張孫文（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連）

淺談隧道襯砌后期裂縫成因及處理施工技術(shù)

張孫文（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連）

本文以新建某鐵路客運(yùn)專線隧道襯砌后期裂縫成因分析及處理為實(shí)例，詳細(xì)介紹了隧道襯砌后期裂縫產(chǎn)生的因素及處理的方法，可為類似的圍巖隧道設(shè)計(jì)及施工提供參考和借鑒。

高速鐵路隧道；隧道襯砌；縱向裂縫；處理技術(shù)

1 工程概況

新建某鐵路客運(yùn)專線隧道全長(zhǎng)2317m，為單洞雙線隧道，線間距為5m，線路坡度為3.49‰，隧道Ⅴ級(jí)圍巖343m，占隧道長(zhǎng)度的14.8%，Ⅳ級(jí)圍巖301m，占隧道長(zhǎng)度13%，Ⅲ級(jí)圍巖1673m，占隧道長(zhǎng)度72.2%，Ⅲ級(jí)圍巖為O1y鈣質(zhì)頁巖，弱風(fēng)化，σ0=600kPa；隧址區(qū)穿過姜村向斜及白沙復(fù)式向斜核部，軸面走向北東～南西，卷入地層為震旦系、寒武系及奧陶系地層，多往南西方向揚(yáng)起。隧道正交穿過向斜核部，巖層產(chǎn)狀變化較大，進(jìn)口段產(chǎn)狀為44°∠50°，中段產(chǎn)狀逐漸變緩，出口過渡為240°∠21°。

2 裂縫的現(xiàn)狀

該隧道連續(xù)6板襯砌（72m）發(fā)現(xiàn)裂縫，裂縫位于隧道二襯邊墻右側(cè)，分布于水溝電纜槽頂面以上約1.5～3.5m，縱向裂縫連續(xù)，裂縫寬度0.25～0.75mm不等，該兩段裂縫發(fā)生區(qū)域位于Ⅲ級(jí)圍巖，鈣質(zhì)頁巖，弱風(fēng)化，Ⅲc型復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)厚18cm，格柵鋼架間距1.2m，二襯為40cm素混凝土。裂縫區(qū)域地表山體坡面坡率約30°，裂縫區(qū)域埋深約80m。

3 裂縫原因調(diào)查及分析

3.1 裂縫原因調(diào)查

裂縫發(fā)現(xiàn)后，對(duì)裂縫段的地質(zhì)情況、施工過程控制記錄（含監(jiān)控量測(cè)記錄）、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及第三方的無損檢測(cè)情況進(jìn)行核查；組織對(duì)該段二襯及仰拱厚度、仰拱虛渣、二襯及仰拱混凝土強(qiáng)度進(jìn)行鉆芯取樣；同時(shí)，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)這該段裂縫區(qū)域的圍巖進(jìn)行水平鉆孔取樣，驗(yàn)證圍巖的強(qiáng)度、完整性和勘察時(shí)的地質(zhì)是否吻合。

3.2 調(diào)查的結(jié)果

（1）從過程質(zhì)量控制記錄及第三方無損檢測(cè)的報(bào)告分析，該段的施工過程中及檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)取芯驗(yàn)證仰拱、二襯情況，厚度及強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，排除了施工質(zhì)量引起裂縫的可能。

（3）根據(jù)二襯裂縫位置的鉆孔取芯情況發(fā)現(xiàn)裂縫區(qū)域的裂縫深度在6～30cm左右，向隧道凈空內(nèi)側(cè)呈張口“V”型。

（4）裂縫區(qū)域植被比較茂盛，地表未發(fā)現(xiàn)明顯開裂及山體滑移現(xiàn)象；裂縫段隧道埋深約80m左右，發(fā)生裂縫的一側(cè)位于高山側(cè)。

