论隧道衬砌裂缝的原因及处理措施

张平春

摘要：本文结合工程实例，针对省道301线K159+170处寿庆隧道隧道部分衬砌开裂的产生原因进行了分析。并对其病害提出了一些有效的相应处理措施。供同行参考。

关建词：衬砌裂缝；原因分析；处理措施

1、工程概况

寿庆隧道位于省道301线公路改建工程内，里程桩号为K159+170，隧道单洞双向行车，长750米，采用新奥法施工。该隧道于2007年7月正式开工，于2008年7月竣工。

2、病害现状及原因分析

根据福建金通建设工程检测有限公司的隧道检测报告可以看出：裂缝类型主要包括侧墙横向裂缝和拱顶纵向裂缝，其中拱项裂8条，侧墙裂缝5条，最宽约1.55厘米。衬砌裂缝的成因比较复杂，涉及到地质状况、衬砌施工时机、围岩应力分布、衬砌混凝土强度、衬砌厚度、衬砌脱空等多重因素，判断哪个因素占据主导地位常常依靠经验。将根据现有资料，对该遂道衬砌裂缝产生的机理进行简单分析。

2.1根据钻孔取芯结果，隧道侧墙有三条竖向裂缝处的衬砌厚度不足，而衬砌混凝土浇注时会产生水化热，水灰比过大也会增加水化热的程度，衬砌由于内外温差产生温度内应力，温度应力可能在个别衬砌厚度不足的地方超过了混凝土抗拉强度，从而造成开裂；另一方面，衬砌每一节段浇注长度为8米；混凝土纵向收缩也可能产生裂缝。

2.2该隧道衬砌裂缝主要表现为拱顶纵向水平裂缝，根据地质雷达检测结果，拱顶局部位置存在衬背脱空或衬砌混凝土欠密实的缺陷，从而使衬砌承受的围岩压力不均衡，严重时由于两侧围岩的挤压效应在拱顶产生较大的拉应力，从而使拱顶或拱腰位置出现拉裂型裂缝。拱顶纵向水平裂缝还可能与拆模过早和泵送混凝土有一定关系。检测过程中未见裂缝处渗漏水，说明防水卷材基本完好，拱顶不利拉应力尚未充分发展。需要说明的是，该隧道衬背脱空处未必产生裂缝，有些脱空处由于混凝土胶结性能较好并未出现裂缝，但如果不进行处理，可能会随着混凝土材料性能的劣化而出现新裂缝。

2.3昼夜温差和四季温差以及运营期间的环境条件变化也可能会加剧裂缝的扩展。

3、病害整治

3.1宽度较小，没有扩展可能衬砌裂缝的治理

对于这类衬砌裂缝，首先用角磨机打磨对所有要处理的裂缝表面，剔除缝口表面的松散杂物。用气压0.2MPa以上的压缩空气清除裂缝打磨范围。沿缝长范围内用丙酮进行洗刷，擦清表面。根据裂缝的宽度，确定灌胶底座的间距和位置，在裂缝端部、裂缝交叉处和裂缝较宽处设置灌胶嘴，并做好标志，埋设灌浆嘴；调和灌胶底座粘结胶，该胶应呈腻子状，按主剂和固化剂的配合比1: 1进行调和，直至调和均匀为止；将调和后的粘结胶涂抹在灌胶底座下底面周围；将灌胶底座按标注位置顺缝粘贴在裂缝表面，并适当用力下压底座使底部粘结胶部分溢出，并包住注胶底座边缘。 对压浆区域的裂缝，无论缝宽大小，原则上都应同时封闭，以防裂缝相互贯通而跑气跑胶。沿缝长先涂一层基液，等胶泥初凝后，再抹上一层胶泥，并除气泡抹平，等胶泥初凝后，表面用基液涂刷二度。等封缝材料固化后，沿缝涂刷一层肥皂水，并从灌浆嘴中通入气压为0．2MPa的压缩空气，检查缝的密封效果，对漏气部位进行补封处理。

裂缝修补胶浆液配制：根据现场施工的实际情况，进行化学灌浆的配置，其安全性能指标应符合表1的要求。

3.2宽度较大，并有扩展可能衬砌裂缝的治理

对于这种裂缝采用粘贴碳纤维布，粘贴结构胶必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂A级胶，其安全性能指标必须符合《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)表2的规定；浸渍、粘结碳纤维片材的胶粘剂必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂，其安全性能指标必须符合《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)表3的规定，且施工中不得使用不饱和聚酯树脂和醇酸树脂；底胶和修补胶应与浸渍、粘结胶粘剂相适配，其安全性能指标应符合《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)表4和表5的规定。其施工工序如下：混凝土基层处理→涂刷底层涂料→找严胶表面修补→粘贴碳纤维布→养护。

3.2.1基层处理

用磨光机将混凝土劣化层除去，研磨至混凝土基面为止，表面的凸出部分要用角向砂轮磨平，构件转角处应打磨半径大于2cm的光滑圆弧。打磨结束后，用吹风机或毛刷将表面粉尘除去，直至表面干净。

