淺析隧道二襯裂縫產(chǎn)生的原因和整治方案

付業(yè)凡

（國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計院　云南　昆明　650216）

淺析隧道二襯裂縫產(chǎn)生的原因和整治方案

付業(yè)凡

（國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計院云南昆明650216）

目前我國隨著建成和投入運(yùn)營的隧道日益增多，隧道后期出現(xiàn)二襯產(chǎn)生裂縫的病害案例也隨之有著增多的趨勢，裂縫的治理應(yīng)根據(jù)具體現(xiàn)場情況的不同而采取不同的處治方案。

環(huán)向裂縫；斜向裂縫；縱向裂縫；注漿；環(huán)氧樹脂封縫；貼鋼帶

前言

目前我國隨著建成和投入運(yùn)營的隧道日益增多，隧道后期出現(xiàn)二襯產(chǎn)生裂縫的病害案例也隨之有著增多的趨勢，隧道二襯產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致隧道滲漏已經(jīng)成為公路隧道最常見的病害。由于地質(zhì)構(gòu)造變動，施工過程中質(zhì)量控制等原因，導(dǎo)致隧道二襯表面出現(xiàn)環(huán)向裂縫、斜向裂縫以及縱向裂縫。筆者在本文中結(jié)合實(shí)際工程案例，對隧道二襯表面裂縫產(chǎn)生的原因和整治方案進(jìn)行探討。

1　隧道二襯裂縫形式特點(diǎn)以及產(chǎn)生原因

隧道二襯表面產(chǎn)生的裂縫根據(jù)裂縫的走向一般可分為環(huán)向裂縫、斜向裂縫以及縱向裂縫：

（1）環(huán)向裂縫：又可分為貫通的環(huán)向裂縫和只局部分布在隧道左右兩側(cè)沒貫通的豎向裂縫，對于貫通的環(huán)向裂縫，大部分都是隧道的施工縫，由于溫度等因素的影響，混凝土收縮干縮致使體積發(fā)生變化導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生；對于豎向裂縫，大部分都是局部分布在隧道左右側(cè)小邊墻，很大部分原因是仰拱施工質(zhì)量不合格，致使后期仰拱產(chǎn)生不均勻沉降，最終導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

（2）斜向裂縫和縱向裂縫：斜向裂縫和縱向裂縫一般分布在隧道拱腰或者拱頂附近，一般都是由于隧道二襯混凝土受剪應(yīng)力作用而開裂，主要是由于圍巖的承壓力不足襯砌支護(hù)級別不夠、施工過程中導(dǎo)致的二襯混凝土厚度不足鋼支撐間距不夠、二次襯砌脫模時間過早導(dǎo)致二襯過早參與受力以及其他因素所引起的。

2　結(jié)合實(shí)際工程案例對裂縫的整治進(jìn)行分析

2.1工程概況

此隧道為迪慶州維西（塔城）至德欽二級公路某隧道，隧道長750m，設(shè)計時速40km/h，隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計采用復(fù)合式襯砌，隧道圍巖類別以Ⅴ、Ⅳ級為主，隧道洞門型式采用端墻式，進(jìn)出口都設(shè)置了一定長度的明洞。隧址位于瀾滄江左岸鄰江陡坡地帶，坡地地形陡峭自然坡度約為20～80°。勘察場地地處橫斷山脈南段，屬滇西北縱谷山原地貌單元，山脈總體呈北北西走向。

2.2隧道裂縫產(chǎn)生

該隧道于在2011年建成時二襯未發(fā)現(xiàn)裂縫，2011年10月經(jīng)相關(guān)檢測單位檢測共有27段二襯小于設(shè)計厚度的段落并且4處二襯混凝土和初期支護(hù)之間存在脫空的部位。該隧道在運(yùn)營過程中裂縫逐漸出現(xiàn)，2015年5月經(jīng)過相關(guān)檢測單位檢測，共有55條裂縫，其中環(huán)向裂縫37條，斜向裂縫6條，縱向裂縫12條；并且任存在4段二襯與初期支護(hù)脫空的部位以及4處二襯厚度小于1/2設(shè)計厚度的部位。