（5）按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)裂縫區(qū)域均勻各布設(shè)3個(gè)巖芯取樣孔，孔徑為100mm、孔深6m；同時(shí)對(duì)取樣的巖芯進(jìn)行干、濕飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果顯示這兩段裂縫區(qū)域的巖石性質(zhì)及巖芯干、濕飽和抗壓強(qiáng)度與鉆探時(shí)的數(shù)據(jù)基本吻合（天然強(qiáng)度為35～43MPa、飽和強(qiáng)度19～23MPa），為易軟化巖石；通過巖芯取樣顯示部分孔位巖石存在云母片巖夾層；該段圍巖走向垂直于線路，傾角38°。

（6）裂縫區(qū)分部位于姜村向斜及白沙復(fù)式向斜核部，隧道正交穿過向斜核部，巖層產(chǎn)狀變化較大，進(jìn)口段產(chǎn)狀為44°∠50°，出口過渡為240°∠21°。

（7）通過對(duì)該區(qū)域內(nèi)CPⅢ控制點(diǎn)、無砟軌道及裂縫進(jìn)行觀測(cè)表明，該段裂縫發(fā)生的同時(shí)，仰拱及無砟軌道均未發(fā)生沉降及位移，且裂縫經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間觀察，無進(jìn)一步發(fā)展的跡象，基本處于穩(wěn)定。

3.3 原因分析

（1）該隧道埋深較深，基本排除隧道偏壓方面的原因。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)取芯驗(yàn)證仰拱、二襯情況，厚度及強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，排除了施工質(zhì)量引起裂縫的可能。

（3）從水平地質(zhì)鉆孔取芯及試驗(yàn)結(jié)果分析，裂縫段隧道圍巖為鈣質(zhì)頁巖，巖石軟化系數(shù)達(dá)到50%，遇水后具有微膨脹性。且該段圍巖位于向斜核部，隧道開挖后，圍巖應(yīng)力向隧道內(nèi)緩慢釋放，施工期間未充分釋放完成，二襯完成后存在繼續(xù)釋放的可能。結(jié)合該段圍巖的走向、傾角及夾雜云母片巖夾層的情況綜合分析，該裂縫發(fā)生的原因是由于單側(cè)圍巖受軟巖微膨脹應(yīng)力及向斜地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力，順節(jié)理走向及云母夾層釋放后，單側(cè)擠壓襯砌邊墻所致。

4 結(jié)構(gòu)安全評(píng)估及處理方案

由于該區(qū)域內(nèi)CPⅢ控制點(diǎn)、無砟軌道均未發(fā)生沉降及位移。裂縫經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間觀察，無進(jìn)一步發(fā)展的跡象，表明應(yīng)力釋放基本完成，隧道結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定。設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計(jì)算，認(rèn)為結(jié)構(gòu)仍處于安全狀態(tài)?？紤]無砟軌道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定及隧道結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全問題，對(duì)裂縫段的仰拱進(jìn)行隧底注漿加固，對(duì)二襯裂縫采用砂漿錨桿加固后封閉處理。

5 裂縫處理程序

裂縫處理程序?yàn)椋貉龉八淼鬃{固結(jié)→邊墻裂縫段錨桿加固處理→裂縫封閉。

6 施工工藝

6.1 仰拱加固注漿

根據(jù)仰拱取芯情況顯示部分仰拱點(diǎn)還是存在少量虛渣情況，為了減少二襯因仰拱虛渣而產(chǎn)生不均勻情況，需對(duì)裂縫段仰拱進(jìn)行注漿加固處理。

（1）注漿采取φ50mm 注漿孔，注漿孔深至仰拱底面以下不小于40cm，橫斷面8孔，縱向間距1.5m，注漿擴(kuò)散半徑1.0m。注漿孔不得打斷橫向排水管，仰拱注漿打孔布置圖詳見圖1。

圖1

（2）注漿材料采用1：1水泥漿液或者硫鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥漿水灰比0.8：1，詳細(xì)參數(shù)見 《硫鋁酸鹽水泥》（GB20472-2006）。

