鐵路隧道襯砌裂縫整治探討

周林峰,朱麟晨

(中鐵二院工程集團有限責任公司土建三院,四川成都610031)

在對某鐵路全線隧道進行檢查過程中，發現部分隧道存在不同程度、不同位置的裂縫。根據該鐵路建設單位指揮部的要求，設計單位對相關隧道裂縫產生的原因進行了系統的總結分析，并且提出了裂縫整治的方案措施。

1 隧道襯砌裂縫分布情況

根據對該鐵路相關隧道二次襯砌裂縫的調查和統計，發現襯砌裂縫有如下特點。

(1)裂縫主要存在于隧道的拱部、邊墻的位置；

(2)裂縫有縱向裂縫、豎向裂縫、斜向裂縫及復合型裂縫等狀態；

(3)裂縫有存在于隧道襯砌混凝土表面的、常出現的、沒有擴展性的細微裂縫，有從觀測孔可以看到貫通襯砌厚度的貫通裂縫，有因襯砌背后有空洞或襯砌厚度不足而引起的密集裂縫；

(4)裂縫最小寬度不足1 mm，最大寬度近10 mm；

(5)絕大多數裂縫停止發展，少數裂縫從預埋觀測標的情況來看存在可能繼續發展的跡象。

2 裂縫的類型

根據對該鐵路隧道二次襯砌裂縫類型初步分析，襯砌混凝土裂縫主要有干縮裂縫、溫度裂縫、外荷載作用產生的變形裂縫、施工縫處理不當引起的接茬縫等幾種類型。

2.1 干縮裂縫

混凝土在硬化過程中水分由于逐漸蒸發散失,使水泥石中的凝結膠體干燥體積逐漸縮小而產生變形,由于受到圍巖和二襯模板的約束,變形產生應力,當應力值超過混凝土的抗拉強度時,就會出現干縮裂縫。干縮裂縫屬于混凝土硬化后階段發生，屬于后期裂縫。影響混凝土干縮裂縫的因素主要有：水泥品種、用量及水灰比,粗細骨料的大小和級配,外加劑品種和摻量等，也與混凝土的振搗、天氣、現場風速、養護有關。

2.2 溫度裂縫

混凝土硬化期間水泥釋放出大量的水化熱，內部溫度不斷上升，在混凝土內部和表面間形成溫度梯度而產生應力,當溫度應力超過混凝土內外的約束力時,就會產生溫度裂縫。溫度裂縫分內部溫度裂縫和外部溫度裂縫。溫度裂縫的產生與二次襯砌混凝土的厚度及水泥的品種、用量有關；此外雖然部分混凝土內部溫度變化很小或變化緩慢，但表層溫度可能變化較大甚至劇烈，如養護不周、時干時濕、表面干縮變形受到內部混凝土的約束也導致裂縫產生。

2.3 荷載變形裂縫

襯砌模板臺車或堵頭板沒有固定牢固,以及過早脫?；蛎撃r混凝土受到較大的外力撞擊等而產生的變形裂縫。荷載變形裂縫在隧道襯砌裂縫類型中的比重較大，特別是產生于襯砌邊墻的荷載變形裂縫。

2.4 施工接茬縫

施工過程中由于停電、機械故障或管理不到位等原因，導致混凝土澆筑中斷時間超過混凝土的初凝時間,繼續澆筑混凝土時,若原有混凝土表面沒有進行鑿毛處理,或者鑿毛后沒有沖洗干凈,就在原混凝土表面澆筑混凝土,則會使新舊混凝土接茬間出現裂縫。

3 裂縫形成的原因分析

混凝土裂縫形成的原因多樣并且非常復雜，很多是由于多種不利因素綜合作用而產生的結果。根據對大麗鐵路隧道二襯裂縫的分析，形成裂縫的主要原因可能存在以下幾點。

3.1施工過程中未嚴格按新奧法要求施工，導致襯砌產生裂縫在隧道施工過程中，新奧法并未被正確地、完整地貫徹，許多隧道工程的施工并未按新奧法的要求進行動態的設計和施工管理。尤其是有些施工單位在隧道施工的過程中沒有認真的對待測量環節，更不用提采用測量資料進行指導設計和施工。對新奧法的斷章取義或認識模糊不清，導致了在隧道施工過程中不能很好的理解與貫徹利用圍巖、初期支護與二次襯砌三者之間的關系，結果最終導致了二襯開裂，甚至影響隧道工程最終的完成質量。

