隧道襯砌砼開(kāi)裂的成因與處治探討

楊洋

摘 要：隧道襯砌砼開(kāi)裂的成因復(fù)雜且影響重大，一旦處治不當(dāng)，便會(huì)影響到隧道的安全、長(zhǎng)久使用。本文結(jié)合筆者既往隧道建設(shè)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就隧道襯砌砼開(kāi)裂的成因與處治展開(kāi)全面探討，以供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：隧道;襯砌砼開(kāi)裂;成因;處治

1 隧道襯砌砼開(kāi)裂的所致成因

1.1 地質(zhì)勘察方面

隧道開(kāi)挖施工前，地質(zhì)勘察不到位，對(duì)施工環(huán)境、水文地質(zhì)等情況掌握不夠細(xì)致，以致隧道初期支護(hù)及二次襯砌參數(shù)選擇不合理，由此導(dǎo)致隧道圍巖應(yīng)力的影響超出二襯砼所能承受的最大應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。

1.2 施工材料方面

首先，二襯砼用水泥、砂石等材料質(zhì)量差，不滿(mǎn)足襯砌砼施工的要求，以致后期受各種因素的影響而出現(xiàn)開(kāi)裂;其次，二襯砼所用原材料計(jì)量不精準(zhǔn)、拌制不規(guī)范、配比不合理、供料不及時(shí)，這些因素的存在都會(huì)加大二襯砼開(kāi)裂的幾率。另外，二襯砼澆筑后受時(shí)間推移的影響往往會(huì)出現(xiàn)碳化，降低砼的強(qiáng)度及密實(shí)性而導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)施工方面

（1）施工測(cè)量不精準(zhǔn)。隧道開(kāi)挖施工中，對(duì)于圍巖變形及穩(wěn)定情況的監(jiān)測(cè)不夠及時(shí)到位，或是僅憑技術(shù)人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)或肉眼觀察，致使隧道初支變形未完全穩(wěn)定便施作二襯，由此造成二襯結(jié)構(gòu)隨時(shí)間推移超出最大承荷而出現(xiàn)裂縫。

（2）施工操作不規(guī)范。一方面，隧道爆破開(kāi)挖控制不嚴(yán)，局部超挖或欠挖現(xiàn)象未及時(shí)處理，以致二襯砼澆筑時(shí)的厚度不均，導(dǎo)致砼收縮不一致而出現(xiàn)開(kāi)裂;其次，在地質(zhì)條件較差地段，因支護(hù)強(qiáng)度不足造成初支侵限，導(dǎo)致二襯砼厚度過(guò)小，甚至出現(xiàn)局部脫空而造成襯砌砼開(kāi)裂。

（3）圍巖基面未清理。隧道開(kāi)挖時(shí)易對(duì)圍巖造成較大擾動(dòng)，而造成圍巖基面存在松動(dòng)碎石及浮渣，若在襯砌砼前未將圍巖基層的軟弱巖層進(jìn)行細(xì)致清理，就會(huì)造成與二襯砼間形成軟弱夾層，降低了圍巖對(duì)二次砼層的約束，從而大大削弱圍巖的彈性抗力，造成襯砌砼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到影響而易形成裂縫。

（4）襯砌施工不規(guī)范。采用整體式鋼模臺(tái)車(chē)進(jìn)行襯砌砼作業(yè)時(shí)，如若下料不均勻、振搗不到位，就會(huì)造成襯砌砼不密實(shí)、不均勻，而影響砼的強(qiáng)度及受力，以致隨著時(shí)間的推移，在二襯砼的薄弱部位就會(huì)出現(xiàn)裂縫;其次，襯砌砼施工過(guò)程中，溫控措施控制不到位，從而導(dǎo)致澆筑后砼因內(nèi)外溫度存在較大的梯度而形成溫度裂縫，或是澆筑后未及時(shí)做好養(yǎng)護(hù)，以致襯砌砼面失水過(guò)大而出現(xiàn)干縮裂縫。

