淺析公路隧道二次襯砌開裂原因及機理

張 超 朱世奇 吳天成 胡思齊 侯 俊 徐麗娜

（吉林建筑大學土木工程學院， 吉林 長春 130118）

1 概述

公路隧道二次襯砌（簡稱“二襯”）是隧道結構最外面混凝土結構層。國內外大量的實際工程表明，大多公路隧道都存在不同程度的病害，如：滲漏水、隧道凍害、襯砌裂損和襯砌侵蝕等，其中“二襯”開裂是最為常見的公路隧道運營病害0，二次襯砌開裂病害對隧道結構的穩定性有很大的影響0，不僅會影響隧道工程質量和運營安全，還會縮短公路隧道維護和使用周期0。

公路隧道二襯裂縫產生的原因很多，并且很復雜，不僅有由于材料本身性質不同而引起的各種裂縫，還有由于圍巖壓力不均產生的各種裂縫，也有由于施工工藝和技術等問題產生的裂縫。對于隧道二次襯砌裂縫的研究，國內外學者進行了一定的研究，也取得了一定的成果。陳詠明對公路隧道二次襯砌裂損病害機理進行了研究。許崇幫等以某高速公路隧道病害檢測為例，分析了隧道病害檢測工作的主要內容。王亞瓊等對在役公路隧道素混凝土襯砌裂縫穩定性分析。袁曉軍等分析了隧道二襯混凝土開裂病害成因及處治措施[1]。本文主要針對我國公路隧道二次襯砌存在開裂的現象，在總結公路隧道二次襯砌裂縫類型的基礎上，分析了不同裂縫產生的原因及機理，并對公路隧道二次襯砌開裂的控制與預防措施進行了討論。本文的研究可為我國公路隧道二次襯砌開裂的預防和控制提供一定的借鑒和參考。

2 公路隧道二次襯砌裂縫分類

可將二次襯砌裂縫分為以下幾類，見表1。

表1 不同類型的裂縫

3 不同裂縫產生機理分析

3.1 干縮裂縫

由于混凝土在硬化過程中，其內部水分會不斷蒸發損失，從而使混凝土產生收縮變形，變形的過程中會產生應力，當應力值超過混凝土的抗拉強度時，就會出現開裂的現象。

3.2 溫度裂縫

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。

3.3 荷載變形裂縫

由于仰拱和邊墻基礎的虛碴未清理干凈，混凝土澆筑后基底產生不均勻沉降或堵頭板沒有固定牢固以及過早脫模或者是脫模時混凝土受到較大的外力撞擊等都容易產生變形裂縫。

3.4 偏壓引起的隧道結構性裂縫

在隧道洞口處、淺埋區段或者高地應力區，由于隧道受到的壓力不均勻，會產生局部應力集中的現象，而導致隧道二次襯砌結構破壞的現象。

3.5 不均勻沉降引起的二襯開裂

由于地層巖性不均勻、地質構造等原因，導致隧道在運營過程中由于結構自重、車輛荷載及圍巖壓力作用下，出現不均勻沉降的現象，進而導致襯砌出現開裂。

3.6 地下水對二襯開裂的影響

在腹水區域修建隧道，由于地下水的侵蝕和滲流作用，或者排水系統阻塞，導致隧道周圍隧道周圍水壓急劇變化，混凝土村砌開裂。

3.7 爆破對二襯開裂的影響

爆破的振動沖擊是造成公路隧道二次襯砌在施工過程中開裂的一個原因。

3.8 施工過程中產生的裂縫

在二次襯砌澆筑的過程中，先后澆筑的混凝土之間形成的施工縫，以及由于施工質量原因、施工單位管理不到位、施工方法不當而造成的裂縫。

3.9 軟巖蠕變對二襯開裂的影響

軟巖在高地應力下具有大變形的特征，在軟巖地區修建隧道，由于蠕變或者在高地應力作用下產生大變形，當軟巖持續變形量過大，超過襯砌所承受的極限，就會造成襯砌的開裂。

4 裂縫預防及處理措施

4.1 預防措施

1）加強公路隧道設計階段地質勘察，提供較為準確的地質參數。

2）隧道洞身開挖光面爆破控制，光面爆破可以有效地減少超欠挖，可以避免二次襯砌厚度不足或嚴重不均勻而產生的應力集中現象。

3）實時掌握襯砌初期支護后圍巖變化情況，做好相應的監測和控制措施。

4）優選水泥混凝土配合比及材料，尋求高效快捷的養護技術、材料和最優的配合比。

5）水泥混凝土施工控制，采用先進的施工設備及施工工藝，嚴格控制施工過程。

6）加強用先進設備儀器對隧道開挖的質量、二次襯砌厚度的均勻性等進行及時監測和檢測的控制。

4.2 處理措施

1）對于一些微裂縫來說，通常對整體結構影響較小，可以采用環氧樹脂補縫處理。

2）對于一些貫通性裂縫來說，可以采用打錨桿或者注漿的方法進行填充和修補。

3）對于有滲漏水的裂縫，首先應對滲漏水進行導水及防水處理，然后進行裂縫的治理。

4）對于一些隧道凈空富余量小的隧道可以采用鋼帶加固的方式。

5）可以采用噴混凝土的方法達到增加原襯砌厚度的目的。

6）對于隧道拱部襯砌破損、空洞、厚度不足、掉塊等缺陷可以采用局部拆換的方法進行修補。

5 結語

隧道二次襯砌裂縫產生的原因很多，并且很復雜，其治理難度大，造價高，因此，要對其高度重視。本文通過對二次襯砌裂縫類型的總結，分析了不同類型裂縫產生的的原因，討論了公路隧道二次襯砌裂縫的預防和治理措施。本文的研究公路隧道二次襯砌裂縫的防治具有一定的借鑒作用。