王立華

（中鐵十二局第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

高鐵隧道襯砌裂縫病害與整治技術(shù)

王立華

（中鐵十二局第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

就高鐵隧道襯砌裂縫的成因、擴展規(guī)律進行分析，并提出了防治措施和施工工藝。

襯砌裂縫；成因分析；整治措施；

1 隧道襯砌裂縫病害成因分析和擴展規(guī)律

當隧道兩側(cè)的外圍覆土厚度不同或者不均勻時，產(chǎn)生的（地形）偏壓導致隧道兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)承受不對稱的圍巖壓力。在此種情況下，隧道兩側(cè)的襯砌拱腰位置會出現(xiàn)數(shù)條間距在0.25m左右，深度在10cm左右的裂縫，而且在隧道覆土較深襯砌位置的裂縫數(shù)量、深度均高于隧道覆土較淺的襯砌位置。裂縫的分布情況是造成襯砌變形的直接原因，在上述條件下，一般會在覆土較深的襯砌拱腰部位發(fā)生結(jié)構(gòu)的最大變形，拱腰部位也是裂縫分布數(shù)量最多、深度最深、間距最密的位置。

當隧道穿過節(jié)理裂隙或者某一側(cè)靠近地質(zhì)斷層、破碎帶時，使隧道局部位置承受較大的主動圍巖荷載，產(chǎn)生的（地質(zhì)）偏壓導致隧道兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)承受不對稱的圍巖壓力。在此種情況下，隧道一側(cè)會產(chǎn)生比其它位置大的結(jié)構(gòu)變形并造成裂縫的產(chǎn)生。靠近節(jié)理、裂隙或者側(cè)斷層圍巖主動荷載大小、傾角不同會直接導致襯砌變形和裂縫分布的不同。在荷載逐漸增大的情況下，裂縫產(chǎn)生的情況是：首先是靠近節(jié)理、裂隙和側(cè)斷層襯砌部位產(chǎn)生裂縫；然后是當荷載大小超過一定值時，裂縫向隧道無節(jié)理、裂隙和側(cè)斷層的部位發(fā)展。而荷載傾角的作用正好相反，在荷載傾角小于45°時，隧道無節(jié)理、裂隙和側(cè)斷層的部位會產(chǎn)生裂縫，在荷載傾角大于45°時，靠近節(jié)理、裂隙或者側(cè)斷層的部位會產(chǎn)生裂縫。

當隧道襯砌背后有空洞存在時，該位置會產(chǎn)生凸向圍巖一側(cè)的自由變形，同時空洞部位的襯砌裂縫分布集中?？斩吹拇笮∈菦Q定裂縫數(shù)量和深度的直接因素，空洞的尺寸越大，襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的區(qū)域就越大，裂縫的數(shù)量和深度就越高，使該位置的混凝土劣化嚴重，可能產(chǎn)生混凝土掉塊的現(xiàn)象?？斩刺幱诓煌恢卯a(chǎn)生的影響不同，在空洞處于隧道拱頂時，除了襯砌結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生裂縫外，隧道的左右兩側(cè)墻角也會產(chǎn)生裂縫；在空洞處于隧道右側(cè)襯砌拱腰時，隧道右側(cè)襯砌拱腰、隧道左側(cè)墻角、過渡部位、隧道右側(cè)仰拱部位都會產(chǎn)生裂縫；在空洞處于右側(cè)邊墻時，裂縫只會產(chǎn)生于空洞位置。

當隧道襯砌拱頂部位厚度不夠時，導致拱頂襯砌結(jié)構(gòu)變形大于其它位置襯砌結(jié)構(gòu)變形。在拱頂厚度為原有設(shè)計厚度的90%時，該位置會產(chǎn)生數(shù)條間距為0.25m左右，深度為7.5cm左右的裂縫；在拱頂厚度為原有設(shè)計厚度的80%時，該位置會產(chǎn)生數(shù)條間距為0.25m左右，深度為15cm左右的裂縫；在拱頂厚度為原有設(shè)計厚度的70%時，裂縫的數(shù)量、深度明顯增加，間距明顯減小，該位置會產(chǎn)生數(shù)條間距為0.2m左右，深度最深可達28cm左右的裂縫，甚至可以產(chǎn)生貫穿該部位的襯砌截面。當隧道襯砌拱腰厚度高于原有設(shè)計厚度80%時，襯砌結(jié)構(gòu)并不會產(chǎn)生裂縫，但是當其低于原有設(shè)計厚度80%時，襯砌結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生于拱頂部位相似的裂縫情況。當邊墻部位的厚度低于原有設(shè)計厚度的90%時，會產(chǎn)生會拱頂部位相似的裂縫情況并且在隧道的過渡段也會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

高鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)的裂縫擴展過程可分為三個階段，前期迅速擴展階段，中期緩慢擴展階段，后期加速擴展階段。其中，隨著裂縫的擴展進程，已有裂縫部位的周圍也會產(chǎn)生新的裂縫，新裂縫會朝著混凝土中薄弱的位置進行擴展，并且和已產(chǎn)生的混凝土裂縫貫通、結(jié)合、擴展，造成混凝土的宏觀破壞。另外，當列車高速通過隧道時，引起的空氣壓力波動會增加裂縫尖端的應力強度因子，加劇裂縫的擴展速度，可能會造成襯砌混凝土結(jié)構(gòu)瞬間失穩(wěn)斷裂，最終導致裂縫貫穿襯砌截面，造成隧道的局部變形、失衡垮塌等安全事故。

