高鐵隧道襯砌裂縫病害與整治技術

王立華

（中鐵十二局第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

高鐵隧道襯砌裂縫病害與整治技術

王立華

（中鐵十二局第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

就高鐵隧道襯砌裂縫的成因、擴展規律進行分析，并提出了防治措施和施工工藝。

襯砌裂縫；成因分析；整治措施；

1 隧道襯砌裂縫病害成因分析和擴展規律

當隧道兩側的外圍覆土厚度不同或者不均勻時，產生的（地形）偏壓導致隧道兩側的襯砌結構承受不對稱的圍巖壓力。在此種情況下，隧道兩側的襯砌拱腰位置會出現數條間距在0.25m左右，深度在10cm左右的裂縫，而且在隧道覆土較深襯砌位置的裂縫數量、深度均高于隧道覆土較淺的襯砌位置。裂縫的分布情況是造成襯砌變形的直接原因，在上述條件下，一般會在覆土較深的襯砌拱腰部位發生結構的最大變形，拱腰部位也是裂縫分布數量最多、深度最深、間距最密的位置。

當隧道穿過節理裂隙或者某一側靠近地質斷層、破碎帶時，使隧道局部位置承受較大的主動圍巖荷載，產生的（地質）偏壓導致隧道兩側的襯砌結構承受不對稱的圍巖壓力。在此種情況下，隧道一側會產生比其它位置大的結構變形并造成裂縫的產生。靠近節理、裂隙或者側斷層圍巖主動荷載大小、傾角不同會直接導致襯砌變形和裂縫分布的不同。在荷載逐漸增大的情況下，裂縫產生的情況是：首先是靠近節理、裂隙和側斷層襯砌部位產生裂縫；然后是當荷載大小超過一定值時，裂縫向隧道無節理、裂隙和側斷層的部位發展。而荷載傾角的作用正好相反，在荷載傾角小于45°時，隧道無節理、裂隙和側斷層的部位會產生裂縫，在荷載傾角大于45°時，靠近節理、裂隙或者側斷層的部位會產生裂縫。

當隧道襯砌背后有空洞存在時，該位置會產生凸向圍巖一側的自由變形，同時空洞部位的襯砌裂縫分布集中。空洞的大小是決定裂縫數量和深度的直接因素，空洞的尺寸越大，襯砌結構發生變形的區域就越大，裂縫的數量和深度就越高，使該位置的混凝土劣化嚴重，可能產生混凝土掉塊的現象。空洞處于不同位置產生的影響不同，在空洞處于隧道拱頂時，除了襯砌結構會產生裂縫外，隧道的左右兩側墻角也會產生裂縫；在空洞處于隧道右側襯砌拱腰時，隧道右側襯砌拱腰、隧道左側墻角、過渡部位、隧道右側仰拱部位都會產生裂縫；在空洞處于右側邊墻時，裂縫只會產生于空洞位置。

當隧道襯砌拱頂部位厚度不夠時，導致拱頂襯砌結構變形大于其它位置襯砌結構變形。在拱頂厚度為原有設計厚度的90%時，該位置會產生數條間距為0.25m左右，深度為7.5cm左右的裂縫；在拱頂厚度為原有設計厚度的80%時，該位置會產生數條間距為0.25m左右，深度為15cm左右的裂縫；在拱頂厚度為原有設計厚度的70%時，裂縫的數量、深度明顯增加，間距明顯減小，該位置會產生數條間距為0.2m左右，深度最深可達28cm左右的裂縫，甚至可以產生貫穿該部位的襯砌截面。當隧道襯砌拱腰厚度高于原有設計厚度80%時，襯砌結構并不會產生裂縫，但是當其低于原有設計厚度80%時，襯砌結構會產生于拱頂部位相似的裂縫情況。當邊墻部位的厚度低于原有設計厚度的90%時，會產生會拱頂部位相似的裂縫情況并且在隧道的過渡段也會出現裂縫現象。

高鐵隧道襯砌結構的裂縫擴展過程可分為三個階段，前期迅速擴展階段，中期緩慢擴展階段，后期加速擴展階段。其中，隨著裂縫的擴展進程，已有裂縫部位的周圍也會產生新的裂縫，新裂縫會朝著混凝土中薄弱的位置進行擴展，并且和已產生的混凝土裂縫貫通、結合、擴展，造成混凝土的宏觀破壞。另外，當列車高速通過隧道時，引起的空氣壓力波動會增加裂縫尖端的應力強度因子，加劇裂縫的擴展速度，可能會造成襯砌混凝土結構瞬間失穩斷裂，最終導致裂縫貫穿襯砌截面，造成隧道的局部變形、失衡垮塌等安全事故。

