連拱隧道襯砌裂縫病害特征及裂縫研究

摘要：隧道工程中最常見的病害是隧道襯砌開裂，襯砌開裂是隧道出現襯砌滲水的主要原因，而防水措施是連拱隧道施工中的一個難點，因此對襯砌裂縫產生的過程和原因以及裂縫病害的特征研究顯得十分重要。

關鍵詞：連拱隧道 襯砌裂縫

0 引言

公路隧道在運營中常出現一些病害，如:滲漏水、襯砌開裂、隧道凍害和襯砌腐蝕等，其中最常見的病害是隧道襯砌開裂，襯砌開裂是隧道出現襯砌滲漏水的主要原因，而防水措施是連拱隧道中的一個難點，因此對襯砌裂縫的產生過程和原因以及裂縫病害的特征研究顯得十分重要。本文詳細分析了西漢高速公路黃花嶺雙聯拱隧道襯砌裂縫病害特征及裂縫產生的過程和原因，并簡單介紹了用碳纖維加固法對裂縫進行修補的施工工藝。

1 項目簡介

西漢高速公路黃花嶺雙聯拱隧道全長135米，為整體式隧道，隧道最大開挖寬度23.8米，最大開挖高度10米。隧道進口4米，出口3米，進洞位置較差，與山體呈30度斜交。一側山勢較高，另一側山勢較低，形成明顯的自然偏壓。隧道圍巖為淺灰色花崗巖，粗粒結構，弱片麻狀構造。其中：Ⅰ類圍巖16米，Ⅱ圍巖20米，Ⅲ圍巖99米。圍巖表層全風化成松散碎石土狀全風化至全強風化層厚度較大，對隧道穩定性影響較大。圍巖中節理發育，隧道附近發育一條斷層，與之平行的節理貫通性好，規模大。裂隙水發育。施工中采用鉆爆發施工，初期支護為錨噴支護結合鋼拱架施工，二襯為45厘米C30鋼筋混凝土，中隔墻為1.6m厚C30鋼筋混凝土。

2 裂縫的調查統計

該隧道的病害主要是襯砌裂縫，可歸納為以下幾種:①隧道襯砌沿中隔墻施工縫出現環向裂縫；②中隔墻沿施工縫出現豎向裂縫，由于中隔墻的單元長為8m，襯砌的單元長為10m，兩者變形不協調，致使中隔墻開裂將襯砌拉裂，裂縫沿環向延伸長度不一；③隧道襯砌在拱肩兩側沿縱向出現較長裂縫，裂縫遍布隧道全長，有的裂縫從襯砌外部向襯砌內層傾斜延伸；④隧道北出口有兩處在襯砌與中隔墻結合部滲水；⑤隧道北出口一字墻左側滲水較多。對該隧道的調查以及統計得出如下的大致結果列于表1，并示于圖1中。縱向裂縫，沿隧道縱軸展開，基本呈水平狀。主要有以下幾種展布狀態:平直(基本成一直線)、起伏(基本直線，細部有彎曲起伏)、弧形(呈弧形彎曲)與分叉。環向裂縫，垂直于隧道軸線沿隧道襯砌環向展開，展布狀態同縱向裂縫。本次調查中大部分的裂縫形狀是弧形，部分屬于起伏形。斜向裂縫，與隧道縱軸以及隧道橫截面均有一定角度，展布狀態同縱向裂縫。調查結果示于表2與圖2中。

3 連拱隧道襯砌裂縫產生的過程和原因分析

混凝土在外力作用下會產生內力和變形。當承受荷載較低時，混凝土并不出現損壞跡象；當荷載逐漸增加到一定水平后，混凝土表面出現許多小裂縫；當荷載繼續增加，這些裂縫會蔓延并貫通；當達到極限荷載時，混凝土會產生最終破壞。試件在加荷載過程中，裂縫的發展經歷了裂縫微裂、臨界擴展、失穩性斷裂等幾個階段。隧道襯砌裂縫開展原因是復雜的、多方面的，裂縫發展形式不同，其產生的原因也不相同，主要因素如下:

3.1 施工因素 ①平行于隧道襯砌環，因施工質量與混凝土結構本身等因素出現裂縫。②受施工技術條件限制，施工質量管理松弛和不善，混凝土材料檢驗不力，施工配合比控制不嚴，水灰比過大，混凝土搗實質量不佳，拱部澆注間歇施工形成水平工作縫，混凝土模板不平等因素，修成的隧道襯砌在施工縫處產生裂縫，以及襯砌混凝土表面產生蜂窩麻面等襯砌質量不良，降低承載能力；③施工測量放線發生差錯、欠挖、模板拱架支撐變形、塌方等原因，造成局部襯砌厚度偏薄或襯砌結構受力不對稱，降低了襯砌承載能力；④由于施工方法和施工組織不當，在施工過程中各工序緊跟不上不能及時成環，如落中槽挖馬口時拱部襯砌懸空段過長、支撐段長度過短，支撐的穩固條件和強度不足，都會造成不均勻沉降和拱腳內移，常在拱頂和拱腰處出現裂縫；⑤模筑混凝土襯砌拱背部位常出現拱頂襯砌與圍巖不密貼的空隙，不及時回填密實，就形成拱腰承受圍巖較大荷載，拱頂在一定范圍存在空載，從而形成對拱部襯砌不利的“馬鞍型”受力狀態，正是導致拱腰內移張裂、相應拱頂上移、內緣受擠壓等常見病害產生的荷載條件。

3.2 設計因素 ①隧道施工工序問題：現階段的一般施工工序都是先易后難，先修建山坡外的隧洞，然后是修建山坡內的隧洞，這樣當修建完山坡外的隧洞再修建山坡內的隧洞時，擾動產生的荷載都由中隔墻承擔，對中隔墻的受力不利，所以中隔墻出的裂縫較多；②因圍巖級別劃分不準、襯砌類型選擇不當，造成襯砌結構與圍巖實際荷載不相適應而引起襯砌裂縫病害；③隧道穿過偏壓地段時，沒有采用偏壓襯砌；④隧道穿過斷層破碎帶、褶皺區等局部圍巖松散壓力或結構力較大的地段，襯砌結構沒有相應地采取加強措施；⑤基底軟弱和易風化圍巖地段，未設可靠防水設施，混凝土鋪底厚度及強度不足，使得隧道發生不均勻沉降。

3.3 地質因素 地質因素包括水的作用、復雜地質條件，如地震帶、斷裂帶、滑坡及偏壓等等，是一些縱向裂縫和斜向裂縫產生的主要因素，對隧道襯砌裂縫的產生有很大影響。縱向裂縫和斜向裂縫大多數出現在進出口處，由偏壓、滑坡、水的作用等造成的。

4 整治措施

碳纖維布粘貼施工工藝流程見圖3

5 總結

本文詳細的闡述了連拱隧道襯砌裂縫的特征及產生裂縫的過程和原因，并根據襯砌裂縫的開裂程度與發展規律，對隧道襯砌裂縫提出了合理的整治措施。

參考文獻：

[1]吳啟勇.連拱隧道襯砌裂縫病害特征與處治技術研究.長安大學申請碩士學位論文，2005.5.

[2]林剛.連拱公路隧道的合理施工方法研究.西南交通大學申請碩士學位論文，2002.2.