2.3裂縫的整治方案

針對隧道出現(xiàn)的裂縫病害，維德二級公路指揮部邀請了相關(guān)院校和科研單位共6名專家組成的專家組對裂縫的成因危害以及治理方案進(jìn)行了分析討論，根據(jù)裂縫出現(xiàn)的時間、形態(tài)、位置以及寬度可定性為非結(jié)構(gòu)性裂縫，裂縫的產(chǎn)生可能與局部段落二襯厚度不足、二襯與初期支護(hù)混凝土脫空以及結(jié)構(gòu)剛度變化不一致等原因有關(guān)，對于裂縫本身采用環(huán)氧樹脂注漿封縫，對于二襯厚度不足部位可根據(jù)實(shí)際情況采用掛網(wǎng)噴射混凝土或者貼鋼板加固。

綜上，本次隧道裂縫的處治方案主要包括兩大部分：①外觀病害處治設(shè)計，范圍包括二次襯砌環(huán)向、縱向以及斜向裂縫本身的處治；②主體結(jié)構(gòu)病害處治，范圍包括二次襯砌厚度不足以及背后脫空的處治。

2.3.1外觀缺陷處治方案

根據(jù)檢測報告，佳碧隧道二次襯砌共發(fā)現(xiàn)55條裂縫，其中環(huán)向裂縫37條，斜向裂縫6條，縱向裂縫12條。根據(jù)現(xiàn)場情況，環(huán)向裂縫主要是以施工縫為主，主要采取沿縫鑿孔壓漿封堵處理的辦法來治理；對于斜向裂縫和縱向裂縫，施工單位要加強(qiáng)觀測，對于已經(jīng)穩(wěn)定的裂縫采取沿縫鑿孔壓漿封堵處理的辦法來治理，對于還有發(fā)展趨勢的裂縫待裂縫發(fā)展基本趨于穩(wěn)定之后，先在裂縫發(fā)展的兩端開孔釋放應(yīng)力阻止裂縫進(jìn)一步發(fā)展，再在裂縫周圍打4m長騎縫錨管對襯砌背后圍巖進(jìn)行注漿加固，最后沿縫鑿孔壓漿封堵處理的辦法來治理。

（1）沿縫鑿孔壓漿

①安裝注漿管：首先沿裂縫鑿長、寬、深均為8cm之“V”型孔，孔頂應(yīng)正對裂縫，鑿孔間距30～50cm；沖洗干凈后埋入φ10塑料管，其周圍空隙用封縫材料壓實(shí)固管。注漿管外露8～10cm，以便與注漿設(shè)備連接。

②封縫：對所有需要注漿的裂縫，均應(yīng)涂刷環(huán)氧樹脂封縫。

③壓水試驗：封縫、砂漿固結(jié)后，進(jìn)行壓水試驗，以檢查封縫、固管強(qiáng)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0.4MPa左右），測定水壓及進(jìn)水量，作為注漿的依據(jù)。

④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。

⑤封孔：注漿結(jié)束后，用鐵絲將注漿管外露部分反轉(zhuǎn)綁扎，待漿液終凝后，割除外露部分，以環(huán)氧砂漿將孔口抹平，待其固結(jié)后沿縫涂環(huán)氧樹脂一遍。

⑥建筑材料：封縫材料可視情況采用水泥砂漿、膨脹水泥膠泥或環(huán)氧砂漿等，本設(shè)計采用環(huán)氧砂漿。

⑦注漿壓力及注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力應(yīng)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。

（2）騎縫式錨管注漿

①φ32錨管每根長4m，沿裂縫兩側(cè)交錯布置，距裂縫50cm，沿裂縫間距1.0m。

②錨管端頭槽在錨管的抗拔力達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，需用膨脹水泥砂漿回填，并與原襯砌打磨平整。

