隧道衬砌裂损原因及处治方法分析

（天水通联路桥有限责任公司，甘肃 天水 741000）

1 工程概况

太阳山隧道位于G30连霍高速宝鸡至天水段甘肃省境内，隧址区地处陇西黄土高原的最南缘地貌区，总体地形呈马鞍形。隧道采用上下行分离式四车道双洞设计，平面线型为直线加曲线，端墙式洞门设计。经过数年运营，太阳山隧道下行线衬砌存在多条环向、纵向、交叉裂缝；局部衬砌表面泛碱起层、车辆刮痕擦伤明显；隧道路面开裂、断板、磨损较严重，部分区段存在错台、坑槽现象，个别区段路面存在底鼓现象，导致路面隆起开裂；检修道存在破损、倾斜变形；洞顶边坡（天水端）存在危石及不稳定迹象。隧道下行线隧道结构安全存在隐患，已对洞内行车造成较大影响，亟待整治。

2 衬砌裂损的原因

根据《太阳山隧道下行线专项检测报告》，衬砌环向裂缝共计87条，占比59%，纵向裂缝50条，占比34%，斜向裂缝10条，占比仅为7%（不计4处群裂缝）。纵裂缝和环裂缝是衬砌裂缝的主要产状形式，除环向贯通裂缝外，宽度均小于1mm，开口自衬砌内开口，沿衬砌厚度逐渐缩小，一般不贯穿整个衬砌厚度。衬砌裂缝的产生原因是一个系统而复杂的问题，它是诸多因素共同作用的结果最终在衬砌外观上的集中体现。

通过现场调查和对相关资料进行研究，认为太阳山隧道衬砌裂缝的主要产生原因有以下几点：

2.1 围岩本身无自稳能力或自稳能力很差

根据地质勘查资料，太阳山隧道下行线围岩的等级划分主要以V和IV级围岩为主，其分别占比51.82%和47.14%，岩性由变质砂岩、粉砂岩组成，裂隙发育、完整性差，无自稳能力或自稳能力很差。隧道开挖后，软弱围岩不能支持其自重，对衬砌施加压力，导致衬砌拱部沿隧道纵向产生张开性裂缝。其中拱顶承受的一部分围岩压力向拱腰转移，造成隧道拱部荷载的“马鞍形”分布，拱腰内缘受拉出现纵向拉裂缝。另外，根据地质勘查资料，隧道部分区段内滑坡等不良地质发育对衬砌裂缝的产生也有一定影响。

2.2 隧底结构缺陷

从太阳山下行线隧道内取的36个芯样揭露的情况来看（原设计有仰拱层的芯样共计30个，无仰拱层的芯样共计6个），隧道取样范围大部分位置无仰拱，部分区段仰拱超挖，回填松散，揭露的情况和设计不符，隧底存在严重结构缺陷。浇筑仰拱是衬砌封闭成环的最后关键工序，只有封闭成环的拱结构才能承受较高的压力，无仰拱的衬砌结构不但分担不了拱顶围岩压力，反而在其作用下会产生整体下沉，相邻区段衬砌因发生不一致整体沉降时很容易导致衬砌环向开裂甚至错台。另外，无仰拱支持的衬砌结构拱脚处应力集中现象加剧，左右拱脚产生横向不均匀沉降的可能性大大增加，衬砌结构的受力状态严重恶化，衬砌拱腰和拱顶拉裂的风险大大增加。

2.3 其他原因

除了上述两个主要因素之外，还有一些次要因素也是造成衬砌裂缝的原因。施工过程中混凝土衬砌拆模过早、衬砌厚度不足、强度不足、衬砌背后空洞、衬砌材料局部劣化等均会造成衬砌裂缝，浇筑完成后养护不到位也易产生裂缝。

3 隧道衬砌裂损处治方法

根据《太阳山隧道专项检测报告》专项检查报告，太阳山隧道下行线裂损主要变现为衬砌开裂（纵向、斜向、交叉网状），衬砌渗漏水（少量）及厚度缺陷（有效/设计<1/2）。对于衬砌裂损及厚度缺陷病害应先对病害段进行裂缝、渗漏水处治，然后再进行结构加固。

