饧觿﹣?lái)達(dá)到某些特殊要求，如在混凝土中添加泵送劑、減水劑等，這些不僅能夠減少混凝土的收縮變形還能控制混凝土的裂縫，但如果過(guò)量添加會(huì)產(chǎn)生一些不良效果反而促進(jìn)了裂縫的發(fā)展。另外如果添加了緩凝劑和氯化鈣做催凝劑會(huì)進(jìn)一步增加襯混凝土結(jié)構(gòu)的收縮變形，使襯砌混凝土更容易產(chǎn)生裂縫。

1.2 外部環(huán)境的影響

外部環(huán)境對(duì)隧道襯砌混凝土的影響主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，由環(huán)境溫度、濕度和混凝土內(nèi)水泥水化熱引起溫度的變化。環(huán)境溫度降低的越大混凝土收縮變形就會(huì)越大，因此隧道結(jié)構(gòu)在冬季會(huì)產(chǎn)生較大變形，尤其是在靠進(jìn)洞口溫度較低處，最易出現(xiàn)裂縫。隧道所處環(huán)境濕度較大時(shí)也易引起襯砌結(jié)構(gòu)的收縮變形，造成混凝土出現(xiàn)裂縫。

1.3 外力方面的影響

受外力作用引起的隧道襯砌混凝土裂縫的原因多種多樣，總結(jié)為松弛土壓、突發(fā)性崩塌、偏壓和坡面蠕動(dòng)、滑坡、膨脹性土壓、承載力不足、水等作用。在松弛土壓影響下圍巖不能承受其自重在襯砌上產(chǎn)生豎直方向的外荷載，使拱出現(xiàn)裂縫；突發(fā)性崩塌時(shí)，圍巖突然落下對(duì)襯砌產(chǎn)生沖擊；在偏壓和坡面蠕動(dòng)作用下易出現(xiàn)縱、斜、環(huán)向裂縫；滑坡時(shí)邊墻產(chǎn)生水平裂縫和錯(cuò)位；膨脹性土壓作用下，圍巖易受膨脹產(chǎn)生向內(nèi)部的擠壓力，產(chǎn)生水平張拉裂縫；承載力不足時(shí)，隧道基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生環(huán)向和斜向裂縫；水壓力增大時(shí)，使襯砌收到側(cè)向壓力，易產(chǎn)生從拱部到邊墻的水平及環(huán)向裂縫。

1.4 施工方面的影響

施工方面對(duì)隧道襯砌裂縫的影響也是多種多樣，具體概括為以下幾種：（1）回填不密實(shí)或存在空間，可能造成邊墻、起拱線附近拱肩開(kāi)裂和錯(cuò)縫（2）施工過(guò)程偷工減料、支護(hù)不及時(shí)或根本不支護(hù)容易導(dǎo)致圍巖條件惡化使襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫（3）邊墻基礎(chǔ)底部廢渣未清除干凈就直接灌注邊墻混凝土，破碎泥巖遇水軟化致使邊墻承載力不足、邊墻下沉等，導(dǎo)致邊墻混凝土出現(xiàn)縱向水平裂縫。

2 隧道襯砌裂縫的防治研究

由于隧道襯砌裂縫的產(chǎn)生原因多種多樣，其防治措施必定也是視病害而不同，為了減少、緩解襯砌結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)展，我們提出幾種預(yù)防和治理的措施。

(1)嚴(yán)格把控設(shè)計(jì)施工：合理的設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)使契合圍巖，保證結(jié)構(gòu)的完整性；施工時(shí)必須嚴(yán)格把控從進(jìn)料、裝卸到施工、養(yǎng)護(hù)的每個(gè)方面，以提升隧道襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

(2)裂縫表面涂抹：裂縫表面涂抹法主要是對(duì)于裂縫寬度較小（通常小于0.3mm）、無(wú)明顯剪切滑移和滲漏水現(xiàn)象、對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)承載力影響較小、幾乎不影響隧道安全和使用的裂縫。涂抹時(shí)要保證灰漿能夠進(jìn)入到微裂縫的空隙當(dāng)中，涂刷時(shí)厚度應(yīng)小于0.2mm。

(3)優(yōu)化鉆眼、爆破水平：提高鉆眼和光面爆破的水平，加強(qiáng)隧道開(kāi)挖斷面的檢測(cè)以及控制隧道輪廓的開(kāi)挖，都有利于減少隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫的形成和發(fā)展。

