淺談隧道襯砌裂縫原因分析及防治措施

【摘要】通過對某隧道襯砌裂紋進行現(xiàn)場深入調(diào)查，觀察裂縫與隧道軸線的走向關系，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)該隧道二襯裂縫以縱向裂縫、斜向裂縫和環(huán)向裂縫為主?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的環(huán)向裂縫占多，環(huán)向裂縫大部分存在施工縫、沉降縫、洞口及不良地質(zhì)地帶與完整巖石地層的交接處等。本文從工程地質(zhì)條件、地下水、二襯質(zhì)量、二襯模板臺車、溫度應力、不均勻沉降等方面展開分析并提出相應的防治對策。

【關鍵詞】襯砌裂縫；原因分析；防治措施

1.概況

該隧道地處浙南山地，屬構造剝蝕山區(qū)，區(qū)內(nèi)山勢連綿起伏，峰巒疊嶂，植被發(fā)育。隧道全長12030m，為單洞雙線隧道。隧道進口里程DK156+358，出口里程DK168+388。隧道中部下穿澤雅水庫上游山谷，最小埋深約為50m，最大埋深約為660m，屬于長大深埋隧道，該隧道為工程全線最長隧道，也是全線關鍵控制性工程。隧道Ⅱ級圍巖長5582m；Ⅲ級圍巖長4983m；Ⅳ級圍巖長859m；V級圍巖長606m。進口洞門形式為單側(cè)擋墻式，出口洞門形式為倒斜切式。隧道采用無碴軌道。隧道采用“兩斜井、進出口”的施工方案。 隧道設斜井兩座，長度分別為1350m和1280m。斜井與隧道采用斜交單聯(lián)式，無軌運輸雙車道斷面。

2.裂縫現(xiàn)場調(diào)查

隧道已經(jīng)完成的襯砌中存在15條裂紋。 通過現(xiàn)場觀察和數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：

⑴裂紋一般在邊墻與仰拱連接處較寬，靠近拱頂處較窄，且逐漸消失或很細微；

⑵裂紋一般均為仰拱施工縫開始發(fā)展，裂紋方向均為仰拱施工縫向襯砌施工縫方向發(fā)展；

⑶裂紋角度全部大于45°，為斜向上發(fā)展；

⑷仰拱施工縫與襯砌同縫地段，施工縫段微小開裂或施工縫距離變大，實際上隧道襯砌每循環(huán)間施工縫充當了伸縮縫的功能；

⑸混凝土拆模后，前期均未發(fā)現(xiàn)裂紋，裂紋均在后期產(chǎn)生。

3.隧道裂縫原因分析

3.1工程地質(zhì)條件

隧道進洞段圍巖以Ⅴ級為主，為弱風化砂巖，地層破碎。隧道圍巖條件較差，容易引起不均勻變形以及地基不均勻沉降；圍巖條件差以及鐵道部紅線管理強制要求，二襯施作以后圍巖變形沒有完全穩(wěn)定，且低強度圍巖具有流變性質(zhì)，二襯仍承受一定的作用力。

3.2開挖結束隧道洞頂應變

隧道縱向埋深差異大，意味著洞內(nèi)圍巖在縱向存在偏壓，沖溝是縱向偏壓存在最常見之處。開挖結束可引起隧道周邊圍巖發(fā)生較大的塑性應變，較大的塑性應變代表隧道開挖后圍巖將發(fā)生較大不可恢復的變形，隧道結構支護不足容易引起結構出現(xiàn)裂縫甚至失穩(wěn)。因此，隧道地質(zhì)條件差、隧道縱向埋深差異大是引起裂縫的主要原因之一。

3.3鋼筋保護層厚度偏大

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，試驗室人員對二襯保護層厚度進行檢查，分別在拱頂、拱腰和邊墻三個部位測定鋼筋保護層厚度。檢測得出除個別位置滿足設計要求以外，大部分檢測位置鋼筋保護層厚度大于設計值。雖然從耐久性和錨固的角度來講，保護層厚度是越大越好，但是從受力角度看則恰好相反。因此在保證耐久性、錨固和符合設計規(guī)范的前提條件下，混泥土保護層的厚度應盡量取小值?，F(xiàn)場二襯大部分位置鋼筋保護層厚度過大，這不利于二襯抗彎，容易引發(fā)裂縫。

3.4二襯厚度及空洞情況

前期采用地質(zhì)雷達掃描拱頂、拱腰和邊墻二襯，發(fā)現(xiàn)部分位置二襯厚度不足，二襯厚度不足的位置與裂縫位置有很好的對應關系。二襯厚度差異與初支平順度直接相關，二襯混凝土的受力狀況及內(nèi)部收縮變形自由度受初期支護平順度的直接影響。初期支護的平順度能在一定程度上影響二襯混凝土的外部應力分布，同時能直接影響到二襯混凝土厚度的均勻性，假如二襯混凝土的厚度均勻性較差，則厚度薄弱部位很容易在在外應力作用下出現(xiàn)裂縫。因此，裂縫的出現(xiàn)與隧道厚度分布不均勻和部分二襯厚度不足有關。

3.5二襯模板臺車（二襯混凝土施工質(zhì)量不佳，包括鋼筋保護層厚度偏大、二襯厚度和混凝土強度不均勻等影響結構受力，進而產(chǎn)生環(huán)向裂縫）