3.1 裂缝处治

对缝宽小于0.3mm局部裂缝采用专用裂缝胶灌注封闭；对于大于0.3mm的环向裂缝采用机械或手工沿裂缝方向将衬砌表面处裂缝开凿成"V"型，然后采用专用裂缝胶灌注封闭；对于缝宽大于0.3mm的纵斜向裂缝采用斜缝或骑缝注胶的方式进行结构封闭。

3.1.1 裂缝封闭施工工艺

裂缝封闭前，必须从上而下将两侧5cm范围内的灰尘、浮浆处理干净，再使用高压空气吹洗干净，不让灰渣阻塞，然后用丙酮擦洗，清除裂缝周围的油污，清洗时应注意不要将裂缝堵塞。裂缝封闭时，从上至下沿裂缝涂抹封缝胶，涂抹宽度为2～3cm，厚度为2mm，涂刷应尽量沿缝顺直涂刷，保证涂刷后的表面美观。

3.1.2 裂缝注胶施工工艺

1）准备工作。施工前应按裂缝的数量、长度及宽度，在衬砌上进行复核并标注，据此进行注胶材料配量、埋嘴、注胶等方面的具体计算和安排。

2）施工准备。为保证施工质量，施工前需先做好施工准备工作，保证进场施工材料质量合格，根据施工配合比设计准确配置注浆液。此外，还应提前配置好施工设备，保证配置合理，并做试机工作，设备运行正常，避免施工过程中出现故障造成不必要的损失。

3）成孔。钻进施工中，可采用Φ88钻头，钻孔时，要与钻孔位置对准，在允许范围内合理控制偏差，待钻进后，要做好孔壁保护工作，若存在粉性土，则需下入导管，直到钻进黏性土。

4）注浆管安放。在钻孔施工结束后，需及时安放注浆管，并做孔口封堵处理，防止浆液外流。此外，还需将软橡皮包裹到花管外壁，防止进入泥沙。

5）注浆。在注浆搅拌环节，需合理控制材料用量，保证均匀拌和，防止出现离析等情况。要严格按照施工要求进行注浆，通常情况下，需按照“上-下”的顺序进行注浆，待注浆液从孔口溢出，则可停止注浆。在此环节，要指派专人做好观测，避免因注浆压力太大，对其他结构造成不良影响。对于裂缝的注浆，可以提供一种灌缝胶注胶器，该注胶器的注胶筒采用国际先进工艺操作，注胶器采用了活塞吸胶式结构；注胶活塞杆上应有锁扣锁在后盖上；注胶器的压力采用了高强度弹簧；施工时把注胶活塞杆旋转一下，它就会自动注胶，这样能确保注胶筒内的胶液全部注入裂缝中，避免浪费；该操作技术优点非常明显，操作方便，施工安全，清洗方便，可多次重复使用。

6）封堵孔口。在完成上述施工之后，需对孔口进行及时封堵，并检查孔口质量，若浆液有所不足，可及时补浆，从而保证施工质量。

7）加固效果。根据施工前所确定注浆结束标准，结合大量实践经验，规定当浆液溢出，或注浆压力超过0.5MPa，或注浆口处吸收料速度在0.6L/min且延续30min时，均可结束注浆施工。

3.2 渗漏水处治

由于太阳山隧道下行线衬砌渗漏水相对较轻，本次维修设计采用斜缝注射聚氨酯类发泡胶液封堵的方案进行治理。注浆选用采用斜缝注射聚氨酯类发泡胶液封堵。注浆孔间距30cm，需要时可加密为20cm，顺序为从下至上，先对裂缝封堵，注浆压力不超过0.5MPa，直到浆液从上面的注浆孔溢出后停止注浆。封缝采用环氧砂浆。凿出深度为50mm、内大（60mm）外小（50mm）的倒梯形槽。注浆完毕后，在槽及周围刮涂聚合物砂浆。

4 总结

引起太阳山隧道出现衬砌裂损的原因是多方面的，只有深入分析导致问题出现的原因，才能从根本上采取更为有效的方法对其进行处治，所采取的方法应该满足因地制宜、技术可行、经济合理、高效安全、动态设计的原则，从而有效延长隧道的使用寿命。