(4)裂縫埋管灌漿：埋管灌漿是針對(duì)于較大裂縫（寬度在0.3mm～0.5mm之間）、范圍較大或產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象、對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生危害的裂縫進(jìn)行治理。

(5)避免施工過(guò)程中出現(xiàn)的隧道襯砌結(jié)構(gòu)背后出現(xiàn)空洞等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后必須馬上加以處理，主要通襯砌結(jié)構(gòu)背后注漿的方式處理。

(6)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的一般性裂縫還可以通過(guò)掛網(wǎng)噴射混凝土、加設(shè)錨桿來(lái)增強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并改善裂縫帶來(lái)的危害。

3 對(duì)連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫的防治

公路隧道迅速發(fā)展，單拱隧道已很難滿足交通的要求，連拱隧道便快速發(fā)展，由于大部分建成隧道都為連拱隧道，這里重點(diǎn)介紹連拱隧道的襯砌裂縫治理措施。由于雙連拱隧道的設(shè)計(jì)和施工特點(diǎn)，這里對(duì)其隧道襯砌裂縫的防治總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）由于雙連拱隧道位置大多處于淺埋和偏壓地段，地質(zhì)類型、條件往往較差，施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)、測(cè)量等就顯得尤為重要，保證測(cè)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，保證每一道工序都能及時(shí)合理的完成。

（2）連拱隧道的特殊地質(zhì)條件，特別是隧道進(jìn)口段對(duì)于Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，NATM法已不能廣泛的適用于此種情況。施工擾動(dòng)后，本就處于淺埋和偏壓地段的隧道結(jié)構(gòu)，如果不能快速的跟上隧道的二襯施工，洞口段便很容易發(fā)生坍塌等情況。

（3）隧道的設(shè)計(jì)及施工時(shí)，要完善防排水系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)部的防排水情況，避免隧道內(nèi)部積水造成圍巖侵蝕、結(jié)構(gòu)軟化、基底疏松等問(wèn)題，并提前做好積水的預(yù)處理的方案。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著隧道技術(shù)的廣泛應(yīng)用，隧道襯砌裂縫問(wèn)題必然會(huì)成為又一熱門領(lǐng)域，而對(duì)于隧道襯砌裂縫的防治我們應(yīng)遵循“預(yù)防為主，治理為輔，防治結(jié)合”的基本原則，而本文剖析了隧道襯砌裂縫的形成原因及對(duì)裂縫防治進(jìn)行了研究，并對(duì)雙連拱隧道襯砌裂縫的防治進(jìn)行了專項(xiàng)研究，希望可以對(duì)隧道襯砌裂縫的研究提供參考。

[1]豐權(quán)章。公路隧道襯砌裂縫成因及其防治措施研究[J]。交通運(yùn)輸部公路科學(xué)，2010（08）:1-2

[2]鄭佳艷,劉海京等.襯砌存在裂縫的隧道力學(xué)模型研究及應(yīng)用[J].公路交通技術(shù),2011(3)：1-3

[3]葉飛，何川等.公路隧道襯砌裂縫的跟蹤監(jiān)測(cè)與分析研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2010，43(7)：12-14

[4]趙元科.莊嶺隧道襯砌裂縫病害檢測(cè)及分析[J].橋隧工程,2010(10)：5-6

[5]張士兵，張建.隧道襯砌裂縫成因調(diào)查檢測(cè)與初步分析[J].橋梁與隧道工程,2011(22)：2-7

[6]劉記.材料劣化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響[J].河南建材,2010(5)：9-12

[7]陳國(guó)富.公路隧道襯砌裂縫成因分析及治理技術(shù)[J].低溫建筑技術(shù),2011(10)：34-35

[8]仵社教，鄭選榮.河腰村隧道襯砌裂縫原因分析及注漿處理[J]. 西部探礦工程,2011(2)：4-7

[9]袁成海． 三仙崠隧道襯砌裂縫檢測(cè)與安全評(píng)價(jià)［J］． 山西建筑，2010，36( 13) : 296-297．

[10]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］。356-357

G322

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1007-6344（2017）08-0351-01

范凱亮，男，山東日照人，工程力學(xué)專業(yè)