隧道襯砌砼開裂的成因與處治探討

楊洋

摘 要：隧道襯砌砼開裂的成因復雜且影響重大，一旦處治不當，便會影響到隧道的安全、長久使用。本文結合筆者既往隧道建設施工實踐經驗，就隧道襯砌砼開裂的成因與處治展開全面探討，以供借鑒參考。

關鍵詞：隧道;襯砌砼開裂;成因;處治

1 隧道襯砌砼開裂的所致成因

1.1 地質勘察方面

隧道開挖施工前，地質勘察不到位，對施工環境、水文地質等情況掌握不夠細致，以致隧道初期支護及二次襯砌參數選擇不合理，由此導致隧道圍巖應力的影響超出二襯砼所能承受的最大應力而出現裂縫。

1.2 施工材料方面

首先，二襯砼用水泥、砂石等材料質量差，不滿足襯砌砼施工的要求，以致后期受各種因素的影響而出現開裂;其次，二襯砼所用原材料計量不精準、拌制不規范、配比不合理、供料不及時，這些因素的存在都會加大二襯砼開裂的幾率。另外，二襯砼澆筑后受時間推移的影響往往會出現碳化，降低砼的強度及密實性而導致出現裂縫。

1.3 現場施工方面

（1）施工測量不精準。隧道開挖施工中，對于圍巖變形及穩定情況的監測不夠及時到位，或是僅憑技術人員個人經驗或肉眼觀察，致使隧道初支變形未完全穩定便施作二襯，由此造成二襯結構隨時間推移超出最大承荷而出現裂縫。

（2）施工操作不規范。一方面，隧道爆破開挖控制不嚴，局部超挖或欠挖現象未及時處理，以致二襯砼澆筑時的厚度不均，導致砼收縮不一致而出現開裂;其次，在地質條件較差地段，因支護強度不足造成初支侵限，導致二襯砼厚度過小，甚至出現局部脫空而造成襯砌砼開裂。

（3）圍巖基面未清理。隧道開挖時易對圍巖造成較大擾動，而造成圍巖基面存在松動碎石及浮渣，若在襯砌砼前未將圍巖基層的軟弱巖層進行細致清理，就會造成與二襯砼間形成軟弱夾層，降低了圍巖對二次砼層的約束，從而大大削弱圍巖的彈性抗力，造成襯砌砼結構強度受到影響而易形成裂縫。

（4）襯砌施工不規范。采用整體式鋼模臺車進行襯砌砼作業時，如若下料不均勻、振搗不到位，就會造成襯砌砼不密實、不均勻，而影響砼的強度及受力，以致隨著時間的推移，在二襯砼的薄弱部位就會出現裂縫;其次，襯砌砼施工過程中，溫控措施控制不到位，從而導致澆筑后砼因內外溫度存在較大的梯度而形成溫度裂縫，或是澆筑后未及時做好養護，以致襯砌砼面失水過大而出現干縮裂縫。

2 隧道襯砌砼開裂的處治對策

2.1 襯砌砼開裂的預防

2.1.1 加強地質勘察

首先，做好前期地質勘察，細致了解隧道開挖地段圍巖類別及地質水文條件，以為后期隧道初支支護及二襯施工提供精準的依據;其次，結合地質勘察資料及圍巖類別，合理選擇二襯形式，保證二襯砼厚度，減少二襯結構超荷載運行而導致的開裂情況。

2.1.2 嚴控材料質量

（1）嚴控二襯砼原材質量。實踐表明，因砼材料質量問題而導致的二襯砼溫差開裂及干縮開裂是造成隧道二襯砼開裂的重要因素。通過適量摻入膨脹劑、合理控制砼配比，能夠顯著減少砼失水及溫差收縮現象，提升砼的抗裂能力。其次，加強二襯砼用水泥、砂石骨料等原材的質量檢測與控制，確保原材料質量滿足二襯砼的質量要求，進而提升二襯砼的強度及抗裂性。

（2）優化二襯砼配比設計。首先，結合隧道二襯砼施工實際及試驗結果，對砼配合比進行優化調整，并在配制前調校稱量系統，保證稱量精準、配比準確，進而為配合比優化提供準確依據。其次，為保證二襯砼施工的連續性，減少因砼間斷施工而產生的施工冷縫，須結合二次襯砌砼施工實際，確定砼日攪拌量、砼運輸罐車數量以及二襯施工用鋼模臺車量，以保證砼生產供應充足，二次襯砌施工連續不間斷。

