隧道襯砌混凝土裂縫治理措施

楊劍雄

（中鐵隧道集團第五建筑有限公司，天津 300300）

隨著我國建筑市場快速發(fā)展，隧道工程廣泛分布于鐵路、公路、水電、城市軌道交通、市政工程等，在建設(shè)工程中所占比重越來越大。隧道襯砌混凝土在施工后出現(xiàn)各種裂縫，形成質(zhì)量缺陷，裂縫必然會影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。通過對某鐵路隧道襯砌裂縫治理情況進行總結(jié)歸納，闡述隧道襯砌混凝土裂縫治理原則和措施。

1 工程概況

某鐵路隧道位于陜西省延安市，地處陜北黃土高原東南翼及黃龍山中低山區(qū)，起訖里程為：DK446+664．02—DK457+387，全長10 722．98m。為雙車道洞身，洞身縱坡分別5%（上坡）和4．5%（下坡），采用無軌運輸方式。

2 裂縫產(chǎn)生主要原因

1）長棧橋24m鋪底中部裂縫 由于隧道仰拱、底板采用液壓自行式24m長棧橋，單次施工混凝土量較大，在每板鋪底中部易出現(xiàn)斷裂，裂縫縫寬3～5mm，上下貫通。凡24m鋪底中間不設(shè)施工縫，中部開裂比例約50%。

2）拱墻襯砌與鋪底不對縫施工裂縫 拱墻襯砌模板臺車一般為12m，每板拱墻襯砌長度為11．9m，因此拱墻襯砌環(huán)向施工縫很難與24m鋪底施工縫對齊。現(xiàn)場鋪底施工縫對應拱墻襯砌邊墻位置易出現(xiàn)環(huán)向裂縫，一般縫寬0．2mm以下，縫長5m以下。此類情況開裂比例約30%。

3）取消防水板后拱墻襯砌產(chǎn)生的裂縫 通過技術(shù)方案優(yōu)化，隧道無水地段不設(shè)防水板，在不設(shè)防水板地段，拱墻襯砌混凝土在脫模后陸續(xù)出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，裂縫寬度小于1mm，裂縫貫穿襯砌。取消防水板地段開裂比例100%。

3 裂縫分類

3.1 環(huán)向裂縫

1）底板環(huán)向裂縫 一般發(fā)生在仰拱混凝土的中部附近，通常表現(xiàn)：①弧形隧道底板為素混凝土時，橫向貫通裂縫一般在仰拱中部，裂縫寬度根據(jù)其距洞口的距離有所不同，距洞口近處裂縫增寬；②弧形隧道底板為鋼筋混凝土時，個別隧道底板出現(xiàn)開裂，開裂部位多發(fā)生在洞口段；沒有開裂的底板，施工縫處有張開的現(xiàn)象。

2）拱墻環(huán)向裂縫 主要存在于在隧道底板施工縫處或裂縫處，底板施工縫或裂縫距邊墻施工縫較近時，裂縫從底板施工縫或裂縫端部向邊墻施工縫方向開裂，直至和邊墻施工縫連通；底板施工縫或裂縫距邊墻施工縫較遠時，裂縫從底板施工縫或裂縫端部開始一直向上發(fā)展，這類裂縫一般長度較長。拱墻開裂的主要原因是因為拱墻襯砌與隧道底板未對縫施工所致。

3.2 縱向裂縫

縱向裂縫平行于隧道軸線，其危害性較大，發(fā)展可引起隧道掉拱、邊墻斷裂，甚至引起整個隧道塌方?？v向裂縫分布在拱腰比拱頂多，雙線隧道主要產(chǎn)生在拱腰，單線隧道主要產(chǎn)生在邊墻。

3.3 斜向裂縫

斜向裂縫一般和隧道縱軸約呈45°，也常因混凝土襯砌的環(huán)向應力和縱向受力組合而成的拉應力造成，也可能為收縮裂縫。

3.4 不規(guī)則裂縫

不規(guī)則裂縫主要有“Y”形、“X”形、孤島形、網(wǎng)狀等，此種裂縫受復雜外力作用引起，或因混凝土失水過快，收縮受到約束引起。

4 裂縫安全性分析

4.1 環(huán)向裂縫

環(huán)向裂縫不影響結(jié)構(gòu)整體受力效果，但對混凝土防水性能有影響。單板襯砌環(huán)向裂縫多于3道或相鄰環(huán)向裂縫距離較近時，可考慮結(jié)構(gòu)加強處理。

