隧道襯砌結構常見的裂損問題以及防治方法分析

李 勇

(1.西南交通大學，四川 成都 610000； 2.中鐵城市發展投資集團有限公司，四川 成都 610000)

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·橋梁·隧道·

隧道襯砌結構常見的裂損問題以及防治方法分析

李 勇1,2

(1.西南交通大學，四川 成都 610000； 2.中鐵城市發展投資集團有限公司，四川 成都 610000)

簡述了隧道襯砌裂損缺陷的類型，基于隧道襯砌裂損的防治原則，從嵌補、錨桿、增加套拱等方面，介紹了一些常用的隧道襯砌加固措施，旨在確保隧道的正常運營。

隧道，裂損缺陷，加固措施，巖體

隨著我國基礎建設要求的不斷提高，基礎設施的建設進一步完備，我國的隧道也得到了空前的發展。目前，我國已經成為了世界上擁有隧道最多的國家，而且發展速度遙遙領先。隧道已經成為城市中最重要的出行設施，客流量不斷上漲，可以預見，如果在這種情況下隧道發生問題，那么就會造成相當嚴重的生命和財產損失。最近，很多技術人員和研究人員發現，在施工以及運營過程中，隧道會由于周邊環境的影響，水體、凍害還有不良地質的侵蝕，逐漸發生開裂、變形等問題，承載能力下降，使用壽命下降，安全不能保證，甚至可能出現坍塌的危險，對隧道裂損進行分析與防治迫在眉睫，因此本文針對隧道存在裂損情況以及如何進行防治進行了研究。

1 隧道襯砌裂損缺陷的分類

根據統計，按照隧道襯砌不同的裂損現象特征，將隧道襯砌的裂損分為三種類型。第一種裂損類型是隧道襯砌變形。這主要是基于隧道受到外力作用產生的結構形變，分為縱向受力變形與橫向受力變形兩種。縱向變形是由于隧道承受縱向力引起的變形，橫向變形是由于橫向擠壓引起的形變。第二種裂損類型是襯砌的位移。襯砌位移同樣也分為兩種情況，橫向位移與縱向位移，一般是指整個隧道襯砌的整體或者其中一部分結構出現下沉、平移和轉動等位置的變化。第三種裂損類型指的是隧道襯砌的開裂。襯砌的開裂是由于襯砌變形造成的結果，表現為在隧道襯砌的表面出現裂紋、裂縫以及裂縫最后導致的結構整體貫穿等。開裂分為張裂、壓裂和錯臺幾種。張裂是由于襯砌受到拉力超過混凝土的抗拉導致混凝土結構表面被拉裂從而出現裂縫；壓裂是混凝土承擔的壓力超過極限荷載；錯臺則是因為結構受到剪力的影響而引起的裂縫，由于剪力是作用在隧道襯砌的整個平面上，就造成結構被劈為兩半，結構表面與結構深處的裂縫寬度一樣。

2 隧道襯砌出現裂損的防治方法

1)裂損防治原則與巖體加固措施。

隧道襯砌裂損的防治原則要以保證人身安全與生命財產為主，對于已經出現的裂損，要保證裂損情況不會繼續發展，消除裂損對襯砌可能造成的危害，采取措施防治裂縫的繼續擴大，然后結合采取措施穩定襯砌外部的圍巖，將加固圍巖與加固襯砌結合起來，共同保證襯砌安全。

想要對巖體進行加固，首先要解決地下水對巖體的加固問題。因為地下水的浸泡對于圍巖的安全性影響是最大的，所以在加固之前必須將襯砌周邊的地下水疏干，并采取相應的措施。在地下水疏干以后，可以采用錨桿加固的方法對周邊巖體進行加固。如果巖體的整體性比較好，可以從襯砌的內部向巖體釘入深度大約為3 m～5 m深的金屬錨桿或者砂漿錨桿。這樣可以將不太穩定的周邊巖體與深處情況穩定的巖體結合在一起，提高巖體的整體性，并形成能夠承擔更大壓力的承載拱，而且通過錨桿可以把水平的不同層的巖體結合形成一個組合梁體，這個組合梁能夠分擔一部分襯砌受到的荷載。因此采用錨桿加固的方法不僅可以有效地對巖體的變形以及穩定性進行控制，還能夠幫助巖體從對襯砌不利的受力狀況向有利的受力狀況轉變，形成新的穩定結構，提高安全性與整體性。如果巖體整體性較差，可以采用注漿加固的方法對巖體進行加固。這種方法是采用加大壓力向巖體注入一定量的水泥漿液或者其他化學漿液，將圍巖周邊的地下水體頂開，然后與破碎的巖體反應生成強度，在隧道襯砌的周圍形成一個厚實的水泥固結圈。這個圈可以有效地將水體隔開，也能夠增強襯砌的穩定性，防止地下水的再次侵蝕，同時形成受力拱，也可以提高襯砌的抗壓強度，使得作用在襯砌上的地層壓力大小與受力分布發生變化。