2 隧道襯砌砼開(kāi)裂的處治對(duì)策

2.1 襯砌砼開(kāi)裂的預(yù)防

2.1.1 加強(qiáng)地質(zhì)勘察

首先，做好前期地質(zhì)勘察，細(xì)致了解隧道開(kāi)挖地段圍巖類(lèi)別及地質(zhì)水文條件，以為后期隧道初支支護(hù)及二襯施工提供精準(zhǔn)的依據(jù);其次，結(jié)合地質(zhì)勘察資料及圍巖類(lèi)別，合理選擇二襯形式，保證二襯砼厚度，減少二襯結(jié)構(gòu)超荷載運(yùn)行而導(dǎo)致的開(kāi)裂情況。

2.1.2 嚴(yán)控材料質(zhì)量

（1）嚴(yán)控二襯砼原材質(zhì)量。實(shí)踐表明，因砼材料質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致的二襯砼溫差開(kāi)裂及干縮開(kāi)裂是造成隧道二襯砼開(kāi)裂的重要因素。通過(guò)適量摻入膨脹劑、合理控制砼配比，能夠顯著減少砼失水及溫差收縮現(xiàn)象，提升砼的抗裂能力。其次，加強(qiáng)二襯砼用水泥、砂石骨料等原材的質(zhì)量檢測(cè)與控制，確保原材料質(zhì)量滿(mǎn)足二襯砼的質(zhì)量要求，進(jìn)而提升二襯砼的強(qiáng)度及抗裂性。

（2）優(yōu)化二襯砼配比設(shè)計(jì)。首先，結(jié)合隧道二襯砼施工實(shí)際及試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)砼配合比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并在配制前調(diào)校稱(chēng)量系統(tǒng)，保證稱(chēng)量精準(zhǔn)、配比準(zhǔn)確，進(jìn)而為配合比優(yōu)化提供準(zhǔn)確依據(jù)。其次，為保證二襯砼施工的連續(xù)性，減少因砼間斷施工而產(chǎn)生的施工冷縫，須結(jié)合二次襯砌砼施工實(shí)際，確定砼日攪拌量、砼運(yùn)輸罐車(chē)數(shù)量以及二襯施工用鋼模臺(tái)車(chē)量，以保證砼生產(chǎn)供應(yīng)充足，二次襯砌施工連續(xù)不間斷。

2.1.3 抓好施工管控

（1）做好施工中的監(jiān)控量測(cè)，尤其是對(duì)地質(zhì)條件較差地段，須通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆探等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等措施，查明開(kāi)挖面的具體地質(zhì)條件。對(duì)于開(kāi)挖作業(yè)面與實(shí)際圍巖存在差異時(shí)，應(yīng)與設(shè)計(jì)方進(jìn)行溝通，并及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，采取正確的開(kāi)挖及支護(hù)方法。同時(shí)，加強(qiáng)施工中圍巖的變形監(jiān)測(cè)，根據(jù)圍巖監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷二襯施作時(shí)間，對(duì)仍處于變形階段的圍巖不得進(jìn)行提前進(jìn)行二襯砼施工。

（2）加強(qiáng)隧道爆破開(kāi)挖控制，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確保爆破開(kāi)挖面的效果，減少爆破開(kāi)挖擾動(dòng)對(duì)圍巖的影響，以規(guī)避外部應(yīng)力對(duì)二襯砼的影響。其次，加強(qiáng)超挖、欠挖的控制，確保開(kāi)挖面的平順度，進(jìn)而有效確保二襯砼厚度均勻密實(shí)，同時(shí)，加強(qiáng)初期支護(hù)質(zhì)量控制，保證初支強(qiáng)度，減少初支侵限對(duì)二襯造成的影響。

（3）強(qiáng)化圍巖基面雜質(zhì)清理，對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中圍巖基面的松動(dòng)碎石及浮渣予以清理，并用高壓水將襯砌砼作業(yè)面沖洗干凈，以保證襯砌砼的密實(shí)度、均勻度，以免圍巖軟弱夾層影響二襯砼的強(qiáng)度而造成開(kāi)裂。