4.2 縱向裂縫

4.2.1 單一縱向裂縫

1）單一縱向裂縫位于邊墻或者拱腰時，另一側(cè)拱腰部位為受力薄弱點，彎剪強度不足。

2）單一縱向裂縫位于拱頂時，經(jīng)驗算，拱腰位置彎剪強度不足，且需要額外考慮將來接觸網(wǎng)吊柱總量的影響。

4.2.2 2條縱向裂縫

1）2條縱向裂縫均位于拱腰或拱腰以下時，隨著裂縫冷縮，拱頂混凝土存在局部下沉位移，邊墻彎剪強度不足，存在安全風險。

2）2條縱向裂縫均位于拱腰以上時，隨著裂縫冷縮，拱頂混凝土存在局部下沉位移，需要考慮2條裂縫之間混凝土掉塊的風險。

3）2條縱向裂縫1道位于拱腰或以下，1道位于拱腰以上時，裂縫之間混凝土存在失穩(wěn)的風險。

4.2.3 2條以上縱向裂縫

存在2條以上縱向裂縫時，混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性存在風險，沿裂縫發(fā)生錯動、掉塊，需要加固處理。

4.3 斜向裂縫

單一斜向裂縫不會造成整板襯砌在同一部位形成薄弱面；2條及多條斜向裂縫均隨著裂縫冷縮，拱頂裂縫之間混凝土存在局部下沉位移，造成失穩(wěn)掉塊的風險。

4.4 不規(guī)則裂縫

安全風險最高，存在切割范圍內(nèi)各種塊狀混凝土掉塊的風險。

5 治理原則

5.1 基本原則

1）裂縫治理后應能保證結(jié)構(gòu)原有的承載能力、整體性及防水抗?jié)B性能。

2）表面裂縫以充填封閉為主，貫通裂縫結(jié)合安全要求采取封堵加固、混凝土環(huán)向加強或拆換的施工方案；對滲水的裂縫需以堵為主排堵結(jié)合。

3）裂縫治理應以加固為主，拆換為輔。

4）方法力求簡單易行，盡量利用既有設(shè)施。

5）一次到位，不留隱患。

6）裂縫修補時機應根據(jù)裂縫所處部位不同區(qū)別對待，仰拱裂縫處理應在裂縫發(fā)展已穩(wěn)定且無砟軌道施作前完成，拱墻裂縫處理應在裂縫發(fā)展已穩(wěn)定且正洞貫通后進行。

5.2 裂縫處理規(guī)則

1）環(huán)向裂縫 拱墻部位的環(huán)向裂縫采用改性環(huán)氧樹脂進行封堵，仰拱環(huán)向裂縫采用注漿膠進行封閉。

2）縱向裂縫 ①1條縱向裂縫時采用改性環(huán)氧樹脂進行封堵，長度大于6m的縱向裂縫采用芳綸纖維布加固；②2條縱向裂縫（不含2道均位于拱腰以上），且未與環(huán)縫切割成塊時，采用改性環(huán)氧樹脂進行封堵，長度大于6m的縱向裂縫采用芳綸纖維布加固；③2道縱向裂縫均位于拱腰以上時，采用改性環(huán)氧樹脂進行封堵，每間隔1．0～1．2m拱墻環(huán)向設(shè)置錨桿+采用芳綸纖維布加固；④2條以上縱向裂縫，且未與環(huán)縫切割成塊時，采用改性環(huán)氧樹脂進行封堵，每間隔1．0～1．2m拱墻設(shè)置W鋼帶+錨桿加固。

3）斜向裂縫 單一斜向裂縫采用改性環(huán)氧樹脂進行封堵，兩側(cè)設(shè)置騎縫錨桿加強；2條及以上斜向裂縫，未形成相互交叉的采用改性環(huán)氧樹脂進行封堵，并設(shè)置W鋼帶+錨桿加固。相互交叉切割成塊的，按不規(guī)則裂縫進行處理。

