隧道二次襯砌砼裂縫防治措施探討

李凡祥

【摘要】 隨著我國公路建設的發展，公路等級、質量要求越來越高在公路隧道建設過程中，襯砌裂縫是一種常見質量缺陷 。本文主要介紹隧道二次襯砌裂縫產生原因和防治措施的技術要點及對策。

【關鍵詞】 隧道；二次襯砌砼；裂縫；分析；防治

1.前言

隨著我國公路建設的發展，公路等級、質量要求越來越高在公路隧道建設過程中，襯砌裂縫是一種常見質量缺陷 。有些裂縫是由施工原因造成的，這種裂縫多發生在襯砌上部，而且，由于隧道內光線昏暗，能見度差，出現裂縫后難以及時發現，往往導致同類裂縫在整條隧道中多次出現。由于二襯砼裂縫會對隧道結構體的受力、防排水、外觀等產生不良影響.我們必須對裂縫有個客觀的認識，對其形成原因加以認真分析，同時在設計和施工等方面應采取有效措施來減少裂縫的產生，以降低二襯砼裂縫對隧道的影響。

2.對二襯砼裂縫的認識

2.1 裂縫產生的時間

二襯砼裂縫產生的時間各有差異，可能出現的時間分別為砼拆模后、砼澆筑后5d～6d、隧道貫通后.最長的可能達幾個月甚至一、二年。

2.2 二襯砼受力狀況分析

由目前較先進、并被廣泛采用的隧道新奧法（NATM）設計及施工理論的基本思想發現，隧道的外部荷載主要是圍巖壓力.隧道承載抵抗力主要是靠隧道初期噴錨支護將隧道周邊圍巖和初期噴錨支護結構組成綜合結構層形成的弧形拱力。《公路隧道設計規范》中明確規定：“計算復合式襯砌時，初期支護應按主要承載結構計算：在Ⅲ類及以下圍巖時二次襯砌砼考慮用作部分承載結構，在Ⅳ類及以上圍巖時考慮用作安全儲備。” 當二襯砼結構受到與設計狀態不同的應力，且這個應力超過二襯砼自身所能承受的應力時，二襯砼表面將出現水平、豎向、斜向等方向的裂縫。

3.裂縫成因分析

裂縫產生的原因，客觀上是由于地質影響因素存在的不可預見性而不可避免地產生裂縫：主觀上一方面是由于設計原因造成的，另一方面是由于施工管理不當造成的。

3.1 不可預見的地質影響因素

隧道工程屬于地下工程，其受力結構與外部荷載均與地質環境密切相關。首先，隧道地質環境受地殼運動的影響在不斷變化，但具體如何變化，變化量多大，難以精確地把握；其次，隧道施工時需爆破開挖，施工后要通車運營，這勢必會破壞隧道區域內原有巖體內的內力、水文地質等的原有平衡。雖然我們在施工和運營階段都可以采取各種措施，在一定程度上監控隧道地質環境的各種變異，但地質因素仍不可避免地影響隧道工程，當這個影響超過二襯砼自身所能承受的應力時，就會產生一些裂縫。

3.2 設計結構計算模式與實際有差異

公路隧道設計時一般根據隧道埋深情況.分為淺埋隧道和深埋隧道兩種情況。在淺埋情況下以洞頂上所覆土壓力作為設計荷載：深埋隧道設計時則考慮塌落拱效應，計算部分圍巖壓力。在荷載的計算中采用的是經過調查及試驗得到的圍巖物理力學參數。而這樣的設計模式存在著以下幾個方面的問題。

1）人為確定的隧道洞室荷載模式尚不能完全代表實際的洞室受力狀況，將受力復雜的地下工程采用簡單類似、受力明確的框架進行計算，忽略了圍巖不均勻性等多方面的特性，而這些特性恰恰是引起二襯砼開裂的重要原因。

2）設計中采用的許多圍巖物理、力學指標在洞室開挖后及運行過程中受地下水、車輛行駛振動等方面的影響而發生變化，但設計計算的過程是無法反映出這方面變化的，以定態參數設計的結構去適應動態的應力變化，難免會出現二襯砼設計抵抗應力達不到外界應力，故二襯砼會出現裂縫。

3）部分隧道洞室設計斷面結構形式與實際受力狀態不協調，即洞室斷面形式在圍巖壓力作用下，壓力拱軸線與斷面環向軸線不協調。斷面環向軸線越偏離受力拱軸線，則二襯砼斷面上產生的附加應力就越大，二襯砼就越容易出現裂縫。因此馬蹄形斷面形式的隧道較三心圓或割圓斷面形式的隧道出現裂縫的情況要多。

