鐵路軟巖隧道二次襯砌縱向裂縫成因及防范措施

戚文翔

中鐵十一局集團第五工程有限公司

1 引言

在隧道襯砌施工及使用過程中，受多方面因素的影響容易產生裂縫，若未在第一時間采取有效地防范措施，則容易加劇裂縫病害的發展，從而出現滲水、腐蝕等問題，隧道襯砌結構的耐久性受到影響，難以充分發揮出隧道襯砌的應有優勢[1]。

2 工程概況

某雙線鐵路隧道長14580m，隧洞斷面為圓拱形，經檢查后發現二襯開裂段所處位置為軟巖大變形地質區，原設計圍巖級別為Ⅳ級，經技術分析后變更為V級，根據該等級展開復合式襯砌的建設工作，以形成初支結構，并設置VC復合式襯砌作為二襯使用。

初期支護結構中設置I25a型鋼鋼架，按每榀0.6m的間距依次布設，噴射厚度為32cm的C30混凝土結構層；襯砌采用的是C35鋼筋混凝土結構，仰拱、拱墻兩部分的厚度分別為65cm、55cm。待初支工作落實到位后，靠平導側正線邊墻60°范圍內采取徑向注漿處理措施，利用漿液加固。

3 二次襯砌裂縫的成因分析

具體來說，在鐵路隧道施工過程中，地質條件、混凝土性能、施工不合理等方面都會造成二次襯砌裂縫。

3.1 地質條件方面

壓扭性斷層、圍巖應力偏高、施工現場地下水等多方面因素均會對支護結構的受力條件帶來顯著的影響，所處位置的地層具有較明顯的軟化特性，其強度相對較低，伴有膨脹現象，較正常狀態而言，圍巖、二襯各自所受的壓力均有所增加。

3.2 混凝土性能方面

混凝土灌注施工后發生較明顯的水泥水化熱現象，混凝土的溫度隨之增高。支護結構與襯砌間有防水材料，由于水化熱而產生的熱量難以快速傳遞，導致該部分熱量被聚集在襯砌表面，此過程中混凝土表面溫度有較為明顯的下降，容易在短時間內降低至常溫狀態，混凝土有收縮的變化特點，可見襯砌表層形成拉應力，隨水泥水化熱的持續發生，當其超過最大承載能力時則會顯現出開裂問題。

3.3 施工技術方面

（1）混凝土質量。混凝土是重點施工材料，但原材料質量、配合比、拌和時間等均會對其性能帶來影響，從施工的角度來看還與振搗強度等因素有關。

（2）拆模時間偏早。混凝土實際強度尚未滿足要求時便拆模，此時容易影響混凝土的受力面，可見其有較為明顯的下沉現象，拱圈變形現象開始顯現，進一步衍生出拉裂問題。

（3）養護方法不合理。二次襯砌是隧道結構體系中的關鍵部分，除了做好混凝土澆筑作業以外，還需要采取養護措施，在溫濕度等基礎條件均良好的前提下有效提高混凝土的強度，進而發揮出混凝土的工程性能優勢。若養護方法缺乏合理性，例如未均勻噴涂養護液，則會導致局部混凝土的強度偏低，隨之顯現出裂紋[2]。圖1為隧道襯砌裂縫。

圖1 隧道襯砌裂縫

（4）二次襯砌施工時間不合理。根據正常施工進度，待一次襯砌與圍巖均處于穩定的狀態后方可進入二次襯砌施工環節，但在部分工程中，為趕工期而急于組織二次襯砌的施工，此時混凝土所承受的變形壓力有所增加，不利于混凝土結構的穩定性，易出現后期開裂現象。

4 二次襯砌縱向裂縫的防范措施

4.1 錨桿防范措施

（1）拱墻錨桿+C35鋼筋混凝土套襯。拱墻施工選用的是長度為5.0m的Φ32mm自進式錨桿，遵循梅花形布置的原則，環向、縱向間距均為1.5m；邊墻腳處依然采用相同直徑的自進式錨桿，但長度調整為3.5m，縱向間距按1.0m控制；待襯砌成型后，在現有結構的基礎上按照0.4m×0.4m的間距設置Φ12mm鋼筋釬釘，保證該構件可以深入襯砌內30cm；并根據現有襯砌的結構特點設置C35鋼筋混凝土套襯，厚度按25cm控制。

（2）C35鋼筋混凝土套襯+鎖腳錨桿。邊墻腳施工選用的是長度為3.5m的Φ32mm自進式錨桿，按縱向間距1.0m的標準依次設置；待襯砌成型后，在現有結構的基礎上按照0.4m×0.4m的間距設置Φ12mm鋼筋釬釘，深入襯砌內30cm；此外，根據現有襯砌的結構特點，設置C35鋼筋混凝土套襯，厚度按25cm控制。

