山西交通職業(yè)技術(shù)學院 山西 太原 030032

隨著服役時間的累積，大量已建成服役隧道已經(jīng)進入養(yǎng)護運營期，通過研判大量隧道工程案例發(fā)現(xiàn)，隧道襯砌是已建成隧道中最容易出現(xiàn)病害的結(jié)構(gòu)之一，由于襯砌直接暴露于隧道凈空內(nèi)，一旦出現(xiàn)開裂、剝離掉塊、滲漏等病害，必將不同程度影響隧道內(nèi)的車輛正常通行；引發(fā)隧道襯砌開裂、剝離等病害的誘因眾多，且并非單一因素作用結(jié)果，地質(zhì)條件、偶然荷載擾動、施工技術(shù)水平及材料質(zhì)量等均會誘發(fā)襯砌病害。本文特以已建成隧道襯砌結(jié)構(gòu)為研究對象，擬重點針對襯砌開裂病害，分析建成隧道襯砌開裂病害的類型及成因，從而進一步深化對運營隧道襯砌開裂病害的認識。

1 建成隧道圍巖襯砌開裂病害形式分析

通過現(xiàn)場調(diào)查分析省內(nèi)大量隧道襯砌開裂病害案例，發(fā)現(xiàn)隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂損形式存在明顯的幾何分布特點，大體可細分為：襯砌縱向開裂、襯砌斜向開裂及襯砌環(huán)向開裂三類；其中，縱向開裂病害尤為普遍，明顯超過了斜向開裂和環(huán)向開裂總和，且縱向開裂普遍存在于隧道襯砌的各個位置，而環(huán)向開裂和斜向開裂則集中分布在襯砌邊墻區(qū)域。

1.1 隧道襯砌縱向開裂

隧道襯砌縱向開裂是隧道襯砌裂損病害中最常見的一種，其好發(fā)于隧道襯砌的各個位置，尤其以拱頂位置最為多見，拱頂襯砌在復雜應力擾動作用下，一旦出現(xiàn)縱向開裂后，常常伴隨襯砌剝落病害。襯砌縱向開裂多見于縱向貫穿開裂，且多條縱向裂縫首尾相連，縱向裂縫走勢與隧道縱軸線基本呈平行分布；除了拱頂位置外，拱腰及邊墻縱向裂縫分布與隧道洞口形式有較大關聯(lián)，單隧洞隧道縱向裂縫更多集中在邊墻上，雙隧洞隧道縱向裂縫則偏好于位置更高的拱腰位置。此外，基于隧道內(nèi)不同位置襯砌的應力狀態(tài)差異，誘導縱向開裂的機理稍有差異，拱頂受壓應力主導，襯砌向內(nèi)擠壓變形，導致開裂剝離，破壞程度較大；拱腰受拉應力主導，襯砌混凝土被拉裂，破壞程度一般；邊墻襯砌受拉應力主導，易出現(xiàn)張拉錯動［1］。

1.2 隧道襯砌斜向開裂

隧道襯砌斜向開裂與受壓混凝土梁剪切裂縫分布形式相類似，斜向襯砌裂縫與隧道縱軸線大致呈45°夾角，斜向開裂多發(fā)于隧道邊墻及拱頂與拱腰交界區(qū)域；隧道襯砌斜向開裂是縱向應力和隧洞截面環(huán)向應力耦合作用的結(jié)果，屬于典型的張拉開裂破壞；通常情況下，斜向開裂的破壞程度介于縱向開裂和環(huán)向開裂之間，在工程實踐中，斜向開裂往往集中出現(xiàn)，多條斜向裂縫交錯后，容易“剪壞”隧道襯砌結(jié)構(gòu)，嚴重影響襯砌的完整性。

1.3 隧道襯砌環(huán)向開裂

環(huán)向開裂與隧道縱軸線基本正交，環(huán)向開裂主要受累于隧道圍巖的不均勻沉陷問題，圍巖在縱向非均勻荷載的作用下，沿縱軸線出現(xiàn)不均勻沉陷，造成圍巖內(nèi)部應力增長，并誘導襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)環(huán)向開裂；環(huán)向開裂多見于地質(zhì)條件不良及隧道圍巖等級突變區(qū)域，環(huán)向開裂基本伴隨著隧道服役的全過程，屬于自然現(xiàn)象范疇，其對隧道工程穩(wěn)定性的影響較低，危害程度也是三種裂縫中最小的一種。

