公路隧道二衬裂缝成因的快速判别

张明业 王媛媛

摘 要：从外力、设计、施工、材料等因素对公路隧道二次衬砌裂缝成因进行分析，不同成因的裂缝具有不同的表现形式，可根据裂缝形态、裂缝延续性、裂缝所处位置等特征判断裂缝成因，并分别绘制纵向裂缝、斜裂缝、环向裂缝及其他不规则裂缝成因的快速判别图示。

关键词：公路隧道；裂缝成因；快速判别

中图分类号：U451.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）24-0076-02

0 引言

我国公路隧道建设迅速，很多隧道二次衬砌存在裂缝。衬砌的开裂不仅降低隧道运营耐久性，严重者会造成隧道结构破坏。而且裂缝是水进入隧道的通道，造成二襯中钢筋的腐蚀以及威胁行车安全，详见图1、图2。公路隧道二衬出现的裂缝会因为成因的不同而出现不同的表现形式，准确判断裂缝成因是对其进行评价及选择合适的治理方法的基础。

1 公路隧道二衬裂缝成因分析

1.1 衬砌外力作用

（1）塑性地压。隧道开挖会引起围岩应力场发生变化，当隧道上部土体自重大于衬砌结构强度或衬砌强度不足的情况下，塑性压力将成为隧道衬砌上的重要荷载。塑性地压的主要影响因素是围岩压力及围岩强度，多发生于绿凝灰岩地区泥岩、凝灰岩中。（2）松散土压。由于风化及水的作用，围岩强度降低，围岩压力会逐年增加，易在拱顶产生空洞、裂缝，严重者会造成衬砌破坏，详见图3。（3）偏压。因为地形的不对称或者是地质岩层带来的影响，导致隧道结构两面荷载形成不对称，偏压使隧道衬砌拱肩产生纵向及斜向开裂，拱和墙的接缝易产生错台，详见图4、图5。（4）承载力不足。此种情况常发生于洞口部位及风化变质的斜坡地形。隧道边墙纵向地基承载力不均匀时，边墙会产生垂直开裂，横向地基承载力不均匀时，衬砌顶部会产生纵向开裂。（5）地基下沉。石灰岩发育的地层有可能形成地下空洞，矿产的地下采空区或者人类活动引起的近接施工都有可能引起隧道的沉降。（6）膨胀性土压。膨胀性土压是风化围岩与含有粘土矿物围岩的体积膨胀所导致的，如果有接缝那么就会导致错台，如果拱顶空洞，那么衬砌就会上台，进而导致拱顶局部坍塌，详见图6。（7）水。包括水压力与因水引起的冻胀力。当冻胀压力大于衬砌受力极限状态，边墙易产生水平或环状开裂。严重者造成拱顶局部压溃。（8）温度应力。常见环向裂缝沿隧道轴线方向。（9）其他荷载作用条件下衬砌发生疲劳破坏而产生的裂缝。

1.2 衬砌材质的劣化

（1）经年劣化。指衬砌混凝土随时间推移的劣化，主要是混凝土碳化。混凝土碳化会使混凝土强度降低，再加上其他因素的作用而产生裂缝；（2）冻害。在寒冷及地下水丰富地区，冻害是衬砌劣化的主要原因；（3）水。地下水丰富地区，水中含有对混凝土有害的成份，特别是其呈酸性及含盐时，是衬砌劣化的主要原因。

1.3 施工因素

（1）施工过程中未处理好施工缝、变形缝，易出现平行于隧道衬砌环的裂缝；（2）施工技术条件限制，施工质量管理不善等因素，修成的隧道衬砌就会在施工缝出出现裂缝，还有可能会在衬砌的混凝土表面出现蜂窝麻面等问题，导致承载力能力降低；（3）施工测量放线如果出现了问题，或者是欠挖、模板拱架支撑出现了变形以及塌方等，都可能会影响到衬砌，导致衬砌的承载能力降低；（4）因为施工方法或者是施工组织上出现问题，导致不能及时成环，会使得支撑稳固条件以及强度都达不到要求，进而会导致不均匀沉降以及拱脚的移动，此时就会在拱顶与拱腰上出现裂缝；（5）回填不密实，拱腰会承受较大荷载，而拱顶在一定范围没有压力，从而形成对拱部衬砌不利的“马鞍型”受力状态，导致拱腰内移张裂、相应拱顶上移、内缘受挤压等常见病害。

1.4 结构设计因素

（1）隧道设计时，因围岩级别与实际围岩有差距、衬砌类型选择不当，衬砌结构与围岩实际荷载不相适应而引起裂缝；（2）隧道穿过偏压地段，没有采用抗偏压衬砌；（3）隧道穿过断层破碎带、褶皱区等局部围岩松散压力或结构力较大的地段，衬砌结构没有相应地采取加强措施；（4）基底软弱和易风化围岩地段，未设可靠防水设施，混凝土铺底厚度及强度不足，使得隧道发生不均匀沉降。

2 裂缝成因的快速判别

准确判断衬砌裂缝成因是对其评价及选择合理的治理方法的基础。可根据裂缝的延伸方向可分为（纵向裂缝、斜裂缝、其他不规则裂缝）、裂缝所处位置（拱顶、拱腰、边墙、路面）、裂缝的形态（弯张裂缝、压剪裂缝、扭弯裂缝、剪切裂缝）等裂缝特征可大致判断裂缝成因，详见图7、图8。

3 结语

（1）公路隧道二衬裂缝按照延伸方向可分为纵向裂缝、环向裂缝、斜裂缝、及其他不规则裂缝。按照受力形态不同，可分为受弯张口型裂缝、受剪错台型裂缝、扭弯裂缝、压碎型裂缝、收缩受拉环向裂缝等。（2）二衬裂缝成因有外力作用、施工因素、衬砌材质劣化、结构设计因素。其中外力作用可分为塑性地压、松散地压、偏压、地基承载力不足、膨胀性土压、水压等。详细总结了不同外力作用形式的产生条件，及对隧道衬砌的影响。（3）不同裂缝成因下的衬砌裂缝将呈现不同的表现形式，可根据裂缝形态、裂缝延续性、裂缝所处位置等特征判断裂缝成因，分别总结了纵向裂缝、斜裂缝、环向裂缝及其他不规则裂缝成因的分类及判别。

参考文献

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