（4）嚴(yán)把襯砌施工質(zhì)量控制，采用整體式模板臺(tái)車(chē)實(shí)施混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)砼下料、澆筑、振搗等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保砼下料均勻、振搗密實(shí)，進(jìn)而顯著提升砼自身的抗裂性及強(qiáng)度。另外，完成襯砌砼澆筑后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，減少養(yǎng)護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致的干縮裂縫，同時(shí)應(yīng)在確保襯砌砼達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度要求后進(jìn)行拆模，以免提前拆模導(dǎo)致襯砌砼過(guò)早承荷而出現(xiàn)開(kāi)裂。

2.2 襯砌砼開(kāi)裂的處治

2.2.1 表面修補(bǔ)

此類(lèi)處理方法較為常見(jiàn)，且處理較為簡(jiǎn)單，主要用于對(duì)隧道結(jié)構(gòu)承載性無(wú)影響的淺表裂縫（縫寬<0.3㎜）的處理，通常采用在裂縫表面涂刷滲透性水泥漿或防水砂漿的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)表面微裂縫的處理。

2.2.2 灌漿封堵

此類(lèi)處理方法主要用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性或防滲性有影響的裂縫修補(bǔ)，通常采用壓漿設(shè)備在裂縫內(nèi)壓入膠結(jié)材料，通過(guò)膠結(jié)材料凝結(jié)后與砼形成統(tǒng)一整體，而起到對(duì)裂縫封堵的效果。較為常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯等。

2.2.3 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

（1）圍巖注漿。采用圍巖注漿進(jìn)行圍巖固結(jié)，提升隧道圍巖的承載性，并對(duì)襯砌背后的孔洞進(jìn)行充填，使襯砌更加密實(shí)受力均勻，進(jìn)而防止襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞。同時(shí)，通過(guò)圍巖注漿能夠使?jié){液填充圍巖裂隙，進(jìn)而起到補(bǔ)強(qiáng)與防滲的雙重效果。

（2）噴射砼。對(duì)于隧道襯砌砼開(kāi)裂較為嚴(yán)重的情況下，可采用素噴或網(wǎng)噴砼的方式進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，素噴砼可適量摻入混合料質(zhì)量1%～3%的鋼纖維，以提升砼的抗壓性、抗剪性，網(wǎng)噴砼是在素噴砼的基礎(chǔ)上增加一層網(wǎng)格間距約20 cm～25 cm，φ6或φ8的HPB300鋼筋網(wǎng)。

（3）錨桿加固。通過(guò)大于φ25的中空錨桿注漿，不僅可以改變圍巖的力學(xué)性能，提升圍巖的完整性與強(qiáng)度，減少?lài)鷰r對(duì)襯砌砼結(jié)構(gòu)的擠壓，進(jìn)而阻止裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，而且通過(guò)注漿對(duì)裂縫進(jìn)行封閉，避免了滲漏水對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的侵害，起到防止?jié)B漏水的效果。

（4）嵌鋼拱架加固。對(duì)于襯砌結(jié)構(gòu)極嚴(yán)重結(jié)構(gòu)未失穩(wěn)且受內(nèi)凈空限制時(shí)，可通過(guò)嵌鋼拱架加固對(duì)開(kāi)裂段圍巖予以臨時(shí)支撐，然后采用中空錨桿注漿，嵌鋼拱架，并對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)與鋼拱架間空隙進(jìn)行充填、封閉。對(duì)于凈空允許的情況下，鋼拱架可不全部嵌入襯砌結(jié)構(gòu)，對(duì)于外露部分應(yīng)做好砼層保護(hù)，并按要求設(shè)置縱向連接筋，以確保襯砌結(jié)構(gòu)受力的整體性。

3 結(jié)語(yǔ)

襯砌砼開(kāi)裂的危害巨大，不僅會(huì)影響隧道的抗?jié)B性，而且還會(huì)影響隧道的結(jié)構(gòu)受力。因此，務(wù)須全面理清致使襯砌砼開(kāi)裂的諸多成因，切實(shí)采取相應(yīng)預(yù)防、處治舉措予以妥當(dāng)應(yīng)對(duì)，從而最大限度規(guī)避與減少襯砌砼的開(kāi)裂現(xiàn)象。

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