3.2施工工藝或現場管理不規范，導致工程質量不高施工過程中，如果施工工藝或現場管理未嚴格按國家的有關規范、規程辦理，則會影響最終隧道工程的質量。具體表現在：隧道開挖成型差，欠挖或初期支護侵入襯砌限界，造成襯砌混凝土厚度不足；隧道超挖回填不密實，導致襯砌受力與設計不符；隧道坍方處理不當導致襯砌背后存在脫空現象；背棄新奧法思想，未開展監控量測工作，僅憑經驗來確定二襯的施作時間，甚至是在初期支護變形未收斂的情況下施做二襯，或實際施作二襯時間遠遠落后于設計施作時間，造成二襯設計荷載承受圍巖壓力；盲目追求施工進度，隨意提前脫模時間，拆模時間過早導致襯砌早期強度不足等。

3.3 原材料質量差、配合比設計不合理

施工現場水泥品種選擇不當或不同批次的水泥混用，碎石、砂級配較差或含泥量超標等,都會影響水泥與骨料的膠結；原材料計量誤差大，尤其外加劑的摻加隨意性大，沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用水量，造成混凝土水灰比增大；進行配合比設計時, 錯誤認為水泥用量越多,混凝土強度越高，則會忽視混凝土品質的影響；混凝土澆筑時不振搗或漏振，則會影響混凝土均質性等。此外，如果在進行摻合料和外加劑的選用的過程中缺乏專業技術人員的指導,則經常達不到預期效果。

4 隧道襯砌裂縫整治處理措施

4.1 進行裂縫發育調整

隧道襯砌裂縫整治前首先對隧道二襯開裂段進行最新裂縫發育調查，對裂縫的范圍、大小、深度及所處位置進行測繪、記錄，分析裂縫的發展變化規律。若在第三方檢測前裂縫已停止發展，則可參照第三方檢測報告數據進行裂縫整治；若通過預埋觀測標發現存在正加大變長的裂縫或存在可能繼續發展跡象的裂縫，應該給予重視，建議對裂縫的范圍、大小及深度進行測繪，并對此段的襯砌強度及厚度進行檢測，與第三方檢測報告進行對比分析，及時采取有效的措施進行補救，阻止裂縫繼續發展，惡化。

4.2 處理措施之一

當第三方檢測報告檢測隧道二次襯砌開裂段的襯砌強度或厚度不符合設計要求時，須采取以下處理措施。

(1)襯砌強度不夠時，必須拆除二次襯砌按設計要求重新施作。

(2)襯砌強度達到要求，二襯厚度不足且不在設計允許范圍內時，必須拆除二次襯砌按設計要求重新施作。

(3)襯砌強度達到要求，二襯厚度不足但在設計允許范圍內時，此段二次襯砌可按補強措施進行處理。

4.3 處理措施之二

當第三方檢測報告檢測隧道二襯開裂段強度及厚度均達到設計要求時，根據裂縫寬度值的大小分別采取以下措施對隧道開裂段進行補強處理。

4.3.1 較大裂縫

若裂縫寬度≥5 mm，可采用嵌補24 kg/m鋼軌，并鑿除破損部位后用同等級混凝土補強。鋼軌設置應與裂縫垂直，間距采用1.0 m/環，鋼筋網格φ16×φ16，間距20 cm。

4.3.2 中等裂縫

若裂縫寬度介于3～5 mm之間，可采用W型鋼帶+φ42徑向鋼花管注漿對襯砌結構進行補強。

(1)鋼帶采用BHW270型鋼帶(寬270 mm，壁厚2.75 mm)鑿槽嵌入，槽寬40 cm，深4 cm；垂直裂縫、沿隧道襯砌內緣表面設置，間距1.0 m。

(2)φ42徑向鋼花管每根長3 m，沿鋼帶環向設置，環向間距1.0 m，鋼花管尾部通過鋼帶中部的管孔與鋼帶加墊板連接。

(3)W型鋼帶及鋼花管施作完成后，鑿除破損部位采用二襯同等級混凝土回填。為加強混凝土與鋼帶間的連接，沿鋼帶環向及縱向分別設置φ4鋼筋N1、N2。N2鋼筋與鋼帶焊接，N2鋼筋間距10 cm，N2鋼筋與N1鋼筋綁扎，N1鋼筋間距12 cm。