（3）注漿順序：從仰拱中心向兩側(cè)、由下坡端向上坡端（即小里程向大里程）順推，采用“一次成孔、一次注漿”。

（4）注漿壓力：初始注漿壓力建議不大于0.05MPa，終孔注漿壓力0.2MPa。

（5）單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：相鄰注漿孔開始返漿或注漿壓力逐步升高且進(jìn)漿量無明顯變化。

6.2 裂縫區(qū)錨桿加固

由于二襯表面已存在裂縫，裂縫處將成為二襯結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，需對(duì)該薄弱點(diǎn)進(jìn)行加固處理，設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫處理采用錨桿加固處理，具體錨桿布置情況如下：

（1）邊墻裂縫兩側(cè)采用錨桿加固。錨桿沿裂縫縱向梅花形布置，環(huán)向間距1m，縱向間距1.5m，鉆孔直徑42mm，鉆孔孔深3.5m，錨桿采用直徑32mm精軋螺紋鋼，錨桿長(zhǎng)3.5m，外漏10cm。錨桿布置見圖2。

圖2 錨桿孔布置圖示

（2）錨桿孔鉆完后將孔內(nèi)清理干凈，注入M40水泥砂漿，插入錨桿，待砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，安裝墊板及螺母。

（3）注漿結(jié)束28d后，對(duì)錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，錨桿拉拔力不小于50kN，現(xiàn)場(chǎng)采用拉拔計(jì)對(duì)錨桿拉拔力進(jìn)行抽檢，每處抽檢率不小于5%，且不小于3根。

6.3 裂縫注漿封閉

錨桿施工完成后，再對(duì)裂縫進(jìn)行封閉處理，具體措施：

（1）把裂縫兩邊各3cm寬范圍內(nèi)襯砌表面刷洗干凈，清除松動(dòng)混凝土塊，沿裂縫間隔20～30cm貼一處膠帶；

（2）刮涂J-1快干型封縫膠兩道，封縫膠固化后揭除膠帶，安設(shè)灌漿嘴；

（3）灌注環(huán)氧樹脂，待樹脂固化后，拆除灌漿嘴并清理表面封縫膠；

（4）沿裂縫走向在兩側(cè)各20cm范圍內(nèi)的基層表面涂布水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料2次，用量不應(yīng)小于1.5kg/m2且涂抹厚度不應(yīng)小于2.0mm（如圖3）。

圖3 裂縫處理示意圖

6.4 一點(diǎn)體會(huì)

提高設(shè)計(jì)、施工階段對(duì)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力、巖石產(chǎn)狀與線路不利關(guān)系、云母夾層等特殊條件下的軟質(zhì)巖石認(rèn)識(shí)，在設(shè)計(jì)階段優(yōu)先考慮對(duì)復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)提高設(shè)計(jì)等級(jí)，從施工階段加強(qiáng)二襯施做前的監(jiān)控量測(cè)，充分釋放不良地質(zhì)應(yīng)力，避免襯砌施做完成后發(fā)生后期裂縫。

7 結(jié)束語

通過對(duì)該隧道襯砌縱向水平裂縫事件的調(diào)查、分析及總結(jié)，重新認(rèn)識(shí)了鈣質(zhì)頁巖物理性質(zhì)及在特殊條件下對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害。同時(shí)，借此隧道二襯縱向水平裂縫的處理方法，對(duì)今后類似工程缺陷處理提供一些參考和借鑒。

[1]新建某鐵路隧道設(shè)計(jì)圖[R].

[2]新建某鐵路隧道洞身邊墻縱向裂縫處理方案[R]

[3]《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB10121-2007）[S].

[4]《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10753-2010）[S].

[5]鐵建設(shè)[2010]241號(hào).高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

U457

A

2095-2066（2016）05-0172-02

2016-1-15

張孫文（1980-），男，漢族，江西九江人，工程師，注冊(cè)一級(jí)建造師（鐵路、工程、市政），本科，主研方向?yàn)楦咚勹F路施工技術(shù)及管理。