（3）針對襯砌開裂問題則可以采用環氧漿液注漿和環氧砂漿封縫兩種方法，經多重作用后有效封堵裂縫。在時間推移之下水分侵蝕現象逐步明顯，加之鋼筋腐蝕等多重因素的共同作用，原本小范圍的裂縫開始變寬、變深，嚴重影響襯砌的正常使用。對此，需要在裂縫表面刷涂漿液，有效封堵裂縫，減小外部因素對內部結構的影響，阻止裂縫的擴大[3]。涂液方面可以選擇環氧樹脂漿液，或是根據實際需求轉為YZJ—1型結構膠，在合理施工后均可以取得較為良好的封堵效果。

4.2 裂縫注漿

在針對無套襯的裂縫采取處理措施時較為適宜的是沿縫鑿槽的方法，根據裂縫的實際特點，經過壓漿混凝土后加以封堵，再進一步嵌補環氧砂漿。若裂縫存在滲漏水現象，較為適宜的是在裂縫的中部打設排水孔，經由該孔將滲漏的水高效排出，減小水對襯砌結構的干擾。

（1）沿縫鑿槽。經過精準的測量后確定裂縫的長度和寬度，根據所掌握的情況，沿裂紋的縱向開鑿倒梯形的槽。較之于裂縫的實際寬度，所形成的槽口的寬度需超過4cm，槽的高度以8cm左右較為合適。

（2）封縫。在距裂縫30cm～50cm的位置布設注漿管，制備適量的環氧砂漿，將其用于封閉裂縫。具體而言，加熱環氧樹脂，待其完全達到熔化狀態后向其中摻入二丁酯二者，經持續攪拌后使兩者均勻混合，再向其中摻入水泥沙子，經攪拌后即可制得砂漿。遵循隨拌隨用的基本原則，自環氧砂漿配制完成后，宜在隨后的30min～40min內使用完畢，否則性能將明顯退化[4]。

（3）壓水試驗。經過環氧樹脂砂漿封堵作業后，若其達到凝固的狀態便組織壓水試驗，通過此途徑檢驗封堵情況。為便于分析，壓水應當選擇有色水，壓力控制在0.4MPa左右。

（4）注漿。從裂縫的兩端開始注漿，在壓力作用下使漿液逐步流向裂縫的中間。若裂縫處存在排水孔，則在施工前對其采取封閉措施，以免漏漿。注漿壓力的控制至關重要，通常以0.2～MPa0.4MPa較為合適。隨注漿作業的持續開展，待注漿量達到估算值后在原基礎上放慢注漿速度，穩壓3min～5min，此后方可完成注漿作業[5]。注漿過程中施工人員加強觀察，若存在注漿壓力大幅度下降的情況，隨即暫停注漿作業，分析成因并采取處理措施，經過調整后，若無誤則恢復注漿施工。圖2為隧道注漿施工。

圖2 隧道注漿施工

（5）嵌縫。經注漿后清理外露的漿液，再于裂縫范圍內均勻刷涂環氧樹脂，加強對裂縫病害的處理。

4.3 小裂紋的處理

對于寬度在0.2mm以上的小裂紋，在對其采取防范措施時可以選用高壓堵漏灌注機，向待處理的裂紋內注入適量的膠液，通過該材料的應用增強裂縫的穩定性。為確保施工質量，需提前對裂紋做詳細的檢查，判斷其走向，清理易影響施工的雜物，要求裂紋周邊保持干凈的狀態，在此基礎上用封口膠有效封閉裂縫[6]。施工期間，設置灌注孔時需要調整好孔的位置，相鄰兩灌注孔的距離以20cm～30cm較為合適。灌注孔成型后向其中放入合適規格的灌注針頭，利用扳手將其擰緊，若無誤則向其中灌注灌封膠，期間密切觀察孔的情況，若有膠液流出孔則表明內部已經達到注滿的狀態，可以轉至其他孔的灌注施工中。

4.4 粘貼鋼板加固

（1）混凝土表面處理：根據二襯裂縫的實際特點采取處理措施，再用金剛片對混凝土黏合表面做適當的打磨，目的在于使該處露出砂石新面層，以利于后續的施工。

（2）鋼板防銹及定型：清理鋼板的銹跡，適度打磨，按50cm的寬度切割；經基礎加工后啟用彎曲機械設備，由專員操作，根據隧道輪廓半徑對鋼板定型并設螺栓孔。

（3）錨固鋼板的安裝：在前期打好螺栓孔后設置M22×300化學螺栓，安裝后利用改性環氧類A級膠錨固，期間控制注膠層的厚度，使其具有合理性。留排氣孔在灌注粘貼面周邊，配套灌膠嘴，按照0.5m～1m的間距控制標準依次插入軟管，將該管材作為排氣管而使用。

（4）密封：密封作業重點考慮的是封邊膠的使用，以改性環氧樹脂植筋膠較為合適。在密封工作中要求鋼板周邊縫隙、注漿嘴間隙處均得到有效地密封處理。

5 結束語

綜上所述，在鐵路隧道工程中，裂縫是二次襯砌結構中較為典型的病害，采取科學的防范措施至關重要。本文則將二次襯砌裂縫的成因作為著力點，進一步分析其防范措施，以期給類似工程提供參考，進而推動二次襯砌裂縫防范水平的提高，為鐵路基礎設施建設事業的發展助力。