文/胡文為 沿海鐵路浙江有限公司 浙江 溫州 325003

淺談隧道襯砌裂縫原因分析及防治措施

文/胡文為 沿海鐵路浙江有限公司 浙江 溫州 325003

通過(guò)對(duì)某隧道襯砌裂紋進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)深入調(diào)查，觀察裂縫與隧道軸線的走向關(guān)系，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)該隧道二襯裂縫以縱向裂縫、斜向裂縫和環(huán)向裂縫為主。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的環(huán)向裂縫占多，環(huán)向裂縫大部分存在施工縫、沉降縫、洞口及不良地質(zhì)地帶與完整巖石地層的交接處等。本文從工程地質(zhì)條件、地下水、二襯質(zhì)量、二襯模板臺(tái)車(chē)、溫度應(yīng)力、不均勻沉降等方面展開(kāi)分析并提出相應(yīng)的防治對(duì)策。

襯砌裂縫；原因分析；防治措施

1.概況

該隧道地處浙南山地，屬構(gòu)造剝蝕山區(qū)，區(qū)內(nèi)山勢(shì)連綿起伏，峰巒疊嶂，植被發(fā)育。隧道全長(zhǎng)12030m，為單洞雙線隧道。隧道進(jìn)口里程DK156+358，出口里程DK168+388。隧道中部下穿澤雅水庫(kù)上游山谷，最小埋深約為50m，最大埋深約為660m，屬于長(zhǎng)大深埋隧道，該隧道為工程全線最長(zhǎng)隧道，也是全線關(guān)鍵控制性工程。隧道Ⅱ級(jí)圍巖長(zhǎng)5582m；Ⅲ級(jí)圍巖長(zhǎng)4983m；Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)859m；V級(jí)圍巖長(zhǎng)606m。進(jìn)口洞門(mén)形式為單側(cè)擋墻式，出口洞門(mén)形式為倒斜切式。隧道采用無(wú)碴軌道。隧道采用“兩斜井、進(jìn)出口”的施工方案。 隧道設(shè)斜井兩座，長(zhǎng)度分別為1350m和1280m。斜井與隧道采用斜交單聯(lián)式，無(wú)軌運(yùn)輸雙車(chē)道斷面。

2.裂縫現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

隧道已經(jīng)完成的襯砌中存在15條裂紋。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：

⑴裂紋一般在邊墻與仰拱連接處較寬，靠近拱頂處較窄，且逐漸消失或很細(xì)微；

⑵裂紋一般均為仰拱施工縫開(kāi)始發(fā)展，裂紋方向均為仰拱施工縫向襯砌施工縫方向發(fā)展；

⑶裂紋角度全部大于45°，為斜向上發(fā)展；

⑷仰拱施工縫與襯砌同縫地段，施工縫段微小開(kāi)裂或施工縫距離變大，實(shí)際上隧道襯砌每循環(huán)間施工縫充當(dāng)了伸縮縫的功能；

⑸混凝土拆模后，前期均未發(fā)現(xiàn)裂紋，裂紋均在后期產(chǎn)生。

3.隧道裂縫原因分析

3.1工程地質(zhì)條件

隧道進(jìn)洞段圍巖以Ⅴ級(jí)為主，為弱風(fēng)化砂巖，地層破碎。隧道圍巖條件較差，容易引起不均勻變形以及地基不均勻沉降；圍巖條件差以及鐵道部紅線管理強(qiáng)制要求，二襯施作以后圍巖變形沒(méi)有完全穩(wěn)定，且低強(qiáng)度圍巖具有流變性質(zhì)，二襯仍承受一定的作用力。

3.2開(kāi)挖結(jié)束隧道洞頂應(yīng)變

隧道縱向埋深差異大，意味著洞內(nèi)圍巖在縱向存在偏壓，沖溝是縱向偏壓存在最常見(jiàn)之處。開(kāi)挖結(jié)束可引起隧道周邊圍巖發(fā)生較大的塑性應(yīng)變，較大的塑性應(yīng)變代表隧道開(kāi)挖后圍巖將發(fā)生較大不可恢復(fù)的變形，隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)不足容易引起結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至失穩(wěn)。因此，隧道地質(zhì)條件差、隧道縱向埋深差異大是引起裂縫的主要原因之一。