(4)施工工序及注意事項

施工前首先對裂縫進行灌溉及嵌補。

根據設計間距在襯砌內表面放線，確定鋪設鋼帶的位置。

鋼花管注漿加固前應采用臨時橫撐加固襯砌，以防注漿壓力過大將襯砌破壞。

4.3.3 較小裂縫

若裂縫寬度≤3 mm，采用在裂縫周圍設置騎縫錨桿，對裂縫進行沿縫注漿。

(1)沿裂縫下邊距裂縫0.5 m打一排間距1.0 m、長2.0 m的φ22砂漿錨桿；沿裂縫上邊打兩排φ22砂漿錨桿，第一排距裂縫0.5 m，錨桿長2.5 m，第二排距裂縫1.5 m，長2.0 m，間距均為1.0 m；三排錨桿呈梅花狀布置并超出裂縫長度前后兩列，裂縫兩端各打一根φ22長2.5 m的鎖縫錨桿。

(2)沿裂縫長度方向鑿倒梯形槽，槽口寬為5 cm，槽底寬大于槽口寬，槽深8 cm，沖洗干凈并風干后，用環氧砂漿嵌縫，要求填充密實。在嵌縫的同時沿裂縫每0.8 m埋設φ10注漿管。注漿管外露5 cm,以便與注漿設備連接。

(3)環氧砂漿的配制：將環氧樹脂加熱熔化后，按比例加入二丁脂攪拌均勻，冷卻后加入乙二胺攪拌均勻，然后倒入已混合均勻的水泥砂子中，再充分攪拌后即可使用。環氧砂漿應隨配隨用，其施作時間為30～40 min。環氧砂漿的配比為:6101環氧樹脂∶二丁脂∶乙二胺∶水泥∶砂子=100∶15∶8∶200∶500。

(4)壓水試驗：封縫漿液固結后，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。壓水試驗采用示蹤劑，測定水壓及進水量，作為注漿的依據。

(5)注漿流程，見圖1。

圖1 注漿流程

注漿材料為環氧漿液，其配比為6101環氧樹脂:二甲苯∶501號稀釋劑∶乙二胺=100∶30～40∶20∶10。將環氧樹脂加熱熔化后，加入二甲苯及501號稀釋劑拌勻，加入乙二胺，再攪拌均勻后均可使用；冷卻后注漿壓力應根據裂縫大小、襯砌質量等綜合確定，一般為0.2～0.6 MPa，但一般不超過壓水試驗壓力；結束注漿的標準:當注漿量與預計漿量相差不多，壓力較穩定且吸漿量逐漸減小至0.01 L/min時,再壓注3～5 min即可結束注漿。注漿中應隨時觀察壓力變化，當壓力急劇下降時,應暫停注漿,調整漿液的凝結時間及漿液濃度后繼續注漿。

(6)封孔：注漿結束后，用鐵絲將注漿管外露部分反轉綁扎，待漿液終凝后，割除外露部分，以環氧砂漿將孔口抹平。

(7)施工注意事項

裂縫注漿應待襯砌結構基本穩定和混凝土達到設計強度后進行。

裂縫注漿所選用水泥的細度應符合表1的規定。

表1 裂縫注漿水泥的細度

淺層裂縫注漿應騎槽粘埋注漿嘴，必要時沿縫開鑿“V”槽并用水泥砂漿封縫；深層裂縫注漿應騎縫鉆孔或斜向鉆孔至裂縫深部，孔內埋設注漿管，間距應根據裂縫寬度而定，但每條裂縫至少有一個進漿孔和一個排氣孔；注漿嘴及注漿管應設于裂縫的交叉處、較寬處及貫穿處等部位。對封縫的密封效果應進行檢查。

襯砌裂縫注漿的施工質量檢驗數量，應按裂縫條數的10%抽查，每條裂縫為1處，且不得少于3處。

5 隧道襯砌裂縫整治注意要求

(1)采取裂縫整治措施須待裂縫觀測穩定后施做，裂縫整治施工完成后應進行定點、定時觀測，并詳細記錄。若有注漿滲漏，應進行補注漿；若檢查發現裂縫有發展，應及時提出，以便分析處理。

(2)隧道二襯裂縫處理前首先進行襯砌后充填注漿。在隧道拱頂施作壓漿管，縱向間距3～5 m，通過壓漿管進行充填壓注水泥砂漿，充填襯砌拱部防水板與二襯間的空隙。注漿壓力：二襯為混凝土時不大于0.3 MPa，二襯為鋼筋混凝土時不大于0.5 MPa。

(3)裂縫處理過程中加強對開裂段及附近襯砌的監控量測。

以上為裂縫產生的原因分析及裂縫處理的措施，具體處理時應根據各工點的具體情況，包括地質情況、施工情況、裂縫發育情況等，綜合確定處理方案，首先檢查二次襯砌的強度和厚度，再詳細繪制裂縫展示圖，而后再進行具體的裂縫處理。

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