隧道襯砌裂損原因及處治方法分析

（天水通聯(lián)路橋有限責(zé)任公司，甘肅 天水 741000）

1 工程概況

太陽(yáng)山隧道位于G30連霍高速寶雞至天水段甘肅省境內(nèi)，隧址區(qū)地處隴西黃土高原的最南緣地貌區(qū)，總體地形呈馬鞍形。隧道采用上下行分離式四車道雙洞設(shè)計(jì)，平面線型為直線加曲線，端墻式洞門設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)數(shù)年運(yùn)營(yíng)，太陽(yáng)山隧道下行線襯砌存在多條環(huán)向、縱向、交叉裂縫；局部襯砌表面泛堿起層、車輛刮痕擦傷明顯；隧道路面開(kāi)裂、斷板、磨損較嚴(yán)重，部分區(qū)段存在錯(cuò)臺(tái)、坑槽現(xiàn)象，個(gè)別區(qū)段路面存在底鼓現(xiàn)象，導(dǎo)致路面隆起開(kāi)裂；檢修道存在破損、傾斜變形；洞頂邊坡（天水端）存在危石及不穩(wěn)定跡象。隧道下行線隧道結(jié)構(gòu)安全存在隱患，已對(duì)洞內(nèi)行車造成較大影響，亟待整治。

2 襯砌裂損的原因

根據(jù)《太陽(yáng)山隧道下行線專項(xiàng)檢測(cè)報(bào)告》，襯砌環(huán)向裂縫共計(jì)87條，占比59%，縱向裂縫50條，占比34%，斜向裂縫10條，占比僅為7%（不計(jì)4處群裂縫）?？v裂縫和環(huán)裂縫是襯砌裂縫的主要產(chǎn)狀形式，除環(huán)向貫通裂縫外，寬度均小于1mm，開(kāi)口自襯砌內(nèi)開(kāi)口，沿襯砌厚度逐漸縮小，一般不貫穿整個(gè)襯砌厚度。襯砌裂縫的產(chǎn)生原因是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的問(wèn)題，它是諸多因素共同作用的結(jié)果最終在襯砌外觀上的集中體現(xiàn)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行研究，認(rèn)為太陽(yáng)山隧道襯砌裂縫的主要產(chǎn)生原因有以下幾點(diǎn)：

2.1 圍巖本身無(wú)自穩(wěn)能力或自穩(wěn)能力很差

根據(jù)地質(zhì)勘查資料，太陽(yáng)山隧道下行線圍巖的等級(jí)劃分主要以V和IV級(jí)圍巖為主，其分別占比51.82%和47.14%，巖性由變質(zhì)砂巖、粉砂巖組成，裂隙發(fā)育、完整性差，無(wú)自穩(wěn)能力或自穩(wěn)能力很差。隧道開(kāi)挖后，軟弱圍巖不能支持其自重，對(duì)襯砌施加壓力，導(dǎo)致襯砌拱部沿隧道縱向產(chǎn)生張開(kāi)性裂縫。其中拱頂承受的一部分圍巖壓力向拱腰轉(zhuǎn)移，造成隧道拱部荷載的“馬鞍形”分布，拱腰內(nèi)緣受拉出現(xiàn)縱向拉裂縫。另外，根據(jù)地質(zhì)勘查資料，隧道部分區(qū)段內(nèi)滑坡等不良地質(zhì)發(fā)育對(duì)襯砌裂縫的產(chǎn)生也有一定影響。

2.2 隧底結(jié)構(gòu)缺陷

從太陽(yáng)山下行線隧道內(nèi)取的36個(gè)芯樣揭露的情況來(lái)看（原設(shè)計(jì)有仰拱層的芯樣共計(jì)30個(gè)，無(wú)仰拱層的芯樣共計(jì)6個(gè)），隧道取樣范圍大部分位置無(wú)仰拱，部分區(qū)段仰拱超挖，回填松散，揭露的情況和設(shè)計(jì)不符，隧底存在嚴(yán)重結(jié)構(gòu)缺陷。澆筑仰拱是襯砌封閉成環(huán)的最后關(guān)鍵工序，只有封閉成環(huán)的拱結(jié)構(gòu)才能承受較高的壓力，無(wú)仰拱的襯砌結(jié)構(gòu)不但分擔(dān)不了拱頂圍巖壓力，反而在其作用下會(huì)產(chǎn)生整體下沉，相鄰區(qū)段襯砌因發(fā)生不一致整體沉降時(shí)很容易導(dǎo)致襯砌環(huán)向開(kāi)裂甚至錯(cuò)臺(tái)。另外，無(wú)仰拱支持的襯砌結(jié)構(gòu)拱腳處應(yīng)力集中現(xiàn)象加劇，左右拱腳產(chǎn)生橫向不均勻沉降的可能性大大增加，襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)嚴(yán)重惡化，襯砌拱腰和拱頂拉裂的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。

2.3 其他原因

除了上述兩個(gè)主要因素之外，還有一些次要因素也是造成襯砌裂縫的原因。施工過(guò)程中混凝土襯砌拆模過(guò)早、襯砌厚度不足、強(qiáng)度不足、襯砌背后空洞、襯砌材料局部劣化等均會(huì)造成襯砌裂縫，澆筑完成后養(yǎng)護(hù)不到位也易產(chǎn)生裂縫。

3 隧道襯砌裂損處治方法

根據(jù)《太陽(yáng)山隧道專項(xiàng)檢測(cè)報(bào)告》專項(xiàng)檢查報(bào)告，太陽(yáng)山隧道下行線裂損主要變現(xiàn)為襯砌開(kāi)裂（縱向、斜向、交叉網(wǎng)狀），襯砌滲漏水（少量）及厚度缺陷（有效/設(shè)計(jì)<1/2）。對(duì)于襯砌裂損及厚度缺陷病害應(yīng)先對(duì)病害段進(jìn)行裂縫、滲漏水處治，然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