同時除了對巖體進行加固，還可以同時采取對加固巖體進行支擋的方法增強巖體的安全性與穩定性。這主要是針對存在滑坡問題的地段、沿河或者靠山的地段，因此可以都采用錨固沉井、錨固打樁以及增加擋墻等方法對山體的失穩與滑坡進行預防。如果襯砌周圍還存在著大小的空隙，也會造成襯砌受力分布不均，而且空隙的存在也會使得襯砌周圍的支撐條件惡化，造成受力集中，最終因為集中受力造成襯砌結構部分開裂，降低襯砌的有效承載能力。因此防治的方法就是要對圍巖的空隙采取回填的方法均勻圍巖的受力情況，可以采用砂漿或者混凝土。如果在隧道的底部存在受力情況較差的軟弱地基或者不穩定的填充物，還應當對地基進行換填，提高隧道底部的承載能力。

2)隧道襯砌的加固措施。

一般隧道中的襯砌即使發生裂損的問題，對于其承載能力的影響也不會太大，如果襯砌周邊圍巖的加固條件不好或者在經濟上對加固存在一定問題的情況下也可以采用對隧道襯砌加固的方法提高襯砌本身的安全性，甚至可以更換襯砌。

對于已經穩定的裂縫，可以采用嵌補的方法進行加固，即采用水泥漿、環氧樹脂砂漿或者環氧樹脂混凝土對混凝土裂縫進行修補。如果裂縫的發展速度較快，可以先設立鋼拱架對周邊襯砌進行支撐。如果需要對上部襯砌進行加固可以采用鋼拱架對上部襯砌進行支撐，如果隧道內部的空間不足，可以在鋼拱架上面直接現澆混凝土形成內支撐，增強隧道襯砌的承載能力，這種方法在襯砌的厚度較薄或者襯砌已經嚴重碎裂的情況下不適用。

如果隧道內部襯砌發生了空鼓或者移動，則可以采用錨桿對于巖體進行加固，錨桿的設置位置可以沿著裂縫的走向在裂縫兩邊進行布置，對襯砌的局部進行加固，如果情況比較危險也可以做全斷面加固，把巖體與襯砌加固結合在一起，形成一個受力均勻的壓縮帶，提高結構的支撐能力。錨桿的設置應當在噴漿加固以后的兩周進行，錨固段設置在圍巖當中，采用噴射混凝土把分裂開的巖體重新組合到一起，將裂縫重新閉合，較大幅度地提高圍巖的承載能力，提高結構的抗沖切能力。

如果襯砌的混凝土質量較差，混凝土厚度不足，而且受到侵蝕，混凝土表面掉落嚴重，采用通常的加固方法效果不大，因此在隧道襯砌的內部凈空存在富余的情況下可以在襯砌的內部增加套拱或者在隧道全斷面增加套拱。在套拱與隧道襯砌之間采用鉚釘進行連接，打入襯砌當中大約50 cm，套拱中采用的骨架可以用鋼骨架也可以采用同等強度的鋼筋所替代，間距設計為大約80 cm，縱向采用拉桿焊接。然后對鋼拱架進行混凝土灌注，灌注混凝土強度不低于C20，套拱進行拆模以后再進行壓漿，填充后面的空隙，把新拱圈與舊拱圈結合在一起，如果澆筑混凝土難度較大，也可以采用噴射混凝土進行加固。如果襯砌的破壞情況非常嚴重，承載能力將要喪失，采用加固的方法已經不能夠保證襯砌的承載能力的時候，則可以采用全拱進行更換的方法恢復襯砌的承載力，達到徹底根除病害的目的。

3 結語

隧道襯砌在施工與運營當中出現裂損等病害對于隧道的影響是非常大的，如果不及時進行處理與防治，容易造成更大的影響與問題，因此對于隧道裂損進行分類認知，并采取不同的手段進行防治與處理，及時恢復隧道襯砌的承載能力是至關重要的，本文對隧道的問題與防治措施進行了分析與闡述，提出了自己的見解。

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Analysis on common crack problems and prevention methods of tunnel lining structure

Li Yong1,2

(1.SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610000,China； 2.ChinaRailwayUrbanDevelopmentInvestmentGroupLimitedCompany,Chengdu610000,China)

This paper briefly described the type of tunnel lining crack defects, based on the prevention and treatment principle of tunnel lining cracks, from the patching, bolt, cover arch increasing and other aspects, introduced some common tunnel lining reinforcement measures, to ensure the normal operation of tunnel.

tunnel, crack defect, reinforcement measure, rock mass

1009-6825(2017)06-0172-02

2016-12-13

李 勇(1975- )，男，在讀工程碩士，高級工程師

U457

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