3.3鋼筋保護(hù)層厚度偏大

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，試驗(yàn)室人員對(duì)二襯保護(hù)層厚度進(jìn)行檢查，分別在拱頂、拱腰和邊墻三個(gè)部位測(cè)定鋼筋保護(hù)層厚度。檢測(cè)得出除個(gè)別位置滿足設(shè)計(jì)要求以外，大部分檢測(cè)位置鋼筋保護(hù)層厚度大于設(shè)計(jì)值。雖然從耐久性和錨固的角度來(lái)講，保護(hù)層厚度是越大越好，但是從受力角度看則恰好相反。因此在保證耐久性、錨固和符合設(shè)計(jì)規(guī)范的前提條件下，混泥土保護(hù)層的厚度應(yīng)盡量取小值。現(xiàn)場(chǎng)二襯大部分位置鋼筋保護(hù)層厚度過(guò)大，這不利于二襯抗彎，容易引發(fā)裂縫。

3.4二襯厚度及空洞情況

前期采用地質(zhì)雷達(dá)掃描拱頂、拱腰和邊墻二襯，發(fā)現(xiàn)部分位置二襯厚度不足，二襯厚度不足的位置與裂縫位置有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。二襯厚度差異與初支平順度直接相關(guān)，二襯混凝土的受力狀況及內(nèi)部收縮變形自由度受初期支護(hù)平順度的直接影響。初期支護(hù)的平順度能在一定程度上影響二襯混凝土的外部應(yīng)力分布，同時(shí)能直接影響到二襯混凝土厚度的均勻性，假如二襯混凝土的厚度均勻性較差，則厚度薄弱部位很容易在在外應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂縫。因此，裂縫的出現(xiàn)與隧道厚度分布不均勻和部分二襯厚度不足有關(guān)。

3.5二襯模板臺(tái)車(chē)（二襯混凝土施工質(zhì)量不佳，包括鋼筋保護(hù)層厚度偏大、二襯厚度和混凝土強(qiáng)度不均勻等影響結(jié)構(gòu)受力，進(jìn)而產(chǎn)生環(huán)向裂縫）

現(xiàn)隧道施工采用的二襯模板臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度為9-12m。二襯屬于較大體積的混凝土，承受自身收縮應(yīng)力較大。二襯厚度基本在45-60cm、承受溫差大，則產(chǎn)生裂縫的幾率就有可能。顯然12m一模的二襯混凝土很難抵抗自身收縮應(yīng)力而不產(chǎn)生拉裂縫。二襯臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度越大，對(duì)應(yīng)的二襯混凝土出現(xiàn)裂縫的概率越大。此外，在施工過(guò)程中，二襯臺(tái)車(chē)模板剛度不足，模板支撐間距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等都可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。

3.6溫度應(yīng)力

隧道仰拱施工縫與拱墻施工縫不貫通，溫度應(yīng)力增大，則在縱向變形得不到滿足時(shí)產(chǎn)生裂縫，假如設(shè)置貫通縫讓隧道的變形得到一定程度的滿足，則可大大減小溫度應(yīng)力，從而減少隧道的裂縫出現(xiàn)。

3.7荷載變形裂縫

隧道邊墻基礎(chǔ)和仰拱的虛碴未清理干凈，在混凝土澆筑后，基底會(huì)產(chǎn)生不均勻的沉降；臺(tái)車(chē)模板或者堵頭板沒(méi)有固定牢固，過(guò)早脫?；蛎撃r(shí)二襯混凝土受到較大的外力撞擊等都易產(chǎn)生變形裂縫。

3.8施工縫

在隧道施工的過(guò)程中由于停電、機(jī)械故障等原因?qū)е禄炷恋臐仓袛鄷r(shí)間超過(guò)了初凝時(shí)間，等再繼續(xù)澆筑時(shí)，原來(lái)的混凝土基礎(chǔ)表面未進(jìn)行鑿毛處理，或鑿毛后未用水沖洗干凈，也未鋪水泥砂漿墊層，就直接在原混凝土表面澆筑混凝土，就會(huì)導(dǎo)致新舊混凝土接茬之間出現(xiàn)裂縫。

4.裂紋病害整治

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察，發(fā)現(xiàn)裂紋變形穩(wěn)定以后，再對(duì)裂紋采用灌漿技術(shù)進(jìn)行處理，對(duì)該隧道二襯混凝土裂縫灌注環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行病害整治。