4）不規(guī)則裂縫 當環(huán)縱向裂縫成環(huán)將拱部混凝土切割成塊狀，按照拆除處理，裂縫未成環(huán)按照縱向裂縫處理規(guī)則進行處理。

5）有接觸網(wǎng)段做好記錄，接觸網(wǎng)安裝時采用長2～3m的錨桿錨固。

6 治理措施及工藝

6.1 灌注改性環(huán)氧樹脂

1）鉆孔 沿裂縫鉆 φ10mm孔，深80～100mm，鉆孔間距500～1 000mm。

2）安裝注漿針管 對鉆孔用水沖洗干凈后，安裝注漿針管，注漿針管長100mm，安裝時外漏20mm，以便與注漿設(shè)備連接。

3）封縫 對已鉆孔并安裝注漿針管的裂縫，涂刷密封膠進行封閉。

4）壓水試驗 封縫、砂漿固結(jié)后進行壓水試驗，以檢查封縫、固管強度，疏通裂縫，確定壓漿參數(shù)。壓水采用顏色鮮明的有色水（其壓力維持在0．1MPa左右），測定水壓及進水量，作為注漿依據(jù)。

5）注漿 改性環(huán)氧樹脂漿液配比：環(huán)氧樹脂∶稀釋劑∶固化劑 ＝1∶0．2∶0．08；采用環(huán)氧樹脂專用注漿機注漿。由裂縫兩端向裂縫中部注漿，設(shè)集中排水孔且需對其封閉時，集中排水孔在相鄰兩孔注漿后，頂水注漿。注漿壓力應根據(jù)裂縫大小、襯砌質(zhì)量等綜合確定，一般為0．2～0．6MPa，但一般不超過壓水試驗壓力。

6）封孔 注漿結(jié)束后，用鐵絲將注漿管外漏部分反轉(zhuǎn)綁扎，待漿液終凝后，割除外漏部分，以環(huán)氧砂漿將孔口抹平，待其固結(jié)后沿縫涂1遍環(huán)氧樹脂。

6.2 騎縫錨桿（管）施工

1）騎縫式錨桿（錨管）采用φ22mm砂漿錨桿每根長3．5m，沿裂縫兩側(cè)交錯布置，距裂縫500mm，沿裂縫間距1．0m。錯臺裂縫的錯動測設(shè)2排騎縫錨桿（管），間距1．0m，梅花形布置（見圖1）。

2）錨桿（管）墊板施工前對墊板位置采用切割機切割鑿除，將墊板嵌入混凝土中，錨桿（錨管）的抗拔力達到設(shè)計強度后，采用膨脹水泥砂漿（環(huán)氧樹脂砂漿）回填，并與原襯砌打磨平整。

3）錨桿端頭通過螺母與墊板連接；錨管端頭焊接（堆焊）于墊板上，焊縫高度≥10mm。焊接及螺栓連接應符合GB 50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求，以保證焊縫及螺栓連接質(zhì)量。

4）φ32mm錨管注漿孔加工要求：孔徑 φ8mm，孔距100～200mm，交錯布置，錨管尾部位于既有襯砌內(nèi)部分不加工注漿孔。

圖1 騎縫錨桿（管）施工示意

5）錨管壓注漿液和錨桿用砂漿在圍巖地下水為侵蝕性環(huán)境時，所用材料應根據(jù)侵蝕環(huán)境類型采用耐侵蝕材料，一般宜采用摻耐侵蝕劑之材料。錨管注漿壓力一般為0．4～0．5MPa，壓漿時，應對既有襯砌裂縫進行觀察，以防襯砌破壞塌落，確保施工及運營安全。

6.3 “W”形鋼帶施工

1）鋼帶施工前先對襯砌混凝土進行切割鑿槽，深度50～70mm，鋼帶施工完成后采用環(huán)氧樹脂砂漿回填，并與原襯砌打磨平整（見圖2）。

2）在鋼帶上開孔時，孔中心位置距鋼帶端頭的距離不得大于二分之一鋼帶寬度。

3）注漿材料采用純水泥漿，漿液配合比建議采用0．8∶1，并通過現(xiàn)場試驗進行調(diào)整。

圖2 W形鋼帶施工示意

4）鑿槽后，安裝鋼帶之前，須采用高壓水（風）吹凈、晾干，并與槽底抹砂漿。

5）鋼帶應由中間向兩端依次緊固，鋼帶施作前應先作鍍鋅防腐處理。

6.4 芳綸纖維

1）卸荷 加固前應對所加固構(gòu)件盡可能卸荷。

2）表面處理 用角磨機打磨混凝土表面，用吹風機清理。

3）涂底膠 ①嚴格按照配套樹脂的主劑、固化劑所規(guī)定的比例2∶1稱量準確，用攪拌器均勻攪拌；②一次調(diào)和量不應過多，如未用完，應重新密封包裝貯存。

