高速隧道衬砌裂缝病害分析及整治技术研究

刘云云

中铁十七局集团第二工程有限公司 陕西西安 7 10000

1 高速隧道衬砌裂缝病害分析

大量隧道的建设和投入运营，隧道衬砌的病害也随之出现，其中衬砌裂缝是最常见的一种病害。衬砌裂缝的发展可能会带来渗水、掉块、掉拱等病害，进而对行人和车辆的安全产生威胁，影响公路的正常运营。为了对隧道进行综合整治，对衬砌裂缝的形成原因、分布状况和处治措施进行研究显得非常重要。因此，结合实际情况，对某高速公路中所涉及到的一些隧道出现的衬砌裂缝进行分析发现，其所存在的裂缝类型主要有环向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝，在这当中，所选取的隧道中环向裂缝分布较多，所占比例较大；并且隧道均有不同程度的纵向裂缝存在；有少量斜向裂缝[1]。通过对裂缝产生的病害原因进行分析，总结如下：

1.1 设计方面

该高速公路隧道设计设计年代较早，使用JTJ026—90公路隧道设计规范，同地区、同类型隧道的设计经验偏少。该高速公路隧道由于地质条件较差，围岩压力较大。初期支护施作后变形较大，从而导致二次衬承受了较大的围岩压力，而且大部分二次衬砌用的是素混凝土，衬砌安全储备不够，隧道运营后出现了较多、较严重的裂缝。当时设计中采用JTJ026—90规范，与目前设计规范相比，设计中有以下几方面的不足：①中空锚杆长度较短；②钢筋格栅拱架用的多，工字钢型钢拱架用的少。格栅高度偏小，围岩较好一点时还不使用钢筋网；③初期支护喷射混凝土厚度偏小，强度较低；④预留变形量沉落量偏大；⑤二次模注混凝土衬砌为素混凝土，强度较低，且厚度偏小；⑥隧道设计时永久荷载未考虑地下水的作用。

1.2 施工方面

隧道施工中，没有重视监控量测工作，对测量数据和资料未及时进行分析整理与反馈，从而未能指导设计和施工。在隧道施工过程中没有充分利用围岩、初期支护及二次衬砌三者之间的关系，施工时引起的变形缝、接槎缝是导致裂缝出现的重要因素。在施工过程中还存在如下问题：①二次衬砌模筑混凝土施工工艺有缺陷，竖向分块或堵头模板设置不当，大体积混凝土浇筑中分层连续浇筑做的不好；②预留拱部下沉量设置不当，边墙基础的虚碴未及时清理；③过早拆模，混凝土强度还未达到设计强度的75%，就去掉支撑和模板；④混凝土浇筑施工中有中断现象，且中断时间超过初凝时间，继续浇时，原有混凝土表面处理不当[2]。

1.3 环境方面

（1）温差影响。该高速某段温差较大，冬季特别冷，温度非常低，气温突然下降时，封闭环状衬砌结构表面温度下降很快，而衬砌内侧与围岩密贴，温度基本保持稳定，且变形受到围岩约束，内外侧剧烈的温度差使衬砌结构产生较大的拉应力，导致衬砌混凝土开裂。

（2）地下水影响。这几坐隧道均有渗水痕迹，但是旧公路隧道设计规范中隧道的永久荷载没有考虑水的影响，水压力对隧道衬砌结构的作用是很大的。如果地下水不能排出，地下水将作用于支护结构，使得衬砌侧向压力加大，导致隧道从拱部到边墙出现水平裂缝以及环状开裂。除此之外，地下水还会使初期支护中的格栅钢筋锈蚀，降低初期支护承载能力，从而加速二次衬砌裂缝等病害的发生和发展[3]。

2 整治技术

根据现场实际情况、以往经验和施工队伍的习惯，采用如下整治技术：

2.1 不漏水的斜向、环向裂缝

对于不漏水的斜向、环向裂缝主要采用“凿槽填充”法来整治：沿裂缝凿一深、宽为5cm×5cm的槽，并清槽；向槽内填充4cm厚的高强度膨胀砂浆（配合比为水泥:细骨料:膨胀料UEA:速凝剂=1:1.2:1.2:0.6）；用配色砂浆（配合比为普通水泥:细骨料:白水泥:水=1.8:4.0:1.0:1.1）抹平剩余1cm厚的槽面。

2.2 有渗漏水的环向及斜向裂缝

对于有渗漏水的环向及斜向裂缝主要采用“凿槽+导流+填充”法来整治，即沿裂缝走向将水引向裂缝最低点处的接缝排水管中，凿槽与透水管连通，槽内用半片φ50PVC导流管进行引排水处理，然后做填充与抹面：沿裂缝凿一深、宽为5cm×8cm的槽，再在该槽内中间部位继续凿一深、宽为3cm×5cm的导流槽，并清槽；在导流槽内安设半片φ50PVC管，用双液浆（水泥浆∶水玻璃液=1:1）封口抹平，并用单面塑料胶带贴封，然后填充2cm厚的高强度膨胀砂浆，接着再用单面塑料胶带贴封，在贴封胶带上再填充2cm厚的高强度膨胀砂浆，最后用配色砂浆抹平剩余1cm厚的槽面。

2.3 纵向裂缝

对于纵向裂缝，不论是有水还是没有水，都采用压浆封堵的办法进行处理，以保证隧道衬砌结构的安全。具体做法是：沿裂缝凿一深、宽为8cm×8cm的槽，并清槽；往槽内填充7cm厚的高强膨胀砂浆，填充中沿槽每隔60cm预埋一个“6”型的注浆尖嘴（注浆尖嘴长为8cm），注浆嘴须顶在凿槽底部，以确保下一步的注浆效果；高强膨胀砂浆凝固后向注浆尖嘴里注入事先调配好的浆液（环氧树脂∶二丁脂∶乙二氨∶滑石粉=1:1.2:0.7:0.8），直到注满为止；注浆完毕，用配色砂浆抹平剩余1cm厚的槽面。对于局部纵向裂缝较多的地方，采用打设锚杆进行加强处理。

3 结语

在隧道施工与运营过程中，因受到设计方案、施工操作不规范、初期支护中锚杆效果不佳、衬砌周围岩层结构变化、环境温差、地下水等多种因素的作用，容易导致衬砌结构受力发生变化，当衬砌结构的拉应力大于极限应力时，衬砌表面就会出现裂缝。对于运营隧道，要做好日常维护保养，加强裂缝观测，及时掌握裂缝发展变化趋势与规律，发现问题及时处治，以确保隧道结构安全和行车安全。