隧道襯砌環(huán)向裂縫的成因分析及預(yù)防建議

劉剛

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，環(huán)向裂縫是隧道襯砌表面最常見(jiàn)的裂縫形式，應(yīng)予以重視。環(huán)向裂縫的成因，追根溯源，是襯砌混凝土縱向收縮受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，大于混凝土的抗拉強(qiáng)度;因此準(zhǔn)確地計(jì)算襯砌混凝土的收縮應(yīng)力，對(duì)于預(yù)防環(huán)向裂縫具有非常重要的意義。目前，計(jì)算襯砌的收縮應(yīng)力普遍沿用了王鐵夢(mèng)提出的簡(jiǎn)化算法;現(xiàn)在該法的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道環(huán)向裂縫的分布規(guī)律，嘗試了兩項(xiàng)改進(jìn)：補(bǔ)充了反映襯砌斷面曲率的參數(shù);將所有變量表述為時(shí)間的函數(shù)，既可提高取值精度，也能反映應(yīng)力變化?，F(xiàn)通過(guò)算例及分析，總結(jié)了環(huán)向裂縫的技術(shù)特點(diǎn)，提出了預(yù)防環(huán)向裂縫的建議，可供隧道設(shè)計(jì)與施工參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道;環(huán)向裂縫;收縮應(yīng)力;混凝土徐變

引言

隧道襯砌裂縫是在鐵路、公路隧道建設(shè)期或運(yùn)營(yíng)期出現(xiàn)的主要病害之一，也是較為棘手的問(wèn)題之一。隧道襯砌裂縫的產(chǎn)生原因一方面是由于隧道處于復(fù)雜的圍巖地質(zhì)體中，受到地應(yīng)力、圍巖體壓力、溫度和收縮壓力、地下水壓力等荷載作用，導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫和變形，即所稱的結(jié)構(gòu)性裂縫;另一方面是由隧道襯砌混凝土的原材料、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量等因素造成的，即所稱的非結(jié)構(gòu)性裂縫。對(duì)于不同的隧道襯砌裂縫，處治措施會(huì)明顯不同。本文結(jié)合實(shí)際工程的襯砌裂縫成因分析，針對(duì)性地提出裂縫處治措施，為類(lèi)似工程裂縫處治提供參考。

1概述

大量隧道病害案例表明，幾乎所有的病害形式都與隧道襯砌開(kāi)裂有關(guān)。襯砌裂縫可能引起滲漏、加速材料劣化或誘發(fā)其他病害，甚至危及交通安全或結(jié)構(gòu)安全;因此，研究襯砌裂縫產(chǎn)生的原因乃至提出相應(yīng)的抑制手段，于延緩在役隧道的“衰老”是十分必要的。普遍認(rèn)為，襯砌產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，襯砌裂縫一般可分為荷載裂縫和非荷載裂縫;荷載裂縫是襯砌混凝土受外力作用產(chǎn)生的裂縫，主要表現(xiàn)為縱向裂縫或斜向裂縫;非荷載裂縫是襯砌混凝土由自身變形而導(dǎo)致的裂縫，主要表現(xiàn)為環(huán)向裂縫。調(diào)查表明，環(huán)向裂縫或?yàn)閿?shù)量最多的裂縫形式;環(huán)向裂縫具有明顯的規(guī)律性，屬“共性”，更有研究的價(jià)值。環(huán)向裂縫的成因，追根溯源，是襯砌混凝土縱向收縮受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，大于混凝土的抗拉強(qiáng)度;因此準(zhǔn)確地計(jì)算襯砌混凝土的收縮應(yīng)力，對(duì)于預(yù)防環(huán)向裂縫具有非常重要的意義。目前，計(jì)算襯砌的收縮應(yīng)力普遍沿用了王鐵夢(mèng)提出的簡(jiǎn)化算法，該法基于某些假定，演繹過(guò)程簡(jiǎn)明，容易為行業(yè)所接受?，F(xiàn)在該法基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道環(huán)向裂縫的分布規(guī)律，嘗試了兩項(xiàng)改進(jìn);（1）補(bǔ)充了反映襯砌斷面曲率的參數(shù);（2）將所有變量表述為時(shí)間的函數(shù)，既可提高取值精度，也能反映應(yīng)力變化?，F(xiàn)通過(guò)算例及分析，總結(jié)環(huán)向裂縫的技術(shù)特點(diǎn)，提出預(yù)防環(huán)向裂縫的建議，可供隧道設(shè)計(jì)與施工參考;研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)向裂縫的形成及發(fā)展機(jī)理復(fù)雜，涉及諸多因素，現(xiàn)階段的理論研究還不能很好地解釋所有的實(shí)際問(wèn)題，需要在實(shí)踐過(guò)程中繼續(xù)完善。