現(xiàn)隧道施工采用的二襯模板臺車長度為9-12m。二襯屬于較大體積的混凝土，承受自身收縮應力較大。二襯厚度基本在45-60cm、承受溫差大，則產(chǎn)生裂縫的幾率就有可能。顯然12m一模的二襯混凝土很難抵抗自身收縮應力而不產(chǎn)生拉裂縫。二襯臺車長度越大，對應的二襯混凝土出現(xiàn)裂縫的概率越大。此外，在施工過程中，二襯臺車模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等都可能導致混凝土結構裂縫的產(chǎn)生。

3.6溫度應力

隧道仰拱施工縫與拱墻施工縫不貫通，溫度應力增大，則在縱向變形得不到滿足時產(chǎn)生裂縫，假如設置貫通縫讓隧道的變形得到一定程度的滿足，則可大大減小溫度應力，從而減少隧道的裂縫出現(xiàn)。

3.7荷載變形裂縫

隧道邊墻基礎和仰拱的虛碴未清理干凈，在混凝土澆筑后，基底會產(chǎn)生不均勻的沉降；臺車模板或者堵頭板沒有固定牢固，過早脫模或脫模時二襯混凝土受到較大的外力撞擊等都易產(chǎn)生變形裂縫。

3.8施工縫

在隧道施工的過程中由于停電、機械故障等原因?qū)е禄炷恋臐仓袛鄷r間超過了初凝時間，等再繼續(xù)澆筑時，原來的混凝土基礎表面未進行鑿毛處理，或鑿毛后未用水沖洗干凈，也未鋪水泥砂漿墊層，就直接在原混凝土表面澆筑混凝土，就會導致新舊混凝土接茬之間出現(xiàn)裂縫。

4.裂紋病害整治

經(jīng)過長期的觀察，發(fā)現(xiàn)裂紋變形穩(wěn)定以后，再對裂紋采用灌漿技術進行處理，對該隧道二襯混凝土裂縫灌注環(huán)氧樹脂進行病害整治。

4.1施工順序

⑴仔細的測量裂縫寬度和長度。將以裂縫為中心10 cm寬度范圍內(nèi)的隧道襯砌混凝土表面的灰塵和油污等清理干凈；

⑵根據(jù)裂紋寬度，確定好注漿孔的位置，在需要留注入口的位置用膠帶貼上做標志；

⑶安設灌漿的底座：把預留注入口上的膠帶揭去，將底座用封縫膠粘于注漿口上；

⑷沿裂縫表面用專用快干型封縫膠均勻涂刮，封縫膠的涂刮寬度以能把裂縫封閉為宜；

⑸把裝有灌漿樹脂的注漿器旋緊于底座上，進行注漿；

⑹注入完畢，可拆除注漿器。待樹脂固化后敲掉底座，用角磨器磨掉密封膠，最后將基層原狀恢復。

4.2注漿的效果檢驗

注漿完成后可對注漿的效果進行針對性的破檢，對裂縫處混凝土可采用取芯機進行取芯以驗證注漿的效果。

5.裂縫的防治措施

5.1針對隧道二襯混凝土收縮產(chǎn)生機理進行整治

應從可改善的干燥收縮入手，在澆筑混凝土時應盡量選擇溫度底、濕度大的時間和地方進行。對于隧道二襯來說，因時間和地點無法選擇，就必須加強灑水養(yǎng)生。特別是在混凝土初凝之前，灑水養(yǎng)生可有效提高混凝土強度和減少干燥收縮。

隨著隧道進口掘進深度逐漸加大，洞內(nèi)溫度和濕度相對恒定，可有效減少二襯裂縫的自然產(chǎn)生，但也不可放松混凝土養(yǎng)生工作。

5.2加強仰拱施工縫抗拉強度

仰拱施工時，應嚴格按照規(guī)范、驗標和設計要求，做好界面鑿毛處理，并規(guī)范設置接茬鋼筋，以加強施工縫抗拉強度。

5.3加強仰拱質(zhì)量控制

仰拱混凝土澆筑前，認真進行清底工作，盡可能將虛渣和積泥清除干凈。

6.裂縫的防治建議

⑴在與拱墻二襯結合處的仰拱（小邊墻）施工縫中增加鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片可采用φ6鋼筋制作，網(wǎng)格20cm*10cm，網(wǎng)片大小建議采用100*40cm，也可根據(jù)使用效果現(xiàn)場調(diào)整。

網(wǎng)片安裝時可與接茬鋼筋進行綁扎固定，在確保保護層厚度的前提下盡量接近縱向施工縫。

⑵調(diào)整仰拱施工縫與二襯施工縫距離，使仰拱施工縫錯開最大應力值范圍。建議仰拱施工距離根據(jù)二襯臺車長度進行調(diào)整，可為二襯臺車長度的1/2，二襯施工時臺車剛好跨兩輪仰拱，使二襯施工縫與仰拱施工縫位于同一斷面。

⑶二襯混凝土澆筑過程中至初凝之前，應盡量調(diào)整作業(yè)工序，減少重車在該段的通行?；炷翝仓瓿珊?，不要過早拆模，應嚴格按照規(guī)范要求，強度至少達到8MPa后方可松開臺車。

7.結束語

通過對該隧道混凝土的襯砌裂縫進行了細致認真的環(huán)氧樹脂漿液修補，并用取芯法對注漿的效果進行了檢驗，隧道襯砌裂縫的修補質(zhì)量和補強效果都符合要求，最終取得了比較理想的效果。

參考文獻

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