3.3 拆模過早

據調查，隧道襯砌出現裂縫段拆模時砼齡期均不大于l2小時，后經試塊試驗類比實測，拆模時砼強度只有1.1MPa，小于《公路隧道施工技術規范》要求的2.5MPa，難以達到砼自身抗壓和抗拉要求，致使隧道二次襯砌拱部和邊墻砼受自重作用而產生水平向的彎拉裂縫。同時，由于模板的拆除，使得襯砌內側變成了臨空面，襯砌邊墻由原來的部分受壓結構變成同時承受彎壓雙重作用結構，最終邊墻亦產生了水平裂縫；而砼齡期大于24小時拆模時，其砼自身強度大于2.5MPa，滿足《公路隧道施工技術規范》的要求，如圖一所示的隧道二次襯砌裂縫基本消失，因此，拆模過早是導致隧道二次襯砌產生裂縫的主要原因。

3.4砼配合比欠科學

襯砌采用泵送砼，水灰比大且砂細，砼早期強度低。拌合物粘聚I生和保水性比普通砼差，澆筑振搗容易使砼均勻性受到影響，同時，也會增大收縮變形。

3.5 襯砌厚度不均勻

光面爆破不夠完善，圍巖超挖部分襯砌變厚，而局部欠挖又侵入襯砌，使得襯砌厚度不均勻。由于襯砌局部偏簿等原因，在襯砌內形成了多處簿弱面。這些簿弱面受砼收縮、溫度變化等綜合作用而開裂，形成不規則的斜向和豎向裂縫。

4.二襯砌砼裂縫的防治措施

4.1 設計方面

1）切實加強地質勘察與試驗分析，提供準確的設計參數；

2）針對不同的地質條件。采用適宜的洞室斷面結構.不應在不同的地質條件下千篇一律地套用同一個洞室斷面結構形式；

3）設計人員應密切注意隧道工程的施工現場情況.根據具體施工工藝與地質情況及時修正設計；

4）建議適當地增加防水卷材的厚度.根據有關試驗驗證.防水卷材厚度以1.2mm～1.5mm為宜：

5）在條件允許的情況下，建議隧道二襯砼采用具有良好的整體抗拉及抗壓性能的鋼纖維砼。

4.2 施工方面

1）切實改進施工工藝.提高隧道開挖的光面爆破效果.同時改進爆破工藝，控制炸藥量.以減少開挖爆破時炸藥對圍巖的擾動。從而降低外部應力對二襯砼的影響；

2）必須保證初期支護的平順度及二襯砼的結構層厚度；

3）二襯砼每模長度不宜超過9m，以減少砼內部的收縮應力；

4）二襯砼宜采用較大的骨灰比，降低水灰比.并通過全面細致的試驗.保證砼外加劑的使用安全；

5）保證拆模時最后澆筑的二襯砼強度至少達到2.5MPa.同時減少拆模時對砼的撓動；

6）及時對二襯砼進行灑水（霧化水）養護，并采取必要措施嚴格控制砼溫度的急劇變化.要求砼拆模時的內外溫差不得大于20℃.養護期內砼表面溫度的變化速度不宜大于5℃/h；

7）認真貫徹新奧法施工要求，進行及時、詳細的施工量測，以量測的數據及時修正設計并指導施工。

5.結語

隧道襯砌裂縫和滲水病害的發生除不利的受力因素影響外，隨著大流動性、泵送混凝土施工技術的應用，混凝土的收縮、溫度（水熱化）、配合比及施工工藝不當等因素正在成為隧道病害發生的主要原因，應引起足夠注意。隧道襯砌裂縫及滲漏的預防應從結構、材料、施工工藝三方面綜合考慮。隧道襯砌裂縫及滲漏治理之前，應分析查明病害原因，對承載力影響不大的裂縫應采用壓漿法治理，滲水治理應根據滲水部位采用堵排結合方法，在堵水的治理中，化學壓漿法是比較可行的施工方法。

參考文獻

[1] 李建勝 隧道二次襯砌砼裂縫成因和防治探討[J] 《中國科技博覽》2012年11期

[2] 傅偉 周紅鋒 樊金甲 隧道二次襯砌砼裂縫的分析及防治[J] 《交通標準化》2005年第7期