4）找平 ①構(gòu)件表面凹陷部位用環(huán)氧膩子填平，修復至表面平整。要在氣溫-5℃以上，相對濕度小于85%的條件下施工；②膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整，轉(zhuǎn)角處修補為半徑不小于30mm的圓弧。

5）粘貼芳綸纖維布 ①首先保持粘貼表面干燥。氣溫在-10℃以下，相對濕度＞85%時，如無有效措施不得施工；②按設(shè)計要求的尺寸用鋼直尺與壁紙刀裁剪芳綸纖維布。材料的裁切數(shù)量應按當天的用量裁切為準，避免不必要的浪費；③配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼構(gòu)件，抹膠厚度1～3mm，中間厚，邊緣??；④沿纖維方向多次滾壓，擠出氣泡，使浸漬樹脂完全浸透芳綸布；⑤芳綸布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。

6）表面防護 加固后的芳綸纖維布表面應采取抹灰或噴防火涂料進行保護。

7 注漿質(zhì)量檢驗

修補裂縫的膠液和注漿料的安全性能指標，應符合GB 50728—2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。膠（漿）液固化時間達到7d時，應采用下列方法之一進行灌注質(zhì)量檢驗。

1）超聲波法 當采用超聲波探測時，其測定的漿體飽滿度不應小于90%。檢查數(shù)量：見證抽測裂縫總數(shù)的10%，且不少于5條裂縫。檢驗方法：按有關(guān)超聲法檢測混凝土缺陷的規(guī)定執(zhí)行。

2）取芯法 隨機鉆取直徑D不小于50mm的芯樣進行檢測。鉆芯前應先通過探測避開鋼筋；取芯點宜位于裂縫中部。檢查芯樣裂縫是否被膠體填充密實、飽滿，黏結(jié)完整。如有補強要求，還應對芯樣做劈拉強度試驗；試驗結(jié)果應符合GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的要求。取芯造成的空洞，應立即采用強度等級較原構(gòu)件提高一級的細石混凝土填實。檢查數(shù)量：每一檢驗批同類構(gòu)件見證抽查10%，且不少于3條裂縫；每條取芯樣1個。檢驗方法：觀察、檢查修補膠固化7d的抗劈拉試驗記錄。

3）《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的要求 芯樣檢驗應采用劈裂抗壓強度測定方法。但檢驗結(jié)果符合下列條件之一時應判為符合設(shè)計要求：①裂縫方向施加的劈力，其破壞應發(fā)生在混凝土內(nèi)部，即內(nèi)聚破壞；②破壞雖有部分發(fā)生在裂縫界面上，但這部分破壞面積不大于破壞面總面積的15%。

4）檢驗方法按超聲波法無損檢測為主、鉆芯取樣為輔的原則。

8 結(jié)語

在通過該段隧道襯砌混凝土開裂的分析和制定缺陷處理措施的過程中，不難發(fā)現(xiàn)其實很多裂縫是可以預防的。鋪底中間設(shè)施工縫、鋪底與拱墻襯砌采取對縫施工就可防止出現(xiàn)鋪底裂縫和襯砌邊墻裂縫；取消防水板后，采取廉價的土工膜、土工布替換，作為隔離層，同樣可以防止拱墻襯砌開裂。隧道裂縫缺陷整治的技術(shù)難度和專業(yè)性要求很高，需專業(yè)人員及設(shè)備，通常先進行試驗段施工，待工藝總結(jié)、質(zhì)量驗收合格后方可正式施工。段家坪隧道襯砌開裂段位于無水地段，故在處理過程中未考慮堵漏措施，因此，在富水地段還需考慮滲漏水的處理。

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