2 隧道襯砌裂縫整治措施和施工工藝

2.1 細微裂縫

隧洞襯砌混凝土表面出現(xiàn)一些沒有擴展性的細微裂縫,這種裂縫是穩(wěn)定的,一般可自愈,不會影響結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。從美觀考慮,可先清洗干凈裂縫表面,然后涂刷調(diào)好配合比的砂漿或混凝土原漿,最后用刮抹料、調(diào)色料處理混凝土表面,使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致。

2.2 貫通性裂縫及其處理施工工藝及方法

貫通性裂縫的危害較大,可能影響隧洞的二襯質(zhì)量，對以后隧洞二襯混凝土中的該種情況采用注漿的辦法處理。

注漿所用材料及配合比

⑴環(huán)氧樹脂砂漿配比,環(huán)氧樹脂∶水泥∶細砂∶乙二胺∶二丁酯=1∶1.6∶3.2∶0.1∶0.12,其中乙二胺是固化劑,二丁酯是稀釋劑。經(jīng)試驗合格后確定及采用。

⑵注漿的配制：在鋼制容器中稱取定量的環(huán)氧樹脂，加熱至38～42℃之間，然后加入增韌劑稀釋劑攪拌均勻后，再加入固化劑充分攪拌即成；若是膠泥則與固化劑一道加入水泥并攪拌。配制好的漿液或膠泥要在40分鐘內(nèi)用完。

施工工藝

⑴壓力注漿系統(tǒng)布置。在槽內(nèi)騎縫每隔0.5m鉆一孔，視裂縫的部位、寬度、深度及走向可適當調(diào)整,孔深為襯砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,根據(jù)現(xiàn)場裂縫情況確定孔深，并不得穿透襯砌以防跑漿。

⑵裂縫處理：首先在裂縫表面用手持電動鋼片切割器鋸鑿V型槽，槽寬3～10cm、深3～6cm，然后用鋼絲刷及壓縮空氣將砼碎屑粉塵清除干凈，再利用高壓水對裂縫內(nèi)部污物進行沖洗，最后進行充分的自然干燥。

⑶預埋注漿嘴：完成裂縫擴槽及清洗等工作后，開始埋設(shè)注漿嘴，注漿嘴的間距根據(jù)裂縫大小、走向及結(jié)構(gòu)形式而定?？v橫交叉處均有設(shè)置，每條縫上設(shè)有注漿、排氣、出漿的注漿嘴。注漿嘴采用鉗入式預埋注漿嘴，埋入后沿裂縫全長均用環(huán)氧膠泥固定。

⑷封閉裂縫：注漿嘴固定后將裂縫表面用環(huán)氧膠泥進行封閉。寬度以填充滿溝槽為宜，并在表面酌情加寬2cm。

⑸壓氣試漏檢測：待環(huán)氧膠泥具一定強度（約3h）后，進行壓氣試漏和暢通情況檢查。氣壓保持在0.2～0.4Mpa間，試漏時在封口及注漿嘴四周涂上肥皂水檢查。若出現(xiàn)泡沫，表示漏氣，需采用促凝灰漿修補密封。

⑹注漿：壓氣試漏檢測合格后，即開始進行注漿工作。注漿前將所有注漿嘴上的閥門打開，用壓縮空氣將孔道及裂縫吹干凈，達到無水、無塵狀態(tài)。注漿采用單孔注漿，在一條裂縫上采取由淺到深、由下到上、由一端到另一端的順序進行。注漿時將配制好的漿液倒入自制的注漿鋼罐內(nèi)，旋緊罐蓋，將出漿管末端的活接頭接在埋好的注漿嘴上。然后開動小型空壓機使壓力保持在0.2～0.5Mpa，再打開注漿閥門，漿液即被注入裂縫中。經(jīng)過3～5min，待漿液從鄰近的注漿嘴冒出后，即關(guān)閉閥門，如此順序進行直到注完為止。為達到連續(xù)注漿作業(yè)，施工時應另備適量不加固化劑的漿液，隨注漿隨即加入固化劑（乙二胺），并拌勻隨時使用。初注開始啟動以后注漿常壓為0.15～0.2Mpa。

⑺注漿結(jié)束：注漿＜結(jié)束一般以吸漿率0.1L/min為標準，結(jié)束再前繼續(xù)穩(wěn)注幾分鐘即可停止。當結(jié)束注漿關(guān)閉閥門后，立即拆除管路，及時用壓氣將注漿嘴和注漿管路中的殘留漿液吹凈，并用丙酮劑水沖洗管路及擦洗工具。

⑻待環(huán)氧樹脂砂漿有一定的強度后,以0.15MPa～0.2MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環(huán)氧樹脂漿液。壓漿結(jié)束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。裂縫表面用刮抹料和調(diào)色料處理。

⑼養(yǎng)護：采取自然養(yǎng)護，在該隧洞環(huán)境下24h可硬化，注漿嘴在漿液硬化12h后拆下，繼續(xù)下一循環(huán)施工時復用。

⑽裂縫注漿處理完畢后，利用抹面砂漿或混凝土原漿對表面進行封閉調(diào)色。

3 結(jié)語

因為設(shè)計、施工、地質(zhì)等方面綜合因素，高鐵隧道的襯砌裂縫病害現(xiàn)象時有發(fā)生，首先要防患于未然，在施工過程中必須嚴格按照設(shè)計強度、設(shè)計圖紙施工，確保工程的施工質(zhì)量達到預期要求。發(fā)現(xiàn)襯砌裂縫病害時必須及時處理。襯砌裂縫病害的整治是一種綜合性的技術(shù)，其在科學技術(shù)日新月異的更新下會取得長足的發(fā)展。

TU714

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1007-6344（2015）06-0340-01