2.1.3 抓好施工管控

（1）做好施工中的監控量測，尤其是對地質條件較差地段，須通過地質雷達、超前鉆探等超前地質預報等措施，查明開挖面的具體地質條件。對于開挖作業面與實際圍巖存在差異時，應與設計方進行溝通，并及時進行設計變更，采取正確的開挖及支護方法。同時，加強施工中圍巖的變形監測，根據圍巖監測結果判斷二襯施作時間，對仍處于變形階段的圍巖不得進行提前進行二襯砼施工。

（2）加強隧道爆破開挖控制，對爆破參數進行優化調整，確保爆破開挖面的效果，減少爆破開挖擾動對圍巖的影響，以規避外部應力對二襯砼的影響。其次，加強超挖、欠挖的控制，確保開挖面的平順度，進而有效確保二襯砼厚度均勻密實，同時，加強初期支護質量控制，保證初支強度，減少初支侵限對二襯造成的影響。

（3）強化圍巖基面雜質清理，對開挖過程中圍巖基面的松動碎石及浮渣予以清理，并用高壓水將襯砌砼作業面沖洗干凈，以保證襯砌砼的密實度、均勻度，以免圍巖軟弱夾層影響二襯砼的強度而造成開裂。

（4）嚴把襯砌施工質量控制，采用整體式模板臺車實施混凝土澆筑時，應加強砼下料、澆筑、振搗等各環節的質量控制，確保砼下料均勻、振搗密實，進而顯著提升砼自身的抗裂性及強度。另外，完成襯砌砼澆筑后應及時養護，減少養護不當導致的干縮裂縫，同時應在確保襯砌砼達到規定的強度要求后進行拆模，以免提前拆模導致襯砌砼過早承荷而出現開裂。

2.2 襯砌砼開裂的處治

2.2.1 表面修補

此類處理方法較為常見，且處理較為簡單，主要用于對隧道結構承載性無影響的淺表裂縫（縫寬<0.3㎜）的處理，通常采用在裂縫表面涂刷滲透性水泥漿或防水砂漿的方法，實現對表面微裂縫的處理。

2.2.2 灌漿封堵

此類處理方法主要用于對結構整體性或防滲性有影響的裂縫修補，通常采用壓漿設備在裂縫內壓入膠結材料，通過膠結材料凝結后與砼形成統一整體，而起到對裂縫封堵的效果。較為常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、聚氨酯等。

2.2.3 結構補強

（1）圍巖注漿。采用圍巖注漿進行圍巖固結，提升隧道圍巖的承載性，并對襯砌背后的孔洞進行充填，使襯砌更加密實受力均勻，進而防止襯砌結構出現破壞。同時，通過圍巖注漿能夠使漿液填充圍巖裂隙，進而起到補強與防滲的雙重效果。

（2）噴射砼。對于隧道襯砌砼開裂較為嚴重的情況下，可采用素噴或網噴砼的方式進行襯砌結構補強，素噴砼可適量摻入混合料質量1%～3%的鋼纖維，以提升砼的抗壓性、抗剪性，網噴砼是在素噴砼的基礎上增加一層網格間距約20 cm～25 cm，φ6或φ8的HPB300鋼筋網。

（3）錨桿加固。通過大于φ25的中空錨桿注漿，不僅可以改變圍巖的力學性能，提升圍巖的完整性與強度，減少圍巖對襯砌砼結構的擠壓，進而阻止裂縫的進一步擴展，而且通過注漿對裂縫進行封閉，避免了滲漏水對襯砌結構的侵害，起到防止滲漏水的效果。

（4）嵌鋼拱架加固。對于襯砌結構極嚴重結構未失穩且受內凈空限制時，可通過嵌鋼拱架加固對開裂段圍巖予以臨時支撐，然后采用中空錨桿注漿，嵌鋼拱架，并對襯砌結構與鋼拱架間空隙進行充填、封閉。對于凈空允許的情況下，鋼拱架可不全部嵌入襯砌結構，對于外露部分應做好砼層保護，并按要求設置縱向連接筋，以確保襯砌結構受力的整體性。

3 結語

襯砌砼開裂的危害巨大，不僅會影響隧道的抗滲性，而且還會影響隧道的結構受力。因此，務須全面理清致使襯砌砼開裂的諸多成因，切實采取相應預防、處治舉措予以妥當應對，從而最大限度規避與減少襯砌砼的開裂現象。

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