③錨管端頭焊接（堆焊）于墊板上，焊縫高度不小于10mm。焊接及螺栓連接應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工驗收規(guī)范》的要求，以保證焊縫及螺栓連接質(zhì)量。

④φ32錨管注漿孔加工要求：孔徑φ8mm，孔距10～20cm，交錯設(shè)置，錨管尾部位于既有襯砌內(nèi)部分不加工注漿孔。

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(yīng)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。

2.3.2外觀缺陷處治方案

根據(jù)檢測報告，共發(fā)現(xiàn)存在4段拱墻部位二次襯砌厚度小于1/2設(shè)計值且連續(xù)長度超過1m段；有2段拱頂部位二次襯砌與初期支護(hù)間脫空，且脫空面積超過3m2。

（1）二次襯砌背后脫空

對二襯背后脫空段落采用灌漿回填處理：打孔埋設(shè)注漿管及排氣管，采用強(qiáng)度M30的水泥砂漿回填脫空區(qū)。對二次襯砌有脫空部位先注漿進(jìn)行處治，注漿采用φ50PVC注漿管，間距100× 150（縱×環(huán)），梅花形布置，注漿管伸入空洞長度不小于1/3，注漿采用M30水泥砂漿注漿壓力為0.2～0.3MPa，注漿按先下后上的順序進(jìn)行；對于現(xiàn)二襯厚度小于設(shè)計值段落還需要在上述灌漿回填方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在二次襯砌表面貼鋼帶對隧道二襯進(jìn)行加固處理。

（2）二次襯砌厚度不足

根據(jù)檢測報告，共發(fā)現(xiàn)存在4段拱墻部位二次襯砌厚度小于1/2設(shè)計值，對該4處缺陷采用內(nèi)加固方案處理。內(nèi)加固方案就是在現(xiàn)二次襯砌表面粘貼鋼帶，貼鋼帶的施工注意事項如下：

①對二次襯砌厚度小于20cm段襯砌表面粘貼鋼帶，鋼帶采用熱軋鋼帶，標(biāo)準(zhǔn)厚度8mm，寬度100cm，鋼帶環(huán)向分為3段，拱頂段角度為88°，環(huán)向分段部位除對接頭進(jìn)行焊接外，采用8cm寬鋼板幫焊搭接，鋼帶之間接縫進(jìn)行滿焊，然后打磨平整，焊縫高度不小于5mm，鋼板外表面（臨空側(cè)）應(yīng)進(jìn)行防銹處理；

②鋼帶與隧道二次襯砌模筑混凝土之間采用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行粘接，并用M24化學(xué)錨栓錨固，膠粘劑必須采用A級膠，通過壓力灌注工藝形成飽滿而高強(qiáng)的膠層，M24化學(xué)錨固螺桿型號M24×300，鉆孔直徑28mm，鉆孔深度30cm，單根錨固力≥100kN。

3　結(jié)束語

目前隧道二襯表面出現(xiàn)裂縫的病害的案例有著日益增多的趨勢，根據(jù)裂縫出現(xiàn)的時間，裂縫的走向，裂縫出現(xiàn)的部位以及裂縫的寬度不同等等來分析，裂縫產(chǎn)生的原因也是各不相同，隧道裂縫的治理應(yīng)根據(jù)具體現(xiàn)場情況的不同而采取不同的處治方案。

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB50367-2006）[S].中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]李文鑫.隧道二次襯砌裂縫處理方法的探討[J].北方交通，2012（04）.

[3]向?qū)W剛.隧道二次襯砌裂縫的成因與防治[J].隧道施工技術(shù)，2007（S1）.

U457

A

1673-0038（2015）43-0211-02

2015-10-8

付業(yè)凡（1985-），男，湖北荊州人，工程師，碩士，從事隧道設(shè)計工作。