2 建成隧道圍巖襯砌開裂病害主要成因分析

構(gòu)成隧道襯砌開裂的因素眾多，且大部分襯砌開裂病害并非單一因素作用的結(jié)果，加之隧道工程結(jié)構(gòu)的復雜性和不確定性，在后期襯砌評價及處治過程中必須綜合考慮各種潛在影響因素［2］。以下就隧道圍巖襯砌開裂病害成因進行以下分類研究。

2.1 隧道襯砌外荷載擾動

隧道圍巖因外力擾動出現(xiàn)局部松弛，導致部分圍巖脫離主體，無法與圍巖共同承載，脫離的圍巖壓在隧道襯砌背面，導致隧道襯砌背面處于持續(xù)承壓狀態(tài)，最終沿隧道拱頂襯砌出現(xiàn)縱向開裂，并伴隨拱腰附近出現(xiàn)網(wǎng)狀開裂，嚴重情況下，若圍巖大面積松弛，掉落的圍巖沖擊拱頂襯砌，極易引發(fā)襯砌崩塌病害；此外，襯砌偏心荷載也是導致襯砌開裂的一大誘因，受地質(zhì)構(gòu)造、地下水水位變動、人為擾動等因素影響，導致襯砌結(jié)構(gòu)處于偏心荷載作用狀態(tài)，長期的偏心作用將引發(fā)襯砌軸向受壓破壞，并誘導張拉裂縫；隧道圍巖不均勻沉陷也會引起襯砌內(nèi)應力過大，進而引發(fā)襯砌開裂，圍巖沿行車方向不均勻沉陷，在拱腳位置將出現(xiàn)豎向開裂，并最終發(fā)展成為環(huán)向裂縫，沿隧洞橫截面方向出現(xiàn)不均勻沉陷，將誘發(fā)拱頂及隧道內(nèi)路面縱向開裂。

2.2 隧道襯砌自然劣化

襯砌屬于混凝土結(jié)構(gòu)，隨著服役年限的延長，襯砌混凝土容易出現(xiàn)碳化、開裂及滲漏病害，從而影響襯砌混凝土的力學性和耐久性；此外，滲水病害也是誘發(fā)襯砌開裂的一大因素，由于襯砌結(jié)構(gòu)中存在鋼筋網(wǎng)、錨桿等金屬結(jié)構(gòu)，在長期滲水環(huán)境下，金屬結(jié)構(gòu)將發(fā)生電化學反應，生成氧化產(chǎn)物，最終表現(xiàn)為隧道襯砌的銹脹開裂；凍融循環(huán)作用下的凍脹裂縫多發(fā)于嚴寒地區(qū)隧道中，襯砌滲水在冬季嚴寒條件下凍脹后體積增加，融化后在對應位置易出現(xiàn)網(wǎng)狀開裂、蜂窩麻面等病害［3］。

2.3 人為因素

隧道在設計階段由于地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)不準確，導致圍巖分級判定存在誤差，在進行隧道襯砌設計時，存在強度設防不足的問題，在極端情況下將造成圍巖荷載超限問題；或未在必要地段進行專門的仰拱、防排水及襯砌強化設計，最終造成圍巖襯砌開裂病害。此外，施工階段的不當操作也會造成隧道襯砌開裂，比如，未對施工縫、變形縫進行合理處治，引發(fā)環(huán)向開裂；因超挖或者欠挖引起襯砌空洞，造成襯砌與圍巖貼合度不良，引發(fā)局部應力集中，并在拱腰位置出現(xiàn)襯砌開裂。

3 結(jié)語

運營期隧道襯砌開裂病害廣泛存在于在役公路隧道中，已經(jīng)嚴重影響了隧道的健康運營，必須引起足夠的重視；對襯砌各種裂縫病害及成因進行準確定位和分類是隧道襯砌裂縫養(yǎng)護的基礎和前提，也將直接關系到公路隧道襯砌的養(yǎng)護質(zhì)量。