重庆地铁隧道衬砌混凝土开裂及原因分析

张国华，游元明，林文修，李志坤

（1中铁重庆地铁建设指挥部 重庆 401120；2重庆市建筑科学研究院 重庆 400016）

0 前言

地铁工程属大体积地下工程，技术复杂，投资巨大，是百年大计，混凝土除强度等级应满足设计要求外，还必须考虑混凝土结构抗开裂性与耐久性。隧道衬砌混凝土对隧道周边围岩起到一定的稳定和支护作用，同时也起到防水和美观功能。重庆市是典型的山地城市，地形高低不平，参差错落，地铁线路更复杂，施工技术难度更大。本文针对重庆市已通车的地铁1号线较场口至小什字段、3号线嘉州路至红旗河沟段、6号线高义口至悦来段的隧道衬砌混凝土开裂情况进行了调研，并对裂缝型式、宽度、深度进行了检测分类，进而分析了裂缝的产生原因。

1 重庆地铁隧道衬砌混凝土开裂现状调查

1.1 轨道交通6号线高义口至悦来段

图1 6号线高义口-悦来段（约3.5km）

轨道交通6号线高义口至悦来段隧道全长约3.5km，属于6号线国博支线礼嘉-悦来段，见图1。该段地铁于2013年5月15日开通运营，调研时混凝土龄期在5年左右。调查中发现，该段隧道地下水丰富，多处渗漏明显。可根据裂缝与隧道轴向相互关系分为纵向裂缝、环向裂缝与斜向裂缝，见图2-图4。隧道衬砌混凝土沿轴向约20m设一收缩缝，裂缝分布具有一定规律性：

图2 纵向裂缝

图3 环向裂缝

图4 斜向裂缝

（1）纵向裂缝基本与隧道轴线平行，裂缝随机出现，位置大体在距隧道底部1.5～2.5m范围内，裂缝宽度0.5～3.0mm，以0.5～1.5mm居多，长度在3～20m不等，该类裂缝表面大部分未发现渗水痕迹。

（2）环向裂缝与隧道轴向垂直，出现在相邻两条收缩缝中间位置，裂缝宽度0.2～2.0mm，向下延伸至隧道底部，向上延伸至隧道侧墙与隧道顶交界处，大多数此类裂缝表面未见明显渗水现象。

（3）斜向裂缝与隧道轴线成一定夹角，方向随机，一般出现在收缩缝与环向裂缝之间，裂缝宽度0.3～2.5mm，向下延伸至隧道底部，向上延伸至隧道侧墙与隧道顶交界处，此类裂缝表面一般有渗水痕迹。

调查中还发现，隧道收缩缝处渗水明显，水量大时有明水流出，表面附着有明显的析出物，见图5。经取样检测，该析出物质呈碱性，以Ca(OH)2、CaCO3为主。收缩缝延伸至隧道顶部，表面仍有明显渗水痕迹，见图6。

图5 隧道渗水与析出物

图6 隧道顶部收缩缝与渗水

1.2 轨道交通3号线嘉州路-红旗河沟段

轨道交通3号线嘉州路-红旗河沟段隧道长约1.2km，见图7。2011年9月29日开通运营，调研时混凝土龄期在5～10年。

图7 轨道交通3号线嘉州路-红旗河沟段

该区域内无渗水现象，隧道内干燥，无明水，纵向、环向、斜向三种形态裂缝均有，见图8-图10，从粘贴的玻璃片观察，裂缝均有继续发展的趋势。具体性状如下：

图8 纵向裂缝

图9 环向裂缝

图10 斜向裂缝

（1）纵向裂缝随机出现，位置大体在距隧道底部1.5～2.5m范围内，裂缝宽度0.3～1.0mm，长度在1～10m不等，裂缝表面干燥，无渗水痕迹。

（2）环向裂缝出现在相邻两条收缩缝中间位置，裂缝宽度0.1～1.5mm，向下延伸至隧道底部，向上延伸至隧道侧墙与隧道顶交界处，裂缝表面干燥，无渗水痕迹。

（3）斜向裂缝方向随机，一般出现在收缩缝与环向裂缝之间，裂缝宽度0.4～2.0mm，向下延伸至隧道底部，向上延伸至隧道侧墙与隧道顶交界处，裂缝表面干燥，无渗水痕迹。

1.3 轨道交通1号线较场口-小什字段

轨道交通1号线较场口-小什字区间K1+157-K1+618段隧道长约450m，见图11。该隧道于2011年7月28日建成通车，检测调研时混凝土龄期约5年左右。调研中发现，该段隧道存在纵向、环向及斜向裂缝，纵向裂缝宽度0.1～0.5mm，环向裂缝0.4～2.0mm，斜向裂缝宽度0.2～0.7mm，具体情况见图12-图14以及表1。

图11 轨道交通1号线较场口-小什字段

表1 裂缝情况描述

图12 纵向裂缝

图13 环向裂缝

图14 斜向裂缝

2 裂缝开裂原因讨论与分析

造成地铁隧道衬砌混凝土开裂的原因很多，也很复杂。有受围岩变形压力或不均匀沉陷引起的，也有由材料收缩变形如温度收缩、干缩等原因引起的，还有施工工艺技术和养护不当引起的，以及受到外部作用力引起。对各种导致隧道衬砌混凝土开裂的因素，其作用机理也不同[1-3]。

从已调研的3段地铁隧道裂缝情况看，现场未发现地基不均匀沉降等现象，结合已调查裂缝的分布、宽度、位置以及走向等特征分析，可推断引起开裂的原因主要包括以下方面：

（1）混凝土自身的收缩变形，包括温度收缩、干缩，这是引起环向裂缝的主要原因[4-5]。

（2）施工工艺与技术不合理，混凝土分层浇筑分层太厚、层与层间界面处理不当、浇筑无故中断、未考虑大体积混凝土水化温升问题，这些是造成纵向裂缝、斜向裂缝的主要原因[6-8]。

3 结论

通过对轨道交通6号线高义口-悦来段、3号线嘉州路-红旗河沟段以及1号线较场口-小什字段隧道衬砌混凝土开裂的调研，可得出以下结论：

（1）裂缝可分为纵向裂缝、环向裂缝与斜向裂缝等3种类型；

（2）混凝土自身的收缩变形（包括温度收缩、干缩）是引起衬砌混凝土开裂的原因之一，这也是引起环向裂缝的主要原因；

（3）施工工艺与技术不合理也是引起衬砌混凝土开裂的原因之一，混凝土分层浇筑分层太厚、层与层间界面处理不当、浇筑无故中断、未考虑大体积混凝土水化温升问题，这些是造成纵向裂缝、斜向裂缝的主要原因；

（4）轨道交通6号线高义口-悦来段有渗水现象，其余2段均无渗漏现象。6号线高义口-悦来段隧道外围地下水水位较高，富含盐类物质。该段隧道以收缩缝处渗水最为明显，下雨时有明水流出，表面附着有明显的析出物。经取样检测，该析出物质呈碱性，以Ca(OH)2、CaCO3为主；

（5）混凝土开裂后，碳化速度加快，混凝土耐久性能受到影响。当局部地区地下水中富含盐类物质，盐溶液将沿裂缝进入混凝土，反复溶解结晶，将严重影响混凝土的耐久性能。

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997：5-6.

[2]苏生.公路隧道二次衬砌开裂机理与抗裂性试验研究[D].杭州：浙江大学，2008.

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