4.1施工順序

⑴仔細(xì)的測(cè)量裂縫寬度和長(zhǎng)度。將以裂縫為中心10 cm寬度范圍內(nèi)的隧道襯砌混凝土表面的灰塵和油污等清理干凈；

⑵根據(jù)裂紋寬度，確定好注漿孔的位置，在需要留注入口的位置用膠帶貼上做標(biāo)志；

⑶安設(shè)灌漿的底座：把預(yù)留注入口上的膠帶揭去，將底座用封縫膠粘于注漿口上；

⑷沿裂縫表面用專(zhuān)用快干型封縫膠均勻涂刮，封縫膠的涂刮寬度以能把裂縫封閉為宜；

⑸把裝有灌漿樹(shù)脂的注漿器旋緊于底座上，進(jìn)行注漿；

⑹注入完畢，可拆除注漿器。待樹(shù)脂固化后敲掉底座，用角磨器磨掉密封膠，最后將基層原狀恢復(fù)。

4.2注漿的效果檢驗(yàn)

注漿完成后可對(duì)注漿的效果進(jìn)行針對(duì)性的破檢，對(duì)裂縫處混凝土可采用取芯機(jī)進(jìn)行取芯以驗(yàn)證注漿的效果。

5.裂縫的防治措施

5.1針對(duì)隧道二襯混凝土收縮產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行整治

應(yīng)從可改善的干燥收縮入手，在澆筑混凝土?xí)r應(yīng)盡量選擇溫度底、濕度大的時(shí)間和地方進(jìn)行。對(duì)于隧道二襯來(lái)說(shuō)，因時(shí)間和地點(diǎn)無(wú)法選擇，就必須加強(qiáng)灑水養(yǎng)生。特別是在混凝土初凝之前，灑水養(yǎng)生可有效提高混凝土強(qiáng)度和減少干燥收縮。

隨著隧道進(jìn)口掘進(jìn)深度逐漸加大，洞內(nèi)溫度和濕度相對(duì)恒定，可有效減少二襯裂縫的自然產(chǎn)生，但也不可放松混凝土養(yǎng)生工作。

5.2加強(qiáng)仰拱施工縫抗拉強(qiáng)度

仰拱施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范、驗(yàn)標(biāo)和設(shè)計(jì)要求，做好界面鑿毛處理，并規(guī)范設(shè)置接茬鋼筋，以加強(qiáng)施工縫抗拉強(qiáng)度。

5.3加強(qiáng)仰拱質(zhì)量控制

仰拱混凝土澆筑前，認(rèn)真進(jìn)行清底工作，盡可能將虛渣和積泥清除干凈。

6.裂縫的防治建議

⑴在與拱墻二襯結(jié)合處的仰拱（小邊墻）施工縫中增加鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片可采用φ6鋼筋制作，網(wǎng)格20cm*10cm，網(wǎng)片大小建議采用100*40cm，也可根據(jù)使用效果現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。

網(wǎng)片安裝時(shí)可與接茬鋼筋進(jìn)行綁扎固定，在確保保護(hù)層厚度的前提下盡量接近縱向施工縫。

⑵調(diào)整仰拱施工縫與二襯施工縫距離，使仰拱施工縫錯(cuò)開(kāi)最大應(yīng)力值范圍。建議仰拱施工距離根據(jù)二襯臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，可為二襯臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度的1/2，二襯施工時(shí)臺(tái)車(chē)剛好跨兩輪仰拱，使二襯施工縫與仰拱施工縫位于同一斷面。

⑶二襯混凝土澆筑過(guò)程中至初凝之前，應(yīng)盡量調(diào)整作業(yè)工序，減少重車(chē)在該段的通行?；炷翝仓瓿珊?，不要過(guò)早拆模，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，強(qiáng)度至少達(dá)到8MPa后方可松開(kāi)臺(tái)車(chē)。

7.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該隧道混凝土的襯砌裂縫進(jìn)行了細(xì)致認(rèn)真的環(huán)氧樹(shù)脂漿液修補(bǔ)，并用取芯法對(duì)注漿的效果進(jìn)行了檢驗(yàn)，隧道襯砌裂縫的修補(bǔ)質(zhì)量和補(bǔ)強(qiáng)效果都符合要求，最終取得了比較理想的效果。

［1］ 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［2］ 富文權(quán)，韓素芳.混凝土工程裂縫預(yù)防與控制.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007，5.

［3］ 洪景堯.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫類(lèi)型、產(chǎn)生原因和防治技術(shù).上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2004.