隧道二衬混凝土开裂原因及施工处治技术

黄种杰

(福建省海盛交通投资有限公司，福建 三明 365000)

1 工程概况

某隧道为连拱隧道形式，左洞为先行洞，右洞为后行洞，经现场检查后可知，ZK80+370+400(对应YK80+360+390)段左幅二衬存在较明显的开裂现象，具体以靠近后行洞侧边墙处居多，分布有大量纵向裂缝，于ZK80+386+388段出现最大裂缝，由于结构受损，导致二衬钢筋露出，且伴有向外侧弯曲的变化趋势。

2 隧道二次衬砌开裂的成因分析

(1)先行洞开裂部分的钢筋存在向外侧弯曲的变化特点，后行洞初支向右收敛。究其原因：受爆破作业的影响，先行洞及后行洞拱部交叉区域出现较明显的扰动现象，围岩完整度欠佳，初支注浆期间浆液密实度不足，局部伴有空洞现象，三角区稳定性明显下降；先行洞拱脚处的桩结构稳定性不足，中岩柱失稳，剪跨比明显偏大，此条件下二衬开裂。

(2)后行洞驼背拆除时间不合理(偏早)，且在完成拆除作业后难以及时施作仰拱，源自于后行洞拱背的受力发生大范围的转移，完全由先行洞二衬承受，使该结构因受力超出自身负荷极限而开裂。

(3)先行洞二衬按照80 cm的厚度标准设置，在施工期间增设有竖向支撑结构，该部分不具备完全传递荷载的能力，使二衬的有效厚度减小至55 cm，难以有效发挥出二衬结构的应用优势，随之出现裂缝。

3 隧道二次衬砌开裂的处治技术分析

3.1 基于开裂病害的应急加固

(1)考虑到施工安全方面的需求，特采取临时应急加固措施，即环向钢架+横向支撑+斜向支撑相结合的方式。为提高钢架各部分结构受力的均匀性，在二衬与钢架间增设垫块；加强测量，及时发现异常状况并采取相适应的处理措施。

(2)通过对二次衬砌变形量的观测后，根据所得结果分析其质量情况，若存在裂缝，则及时预测其发展趋势，采取应对措施。

(3)原结构出现裂缝后，易形成渗水通道，导致地表水逐步渗透至隧道内，出现此方面的情况后需及时采取封堵措施。

3.2 裂缝的处治

(1)确定裂缝病害区域，将该处起皮剥落的混凝土清理干净，用高压风沿裂缝作全面的清理，避免该处残留杂物，再沿裂缝两侧依次设置注浆嘴，注入环氧树脂，以达到补强的效果。

(2)沿隧道径向设置“骑缝锚杆”，此举的目的在于补强裂纹段二衬，以恢复结构的完整性。

3.3 塌腔的处治

受施工扰动、自然环境等方面的影响，隧道内分布有振裂松动岩体，该部分伴有裂缝病害，严重影响到围岩的稳定性，易发生塌腔质量问题。对此，提出如下处治措施：

(1)在出现塌腔后，对其展开全面的检测，再以实际情况为参考合理组织注浆作业。注浆施工选择的是φ42 mm小导管，所用材料为M20水泥砂浆，全程压力稳定在0.5～0.8 MPa。

(2)经注浆处理后通过浆液有效填充塌腔，再进一步采取加固措施，以构成稳定性较好的承载圈，从而有效降低围岩形变压力，提高围岩的稳定性。

3.4 粘贴碳纤维布

(1)温度控制。胶结剂得以有效应用的关键前提在于温度稳定在合理区间，要求现场温度应在5 ℃以上，若气温不满足要求，则需采取加温措施或转为采用低温特殊胶。温度不达标的情况下不宜使用胶结剂，否则将导致实际施工质量无法满足要求，并造成胶结剂浪费现象。

(2)混凝土表面处理。以钢丝轮角磨机为主要设备，将附着在混凝土结构上的劣化层清理干净，再用吹风机吹去灰尘，使露出的表面具有洁净、平整的特点。遇钢筋锈蚀现象时，需采取人工除锈处理措施，涂抹环氧树脂后再利用环氧砂浆作进一步的处理，提高表面的质量。若存在大孔径的空洞现象，则需利用环氧砂浆填平，所形成的混凝土保护层厚度应达到15 mm以上。此外，为避免外界因素对表面裂缝处理作业造成干扰，需在封闭的环境中操作。

(3)底胶施工。根据要求配置底层树脂胶，根据现场温度情况合理调整其浓度，考虑到本项目二衬混凝土的实际情况，在施工中应避免底层树脂胶浓度偏大的情况。向加固区内均匀涂抹适量的底胶，使底胶能够与二次衬砌表面形成紧密粘贴的关系。在涂抹底胶时需要控制好力度，遇到钢筋或是平整度欠佳时，需多次涂抹，直至底胶的分布具有均匀性为止，但不宜过厚，要求实际厚度≤1 mm。底胶的涂抹作业应一次完成，经计算后确定具体用量，准备充足的材料，避免因底胶材料供应不足而中断施工。

(4)找平处理。自树脂涂抹完成后，在随后的30～60 min内全面清理基层气泡，根据混凝土表面情况及时找平，直至不存在棱角等尖锐结构为止。模板接头处易出现平整度不足的情况，也需及时找平，同时转角应呈圆弧形，经检测后若阴角半径≤40 mm、阳角半径≤30 mm，即可满足要求。

(5)粘贴碳纤维布。尽可能避免搭接，若因特殊原因而必须搭接时，要求搭接部分的长度达到100 mm以上。将制作好的浸渍胶均匀涂抹至待黏贴区域，保证其具有均匀性，同时应保证胶层厚度具有合理性，在拐角处需适当增加涂抹遍数。为提高碳纤维布的稳定性，需利用滚筒沿纤维方向碾压，直至气泡被清理干净为止。滚压期间应加强防护，以免纤维布受损；同时在涂抹浸渍胶的过程中需保证各处均具有均匀性，以免遗漏。

(6)表面防护及养护。完成环氧砂浆的涂抹作业后，给予24 h的自然晾放处理，使其可维持稳定。各道工序施工时均要采取防护措施，纤维布应始终维持洁净的状态。正常工况下，养护持续时间应达到5 d，全程温度控制在15～20 ℃区间内，必要时可利用红外线加热，以满足温度要求。经过碳纤维布养护作业后，需及时检查质量情况，例如平整度、粘贴稳定性等，以免脱空。若存在空鼓，则根据实际面积采取合适的处理措施，在100 cm2以内时可利用针管注浆，使该处具有密实性；若空鼓面积达到100 cm2及其以上，则需全面清理空鼓处的纤维布，再进一步粘贴。

3.5 排水

注浆和锚固施工时均伴有扰动性影响，易导致防水层出现失稳、受损等异常状况，严重影响隧道防水效果。对此，在施工过期间需加强对空洞处的填充，以免出现地下水渗漏的情况。经现场勘察与分析后，提出打泄水孔+竖向半剖排水管相结合的方式，以便快速排除地下水。泄水孔分别布设在左右边墙处，边墙底部应形成一排排水孔，纵向间距1 m左右。规格方面，泄水孔孔径42 mm，单孔长度6～7 m，具体视实际情况调整，确保其能够有效穿过围岩加固圈。

4 结 语

综上所述，隧道二衬混凝土开裂问题较为普遍，此类病害将严重影响到隧道的正常运营。工程人员需高度重视病害的处治问题，深入分析其成因，再采取相适应的处治技术，从根本上解决病害问题，使隧道恢复正常运营状态。