3.1 裂縫處治

對(duì)縫寬小于0.3mm局部裂縫采用專用裂縫膠灌注封閉；對(duì)于大于0.3mm的環(huán)向裂縫采用機(jī)械或手工沿裂縫方向?qū)⒁r砌表面處裂縫開(kāi)鑿成"V"型，然后采用專用裂縫膠灌注封閉；對(duì)于縫寬大于0.3mm的縱斜向裂縫采用斜縫或騎縫注膠的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)封閉。

3.1.1 裂縫封閉施工工藝

裂縫封閉前，必須從上而下將兩側(cè)5cm范圍內(nèi)的灰塵、浮漿處理干凈，再使用高壓空氣吹洗干凈，不讓灰渣阻塞，然后用丙酮擦洗，清除裂縫周圍的油污，清洗時(shí)應(yīng)注意不要將裂縫堵塞。裂縫封閉時(shí)，從上至下沿裂縫涂抹封縫膠，涂抹寬度為2～3cm，厚度為2mm，涂刷應(yīng)盡量沿縫順直涂刷，保證涂刷后的表面美觀。

3.1.2 裂縫注膠施工工藝

1）準(zhǔn)備工作。施工前應(yīng)按裂縫的數(shù)量、長(zhǎng)度及寬度，在襯砌上進(jìn)行復(fù)核并標(biāo)注，據(jù)此進(jìn)行注膠材料配量、埋嘴、注膠等方面的具體計(jì)算和安排。

2）施工準(zhǔn)備。為保證施工質(zhì)量，施工前需先做好施工準(zhǔn)備工作，保證進(jìn)場(chǎng)施工材料質(zhì)量合格，根據(jù)施工配合比設(shè)計(jì)準(zhǔn)確配置注漿液。此外，還應(yīng)提前配置好施工設(shè)備，保證配置合理，并做試機(jī)工作，設(shè)備運(yùn)行正常，避免施工過(guò)程中出現(xiàn)故障造成不必要的損失。

3）成孔。鉆進(jìn)施工中，可采用Φ88鉆頭，鉆孔時(shí)，要與鉆孔位置對(duì)準(zhǔn)，在允許范圍內(nèi)合理控制偏差，待鉆進(jìn)后，要做好孔壁保護(hù)工作，若存在粉性土，則需下入導(dǎo)管，直到鉆進(jìn)黏性土。

4）注漿管安放。在鉆孔施工結(jié)束后，需及時(shí)安放注漿管，并做孔口封堵處理，防止?jié){液外流。此外，還需將軟橡皮包裹到花管外壁，防止進(jìn)入泥沙。

5）注漿。在注漿攪拌環(huán)節(jié)，需合理控制材料用量，保證均勻拌和，防止出現(xiàn)離析等情況。要嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行注漿，通常情況下，需按照“上-下”的順序進(jìn)行注漿，待注漿液從孔口溢出，則可停止注漿。在此環(huán)節(jié)，要指派專人做好觀測(cè)，避免因注漿壓力太大，對(duì)其他結(jié)構(gòu)造成不良影響。對(duì)于裂縫的注漿，可以提供一種灌縫膠注膠器，該注膠器的注膠筒采用國(guó)際先進(jìn)工藝操作，注膠器采用了活塞吸膠式結(jié)構(gòu)；注膠活塞桿上應(yīng)有鎖扣鎖在后蓋上；注膠器的壓力采用了高強(qiáng)度彈簧；施工時(shí)把注膠活塞桿旋轉(zhuǎn)一下，它就會(huì)自動(dòng)注膠，這樣能確保注膠筒內(nèi)的膠液全部注入裂縫中，避免浪費(fèi)；該操作技術(shù)優(yōu)點(diǎn)非常明顯，操作方便，施工安全，清洗方便，可多次重復(fù)使用。

6）封堵孔口。在完成上述施工之后，需對(duì)孔口進(jìn)行及時(shí)封堵，并檢查孔口質(zhì)量，若漿液有所不足，可及時(shí)補(bǔ)漿，從而保證施工質(zhì)量。

7）加固效果。根據(jù)施工前所確定注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定當(dāng)漿液溢出，或注漿壓力超過(guò)0.5MPa，或注漿口處吸收料速度在0.6L/min且延續(xù)30min時(shí)，均可結(jié)束注漿施工。

3.2 滲漏水處治

由于太陽(yáng)山隧道下行線襯砌滲漏水相對(duì)較輕，本次維修設(shè)計(jì)采用斜縫注射聚氨酯類發(fā)泡膠液封堵的方案進(jìn)行治理。注漿選用采用斜縫注射聚氨酯類發(fā)泡膠液封堵。注漿孔間距30cm，需要時(shí)可加密為20cm，順序?yàn)閺南轮辽?，先?duì)裂縫封堵，注漿壓力不超過(guò)0.5MPa，直到漿液從上面的注漿孔溢出后停止注漿。封縫采用環(huán)氧砂漿。鑿出深度為50mm、內(nèi)大（60mm）外小（50mm）的倒梯形槽。注漿完畢后，在槽及周圍刮涂聚合物砂漿。

4 總結(jié)

引起太陽(yáng)山隧道出現(xiàn)襯砌裂損的原因是多方面的，只有深入分析導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)的原因，才能從根本上采取更為有效的方法對(duì)其進(jìn)行處治，所采取的方法應(yīng)該滿足因地制宜、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、高效安全、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則，從而有效延長(zhǎng)隧道的使用壽命。