2 隧道襯砌裂縫整治措施和施工工藝

2.1 細微裂縫

隧洞襯砌混凝土表面出現一些沒有擴展性的細微裂縫,這種裂縫是穩定的,一般可自愈,不會影響結構的使用和耐久性。從美觀考慮,可先清洗干凈裂縫表面,然后涂刷調好配合比的砂漿或混凝土原漿,最后用刮抹料、調色料處理混凝土表面,使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致。

2.2 貫通性裂縫及其處理施工工藝及方法

貫通性裂縫的危害較大,可能影響隧洞的二襯質量，對以后隧洞二襯混凝土中的該種情況采用注漿的辦法處理。

注漿所用材料及配合比

⑴環氧樹脂砂漿配比,環氧樹脂∶水泥∶細砂∶乙二胺∶二丁酯=1∶1.6∶3.2∶0.1∶0.12,其中乙二胺是固化劑,二丁酯是稀釋劑。經試驗合格后確定及采用。

⑵注漿的配制：在鋼制容器中稱取定量的環氧樹脂，加熱至38～42℃之間，然后加入增韌劑稀釋劑攪拌均勻后，再加入固化劑充分攪拌即成；若是膠泥則與固化劑一道加入水泥并攪拌。配制好的漿液或膠泥要在40分鐘內用完。

施工工藝

⑴壓力注漿系統布置。在槽內騎縫每隔0.5m鉆一孔，視裂縫的部位、寬度、深度及走向可適當調整,孔深為襯砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,根據現場裂縫情況確定孔深，并不得穿透襯砌以防跑漿。

⑵裂縫處理：首先在裂縫表面用手持電動鋼片切割器鋸鑿V型槽，槽寬3～10cm、深3～6cm，然后用鋼絲刷及壓縮空氣將砼碎屑粉塵清除干凈，再利用高壓水對裂縫內部污物進行沖洗，最后進行充分的自然干燥。

⑶預埋注漿嘴：完成裂縫擴槽及清洗等工作后，開始埋設注漿嘴，注漿嘴的間距根據裂縫大小、走向及結構形式而定。縱橫交叉處均有設置，每條縫上設有注漿、排氣、出漿的注漿嘴。注漿嘴采用鉗入式預埋注漿嘴，埋入后沿裂縫全長均用環氧膠泥固定。

⑷封閉裂縫：注漿嘴固定后將裂縫表面用環氧膠泥進行封閉。寬度以填充滿溝槽為宜，并在表面酌情加寬2cm。

⑸壓氣試漏檢測：待環氧膠泥具一定強度（約3h）后，進行壓氣試漏和暢通情況檢查。氣壓保持在0.2～0.4Mpa間，試漏時在封口及注漿嘴四周涂上肥皂水檢查。若出現泡沫，表示漏氣，需采用促凝灰漿修補密封。

⑹注漿：壓氣試漏檢測合格后，即開始進行注漿工作。注漿前將所有注漿嘴上的閥門打開，用壓縮空氣將孔道及裂縫吹干凈，達到無水、無塵狀態。注漿采用單孔注漿，在一條裂縫上采取由淺到深、由下到上、由一端到另一端的順序進行。注漿時將配制好的漿液倒入自制的注漿鋼罐內，旋緊罐蓋，將出漿管末端的活接頭接在埋好的注漿嘴上。然后開動小型空壓機使壓力保持在0.2～0.5Mpa，再打開注漿閥門，漿液即被注入裂縫中。經過3～5min，待漿液從鄰近的注漿嘴冒出后，即關閉閥門，如此順序進行直到注完為止。為達到連續注漿作業，施工時應另備適量不加固化劑的漿液，隨注漿隨即加入固化劑（乙二胺），并拌勻隨時使用。初注開始啟動以后注漿常壓為0.15～0.2Mpa。

⑺注漿結束：注漿＜結束一般以吸漿率0.1L/min為標準，結束再前繼續穩注幾分鐘即可停止。當結束注漿關閉閥門后，立即拆除管路，及時用壓氣將注漿嘴和注漿管路中的殘留漿液吹凈，并用丙酮劑水沖洗管路及擦洗工具。

⑻待環氧樹脂砂漿有一定的強度后,以0.15MPa～0.2MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環氧樹脂漿液。壓漿結束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。裂縫表面用刮抹料和調色料處理。

⑼養護：采取自然養護，在該隧洞環境下24h可硬化，注漿嘴在漿液硬化12h后拆下，繼續下一循環施工時復用。

⑽裂縫注漿處理完畢后，利用抹面砂漿或混凝土原漿對表面進行封閉調色。

3 結語

因為設計、施工、地質等方面綜合因素，高鐵隧道的襯砌裂縫病害現象時有發生，首先要防患于未然，在施工過程中必須嚴格按照設計強度、設計圖紙施工，確保工程的施工質量達到預期要求。發現襯砌裂縫病害時必須及時處理。襯砌裂縫病害的整治是一種綜合性的技術，其在科學技術日新月異的更新下會取得長足的發展。

TU714

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1007-6344（2015）06-0340-01