隧道二襯裂縫的產生原因分析與防治

張孝錢

(保利長大工程有限公司，廣東 廣州 511431)

0 引 言

隧道在開挖過程中，周圍的巖體需要經過長時間的應力重分布，同時又因為斷層、空洞、溫度等多方面因素的影響使得隧道在修建完成之后二襯出現不同程度的裂縫。隧道的二襯產生裂縫，襯砌的整體性發生破壞，對圍巖的承載力會被大大削弱。此外由于二襯裂隙的原因，車輛的快速通過會在隧道之內引發空氣動力學效應，導致拱部襯砌出現掉塊現象。由于裂隙的原因在富水的區域還會加大滲水漏水的概率，銹蝕鋼筋，使得鋼筋和混凝土的耐久性受到嚴重的影響，整個隧道的承載力也會隨之被削減，為車輛的正常運營留下了安全隱患。加強對二襯裂縫產生原因及機理的分析，并有針對性的采取措施，是目前隧道運營和養護過程中的重點。

1 工程概況

獅子嶺隧道工程在隧道修建完成之后，右線YK38+458內側發現1條裂縫，呈環向分部，裂縫寬0.3～0.4 mm，長度為2.2 m，深度32 cm，裂縫距離二襯端頭4.15 m，始于二襯拱腳底部65 cm，此板二襯基本處于IVa與IVb交接處。

2 隧道二襯裂縫的分類及產生原因分析

2.1 隧道二襯裂縫的分類

根據裂縫走向與隧道縱軸方向的相互關系，可以將隧道裂縫分為縱向裂縫斜向裂縫以及環向裂縫，其主要分布的位置及危害的程度如表1所示。根據隧道二襯變形形態與開裂的形式又可將隧道裂縫劃分為二次襯砌受彎張口型裂縫、內緣受擠壓閉口形裂縫、二次襯砌受剪錯臺型裂縫和收縮性環向裂縫；根據裂縫產生的原因，又可將裂縫劃分為干縮裂縫、溫度裂縫、沉陷裂縫和其他裂縫。

表1 縱向、斜向、環向裂縫的危害程度及分布位置

2.2 隧道二襯裂縫產生的原因分析

(1)溫度應力因素

襯砌混凝土由于溫度的變化會產生溫度應力，在應力達到一定程度的情況下就會使混凝土產生裂紋。混凝土之所以會產生溫度的變化其主要的原因在于自身的水化產生的熱量以及周圍溫度的變化這兩方面的因素。水化產生的熱量主要是在混凝土澆筑的過程中產生的，主要是由混凝土的材料所決定的。而溫度的變化則是由當地的氣候條件所決定的。混凝土材料溫度升高會出現膨脹的現象，降低發生收縮。而骨料和水泥的熱脹冷縮系數存在差異性，所以在溫度發生變化時，骨料和水泥的體積會發生不同程度的變化，兩者體積的變化也產生了差異，進而導致了裂縫的產生。

(2)施工因素

在施工的過程中如果在混凝土結合面處理的不夠徹底、振搗也不充分、偷工減料、支護類型選擇不合理且標準較低、襯砌厚度較小等多方面的因素綜合作用下就可能會造成二襯出現裂縫。此外在隧道爆破的過程中會產生振動，影響圍巖的穩定性，而二襯的混凝土就需要承受較大的外部壓力，引發裂縫的形成。在施工中如果仰拱、二襯的環向施工未能夠在一個環，反而是錯開設置，從而會產生沉降而拉裂二襯混凝土，而且部分地段也未能夠按照設計的要求設置沉降縫，使得支護結構之間出現了不均勻沉降。另外在二襯施工時如果過早的拆?？赡艽嬖诙r混凝土的強度未能夠達到設計的要求，不能滿足設計要求的承載力。應用光面爆破容易出現超挖和欠挖的現象，超挖會使得回填不夠密實，可能會出現空洞，而欠挖使得進尺未能達到設計的要求則需要繼續開挖，就會再次對圍巖造成擾動。以上種種施工過程中的操作都會引起隧道二襯某部位出現應力集中的現象，進而引發裂縫的產生。

(3)隧道的不均勻沉降

對于同一隧道，如果所使用的襯砌類型不同，其承載作用也是具有差異的，在圍巖作用下的反應也會有所差異。所以在兩種不同類型的襯砌出極易出現沉降差而導致裂縫的出現。

2 隧道二次襯砌混凝土裂縫的預防措施

2.1 工程設計中的預防措施

(1)重視隧道的地質勘察，準確劃分各區域的各級圍巖，同時結合圍巖情況和具體的工程選擇合理的襯砌結構。如果圍巖的劃分不夠詳盡，需要在設計圖紙中進行表明，提醒施工單位重視。

(2)面對特殊地層或者不良地質區域，襯砌需要有針對性的進行加強，確保承載力可以滿足要求。例如對于軟弱和易風化的圍巖地段，加強支護結構，必要的情況下需要提高襯砌等級并加設錨桿等。

2.2 工程施工中的預防措施

(1)施工單位應當配備地質工程師及時對已開挖地段的地質情況進行分析，如果在施工過程中發現隧道該區域實際的地質情況與勘察設計中有較大的出入，應當及時的上報建設單位組織設計變更。

(2)加強對施工質量的控制，盡可能的避免拱部澆筑出現間歇的情況，避免在施工縫處出現裂縫、蜂窩麻面的現象。在二襯澆筑完成之后根據規定進行灑水養護。嚴格控制混凝土配合比，減少混凝土的拌和誤差。

(3)重視隧道施工的過程控制，避免在澆筑混凝土的過程中出現斷澆、間隔澆筑、蜂窩麻面等情況。除此之外，在混凝土澆筑之后需要嚴格按照相關規定進行灑水養護工作。

(4)盡可能的采取措施來減少由于爆破而造成的裂縫。在硬巖地區，需要將二襯與掌子面之間的距離控制的更大，而對于軟巖地段則需要適當減少每個循環的開挖進尺量。

3 K38+458二襯混凝土裂縫處理方案

通過測量發現K38+458處二襯混凝土裂縫的寬度為0.46 mm，因此綜合考慮各方面的因素，擬采用壓力注入環氧樹脂的方式對裂隙進行處理。在進行施工之前需要對施工的環境詳細考察，更加合理的對配合比進行調整，并且可以對注漿效果進行有效的控制。為了確保施工的質量以及施工過程的連續性，首先需要對基面進行清理，以防有雜質對混凝土的效果產生影響，之后再應用丙酮進行更深一步的清理。然后用電鉆沿著裂縫兩側打孔，孔的布設需要交叉進行，兩個孔之間的距離保持在200 cm左右，其中鉆頭的直徑約為12 cm，鉆孔的角度最好小于45°，深度小于26.7 cm。鉆孔需要穿過裂縫，但是不能夠打穿結構。然后再用刻槽機沿著裂縫刻一個寬度約為1 cm左右的槽口，待刻槽完成清理完畢之后，運用環氧樹脂砂漿封閉裂縫，一般情況在24 h之后才可進行壓漿，壓漿的壓力控制在0.3 MPa左右，直到裂縫表面處或者是相鄰的孔出現出漿現象，然后繼續保持20 s左右即可結束壓漿。

4 結 語

(1)隧道二襯出現裂縫的主要原因包括了溫度應力因素、施工因素以及不均勻沉降等。

(2)文章從工程設計和施工兩個方面提出了預防措施。

(3)結合該隧道的特點提出壓力注入環氧樹脂填充裂縫來對裂縫進行有效的處理。