公路隧道二襯裂縫成因的快速判別

張明業 王媛媛

摘 要：從外力、設計、施工、材料等因素對公路隧道二次襯砌裂縫成因進行分析，不同成因的裂縫具有不同的表現形式，可根據裂縫形態、裂縫延續性、裂縫所處位置等特征判斷裂縫成因，并分別繪制縱向裂縫、斜裂縫、環向裂縫及其他不規則裂縫成因的快速判別圖示。

關鍵詞：公路隧道；裂縫成因；快速判別

中圖分類號：U451.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0076-02

0 引言

我國公路隧道建設迅速，很多隧道二次襯砌存在裂縫。襯砌的開裂不僅降低隧道運營耐久性，嚴重者會造成隧道結構破壞。而且裂縫是水進入隧道的通道，造成二襯中鋼筋的腐蝕以及威脅行車安全，詳見圖1、圖2。公路隧道二襯出現的裂縫會因為成因的不同而出現不同的表現形式，準確判斷裂縫成因是對其進行評價及選擇合適的治理方法的基礎。

1 公路隧道二襯裂縫成因分析

1.1 襯砌外力作用

（1）塑性地壓。隧道開挖會引起圍巖應力場發生變化，當隧道上部土體自重大于襯砌結構強度或襯砌強度不足的情況下，塑性壓力將成為隧道襯砌上的重要荷載。塑性地壓的主要影響因素是圍巖壓力及圍巖強度，多發生于綠凝灰巖地區泥巖、凝灰巖中。（2）松散土壓。由于風化及水的作用，圍巖強度降低，圍巖壓力會逐年增加，易在拱頂產生空洞、裂縫，嚴重者會造成襯砌破壞，詳見圖3。（3）偏壓。因為地形的不對稱或者是地質巖層帶來的影響，導致隧道結構兩面荷載形成不對稱，偏壓使隧道襯砌拱肩產生縱向及斜向開裂，拱和墻的接縫易產生錯臺，詳見圖4、圖5。（4）承載力不足。此種情況常發生于洞口部位及風化變質的斜坡地形。隧道邊墻縱向地基承載力不均勻時，邊墻會產生垂直開裂，橫向地基承載力不均勻時，襯砌頂部會產生縱向開裂。（5）地基下沉。石灰巖發育的地層有可能形成地下空洞，礦產的地下采空區或者人類活動引起的近接施工都有可能引起隧道的沉降。（6）膨脹性土壓。膨脹性土壓是風化圍巖與含有粘土礦物圍巖的體積膨脹所導致的，如果有接縫那么就會導致錯臺，如果拱頂空洞，那么襯砌就會上臺，進而導致拱頂局部坍塌，詳見圖6。（7）水。包括水壓力與因水引起的凍脹力。當凍脹壓力大于襯砌受力極限狀態，邊墻易產生水平或環狀開裂。嚴重者造成拱頂局部壓潰。（8）溫度應力。常見環向裂縫沿隧道軸線方向。（9）其他荷載作用條件下襯砌發生疲勞破壞而產生的裂縫。

1.2 襯砌材質的劣化

（1）經年劣化。指襯砌混凝土隨時間推移的劣化，主要是混凝土碳化。混凝土碳化會使混凝土強度降低，再加上其他因素的作用而產生裂縫；（2）凍害。在寒冷及地下水豐富地區，凍害是襯砌劣化的主要原因；（3）水。地下水豐富地區，水中含有對混凝土有害的成份，特別是其呈酸性及含鹽時，是襯砌劣化的主要原因。

1.3 施工因素

（1）施工過程中未處理好施工縫、變形縫，易出現平行于隧道襯砌環的裂縫；（2）施工技術條件限制，施工質量管理不善等因素，修成的隧道襯砌就會在施工縫出出現裂縫，還有可能會在襯砌的混凝土表面出現蜂窩麻面等問題，導致承載力能力降低；（3）施工測量放線如果出現了問題，或者是欠挖、模板拱架支撐出現了變形以及塌方等，都可能會影響到襯砌，導致襯砌的承載能力降低；（4）因為施工方法或者是施工組織上出現問題，導致不能及時成環，會使得支撐穩固條件以及強度都達不到要求，進而會導致不均勻沉降以及拱腳的移動，此時就會在拱頂與拱腰上出現裂縫；（5）回填不密實，拱腰會承受較大荷載，而拱頂在一定范圍沒有壓力，從而形成對拱部襯砌不利的“馬鞍型”受力狀態，導致拱腰內移張裂、相應拱頂上移、內緣受擠壓等常見病害。

1.4 結構設計因素

（1）隧道設計時，因圍巖級別與實際圍巖有差距、襯砌類型選擇不當，襯砌結構與圍巖實際荷載不相適應而引起裂縫；（2）隧道穿過偏壓地段，沒有采用抗偏壓襯砌；（3）隧道穿過斷層破碎帶、褶皺區等局部圍巖松散壓力或結構力較大的地段，襯砌結構沒有相應地采取加強措施；（4）基底軟弱和易風化圍巖地段，未設可靠防水設施，混凝土鋪底厚度及強度不足，使得隧道發生不均勻沉降。

2 裂縫成因的快速判別

準確判斷襯砌裂縫成因是對其評價及選擇合理的治理方法的基礎。可根據裂縫的延伸方向可分為（縱向裂縫、斜裂縫、其他不規則裂縫）、裂縫所處位置（拱頂、拱腰、邊墻、路面）、裂縫的形態（彎張裂縫、壓剪裂縫、扭彎裂縫、剪切裂縫）等裂縫特征可大致判斷裂縫成因，詳見圖7、圖8。

3 結語

（1）公路隧道二襯裂縫按照延伸方向可分為縱向裂縫、環向裂縫、斜裂縫、及其他不規則裂縫。按照受力形態不同，可分為受彎張口型裂縫、受剪錯臺型裂縫、扭彎裂縫、壓碎型裂縫、收縮受拉環向裂縫等。（2）二襯裂縫成因有外力作用、施工因素、襯砌材質劣化、結構設計因素。其中外力作用可分為塑性地壓、松散地壓、偏壓、地基承載力不足、膨脹性土壓、水壓等。詳細總結了不同外力作用形式的產生條件，及對隧道襯砌的影響。（3）不同裂縫成因下的襯砌裂縫將呈現不同的表現形式，可根據裂縫形態、裂縫延續性、裂縫所處位置等特征判斷裂縫成因，分別總結了縱向裂縫、斜裂縫、環向裂縫及其他不規則裂縫成因的分類及判別。

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