3.2.2 涂刷底层涂料

按比例将称量好的底层涂料的主剂和固化剂放入容器内均匀搅拌。一次调和量在可使用时间内用完，超过可使用时间不能再用。严禁在涂料中添加溶剂，含有溶剂的毛刷或用溶剂弄湿了的滚筒不得使用。用滚筒刷均匀地涂抹底层涂料，养护3小时到1天时间，以指触干燥为准。底层涂料固化后，在表面上有凸起部分时，要用砂纸磨光。磨光后若露出混凝土表面，应再补涂底层涂料。当气温在5℃以下、相对湿度RH>85％，混凝土表面含水率在8％以上，不能施工，要了解施工部位的温度、湿度，根据其变化选择适当的涂料。

3.2.3 表面修补

配置环氧腻子时，按规定的主剂与固化剂的比例进行配料，且一次调和量在可使用时间内用完，表面凹陷部位(混凝土接头、模板段差、小孔)要用环氧腻子补平，刮贴环氧腻子要密实，表面顺滑无隆起或凹陷、无划痕，腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，再用砂纸打磨平整。

3.2.4 粘贴碳纤维布

用刀片按规定的尺寸裁切碳纤维布，确认施工面的底层涂料、环氧腻子指触干燥。粘结树脂的主剂和固化剂经称量按规定的比例装入容器，搅拌均匀，用滚筒刷均匀地涂抹粘结树脂(下涂层)，修正不良的地方要多涂一些。按照设计要求将纤维片贴好，尽量使纤维片和树脂之间不要有空气。为了使空气从纤维片下逸出，可用专用工具一罗拉沿纤维方向多滚压几次。纤维布施工30分钟(根据干燥程度)后，用滚筒刷涂抹粘结树脂(上涂层)。上涂时滚筒刷沿纤维方向移动不得将已贴好的纤维片卷起。上涂后3小时至4天，进行固化后的空鼓检查处理。对于直径在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10个可以认为合格；若每平方米在10个以上，则认为不合格，需进行补修；对于直径在30mm以上的空鼓，只要出现，即认为不合格，需要进行补修。

3.2.5 养护

粘贴碳纤维布后，需自然养护24小时达到初期固化，应保证固化期间不受干扰。当树脂固化期间存在气温降低到5℃以下的可能时，采取有效的升温措施，保证环境温度不低于5℃。贴片达到设计强度所需自然养护的时间；当平均气温在10℃以下时，需要14天；当平均气温在10℃以上20℃以下时，需要7-14天；当平均气温高于20℃时，需要7天。在此期间应防止贴片受到硬性冲击。结构施工完毕后，碳纤维表面涂刷改性乳胶漆进行表面防护，颜色应与砼相近。

3.3回填注浆

3.3.1由于衬砌与围岩之间存在有空隙，并空隙较大处。

采用空中注浆锚杆进行加固，首先采用风钻钻设锚杆孔。消除孔内岩粉，安装注浆锚杆。安装止浆塞、垫片和螺丝，最后接管压注水泥砂浆。注浆压力为0.3～0.4MPa，注浆时采用全孔一次灌注，且速度由快到慢，顺序是先边墙后拱部。注浆标准经注浆量和注浆压力控制，达到设计要求后，即可结束注。

3.3.2在衬砌整体较好，且空隙较小时采用化学注浆。

化学注浆利用液压、气压或电化学原理通过注浆管把浆液均匀地注入衬砌及围岩中，浆液以填充、渗透等方式，赶走衬砌空隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将衬砌胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体”。首先设置注液管，宜采用打入法。打入深度不易太深，避免破坏隧道防水体系。打管时不免有杂物进入孔管的孔眼中，故下管过程要辅业灌水 以防填塞。用冲洗管(直径12～14 m钢管)放入注液管内，接上泵后压水冲洗，使管内杂质随水顺管口溢出，直到水变清为止。冲洗干净后，装上混合器用泵试水，以便浆液顺利流入，检查泵及管路运行情况。先用水泥砂浆封闭溶液管壁与衬砌交接处，以防灌液时溶液沿管外壁上冒流窜，然后立即向衬砌中灌注浆液。注浆时采用低压低速注浆，注浆压力宜为0.4～0.8MPa，注意，灌注速度对加固体能否形成坚实整体影响很大，应严格控制、均匀灌入。灌注完后，应随即拔出注液管，一般不要超过半天，拔出管后要及时刷洗注液管等以便保持通畅洁净。拔出注液管后土中所留下的孔洞，应用1：5水泥砂浆填塞。

4、小结

经过处治后，寿庆隧道裂缝得到有效治理，确保隧道的安全运营。裂缝处治及时，有效防止漏水病害的出现，使病害得到控制。

参考文献

[1]《公路隧道养护技术规范》（JTGH12-2003）.北京：人民交通出版社，2003

[2]《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）.北京：人民交通出版社，2004

[3] 王毅才.《隧道工程》.北京：人民交通出版社，1987

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。