2隧道襯砌環(huán)向裂縫的成因分析及預(yù)防建議

2.1施工前準(zhǔn)備工作

（1）仔細(xì)檢查隧道施工縫、沉降縫的防水設(shè)施是否完善，若有缺陷應(yīng)及時(shí)補(bǔ)做;仔細(xì)排查排水系統(tǒng)是否堵塞，若堵塞應(yīng)及時(shí)疏通。（2）對(duì)二襯開(kāi)裂區(qū)采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，探明二襯厚度、襯砌外側(cè)是否存在空洞、薄弱處和其他不良地質(zhì)情況;對(duì)于襯砌外存在空洞或圍巖破碎松動(dòng)處應(yīng)進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)。（3）做好施工組織及交通安全防范工作，并保持裂縫觀測(cè)的持續(xù)性。

2.2無(wú)水裂縫處治方法

隧道運(yùn)營(yíng)時(shí)，進(jìn)行襯砌裂縫可以應(yīng)用下面方法處治。第一，裂縫寬度<0.2mm、長(zhǎng)度不大并且是單一的，可以暫時(shí)不處理。第二，裂縫寬度>0.2mm，應(yīng)用刮膠、注膠等形式進(jìn)行合理封閉。第三，沒(méi)有處理貨只應(yīng)用注膠處理的裂縫，要觀察形式處治，比如騎縫貼玻璃片、應(yīng)用裂縫觀測(cè)計(jì)等。第四，裂縫呈現(xiàn)網(wǎng)狀、縱向張開(kāi)，寬度及長(zhǎng)度有繼續(xù)發(fā)展現(xiàn)象，通常是因襯砌結(jié)構(gòu)受力不均、較大、襯砌強(qiáng)度和厚度不足、地基沉降而形成，一定要馬上處治?？梢詰?yīng)用貼鋼帶、設(shè)套拱、實(shí)施掛網(wǎng)噴混凝土等方法處治。第五，長(zhǎng)形水平冷縫，是因拱部混凝土澆筑產(chǎn)生的，可以應(yīng)用貼鋼帶和局部拆換的方式處治，裂縫嚴(yán)重會(huì)應(yīng)用套拱方式處治。第六、襯砌破損輕、掉塊小、沒(méi)有足夠厚度等區(qū)段，可以應(yīng)用拆換處治。第七，對(duì)于拱頂?shù)娜绷?、厚度不足、邊墻及邊墻腳厚度不足問(wèn)題，應(yīng)用局部鑿除、拆換等處治方式。

2.3施工工藝

（1）隧道施工過(guò)程中由于安全步距的要求，開(kāi)挖面距二襯作業(yè)面距離未超過(guò)90m，最近距離達(dá)到50m，開(kāi)挖爆破過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)養(yǎng)生未到齡期的二襯影響較大。（2）由于二襯緊跟掌子面施工，對(duì)于新奧法隧道而言，山體地應(yīng)力重分配未完成，圍巖收斂未趨于穩(wěn)定，過(guò)早地進(jìn)行支護(hù)施工讓二襯承受極大壓應(yīng)力，因而易引發(fā)二襯開(kāi)裂。（3）隧道仰拱開(kāi)挖后清渣不徹底，出現(xiàn)地基承載力不均勻的情況，從而仰拱出現(xiàn)裂縫反射至路面板。（4）該隧道在完成所有二襯及仰拱施工后，進(jìn)入冬季，青海省屬于高寒高海拔地區(qū)，冬季寒冷，晝夜溫差大，混凝土脹縮幅度較大，容易引起溫度裂縫。

結(jié)語(yǔ)

隧道襯砌裂縫形成原因是受各種因素的影響，非常復(fù)雜，其處治方案也是多樣的，只有從各個(gè)方面系統(tǒng)地分析裂縫成因，才能較好地提出相應(yīng)的處治措施。本文從隧道地質(zhì)情況、自然條件、施工工藝、裂縫監(jiān)測(cè)、二襯混凝土檢測(cè)等方面進(jìn)行綜合判析，較為準(zhǔn)確地判斷二襯裂縫形成原因，提出采用裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂充填、環(huán)向鋼板箍貼二襯的處治方案，安全、快捷地處治了隧道大范圍裂縫病害。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 張士兵等.隧道襯砌裂縫成因調(diào)查檢測(cè)與初步分析[J].橋梁與隧道工程，2011，（22）：168-172.

[2]? 陳澤魁.公路隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治[J].廣東建材，2005，（8）：25-271.

[3]? 代高飛等.某公路隧道病害成因分析與治理研究[J].中國(guó)安全科學(xué)報(bào)，2005，15（12）：89-92.

[4]? 趙國(guó)旗.鐵路隧道襯砌開(kāi)裂病害整治方法初探[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1996，15（4）：385-389.

[5]? 廖宏等.隧道襯砌混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫分析及對(duì)策[J].隧道建設(shè)，2009，29（1）：8-14.

（作者單位：遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）