公路隧道襯砌裂縫成因分析及防治研究

(重慶交通大學土木工程學院, 重慶 400074)

公路隧道襯砌裂縫成因分析及防治研究

范凱亮

(重慶交通大學土木工程學院, 重慶 400074)

隨著國家經濟的發展及交通方式的改進，公路隧道在各地興建，隨之必然會出現公路隧道的病害情況，公路隧道病害又包含了裂縫、坍塌、滲漏水、剝落、凍害、震害等形式，而隧道裂縫不僅嚴重影響結構的整體性又會加速其他病害的發展，所以本文著重介紹了公路隧道的襯砌裂縫的成因分析及防治研究

公路隧道；襯砌裂縫；成因分析；防治研究；連拱隧道

0 引言

近年來，我國高速公路的發展迎來了高峰期，隨之，大批公路隧道投入建設和應用，有效的緩解我國公路的發展壓力。公路隧道的迅猛發展的過程中，隧道的病害防治日益突出，而隧道襯砌裂縫的問題得到越來越多的關注。當前已建成及在建的隧道中存在著諸多的裂縫病害，而這些裂縫是如何形成的，對隧道結構有沒有沒影響，有多大的影響，如何去治理這些裂縫均已成為當務之急。本文就這一問題對隧道襯砌裂縫的成因及防治進行了研究。

1 隧道襯砌裂縫的成因分析

隧道襯砌裂縫產生的原因多種多樣，主要總結為以下幾個方面，首先是隧道襯砌材料的影響，其次是環境、溫度、濕度的的影響，然后是襯砌在結構中的受力影響，最后是施工方面、設計方面等的影響。

1.1 襯砌材料的影響

（1）水泥混凝土的自收縮性：由于隧道襯砌結構的主要材料便由水泥混凝土組成，所以水泥混凝土的自收縮性便顯得尤其重要。混凝土的收縮分為自收縮和干縮。混凝土的自收縮是不與外界進行水分交換的條件下，也就是在恒溫絕濕的條件下由膠凝材料的水化作用引起自身體積收縮；混凝土干縮指的是混凝土失去養護后，丟失內部毛細孔和凝膠孔1的吸附水而發生不可逆的收縮。因此在隧道施工

及運營過程中長期處于干燥的環境中容易引起混凝土的開裂。

（2）混凝土外加劑的影響：隧道襯砌過程中混凝土會添加一些外加劑來達到某些特殊要求，如在混凝土中添加泵送劑、減水劑等，這些不僅能夠減少混凝土的收縮變形還能控制混凝土的裂縫，但如果過量添加會產生一些不良效果反而促進了裂縫的發展。另外如果添加了緩凝劑和氯化鈣做催凝劑會進一步增加襯混凝土結構的收縮變形，使襯砌混凝土更容易產生裂縫。

1.2 外部環境的影響

外部環境對隧道襯砌混凝土的影響主要體現在三個方面，由環境溫度、濕度和混凝土內水泥水化熱引起溫度的變化。環境溫度降低的越大混凝土收縮變形就會越大，因此隧道結構在冬季會產生較大變形，尤其是在靠進洞口溫度較低處，最易出現裂縫。隧道所處環境濕度較大時也易引起襯砌結構的收縮變形，造成混凝土出現裂縫。

1.3 外力方面的影響

受外力作用引起的隧道襯砌混凝土裂縫的原因多種多樣，總結為松弛土壓、突發性崩塌、偏壓和坡面蠕動、滑坡、膨脹性土壓、承載力不足、水等作用。在松弛土壓影響下圍巖不能承受其自重在襯砌上產生豎直方向的外荷載，使拱出現裂縫；突發性崩塌時，圍巖突然落下對襯砌產生沖擊；在偏壓和坡面蠕動作用下易出現縱、斜、環向裂縫；滑坡時邊墻產生水平裂縫和錯位；膨脹性土壓作用下，圍巖易受膨脹產生向內部的擠壓力，產生水平張拉裂縫；承載力不足時，隧道基礎不均勻沉降產生環向和斜向裂縫；水壓力增大時，使襯砌收到側向壓力，易產生從拱部到邊墻的水平及環向裂縫。

1.4 施工方面的影響

施工方面對隧道襯砌裂縫的影響也是多種多樣，具體概括為以下幾種：（1）回填不密實或存在空間，可能造成邊墻、起拱線附近拱肩開裂和錯縫（2）施工過程偷工減料、支護不及時或根本不支護容易導致圍巖條件惡化使襯砌結構產生裂縫（3）邊墻基礎底部廢渣未清除干凈就直接灌注邊墻混凝土，破碎泥巖遇水軟化致使邊墻承載力不足、邊墻下沉等，導致邊墻混凝土出現縱向水平裂縫。

2 隧道襯砌裂縫的防治研究

由于隧道襯砌裂縫的產生原因多種多樣，其防治措施必定也是視病害而不同，為了減少、緩解襯砌結構裂縫的發展，我們提出幾種預防和治理的措施。

(1)嚴格把控設計施工：合理的設計襯砌結構使契合圍巖，保證結構的完整性；施工時必須嚴格把控從進料、裝卸到施工、養護的每個方面，以提升隧道襯砌結構的質量。

(2)裂縫表面涂抹：裂縫表面涂抹法主要是對于裂縫寬度較小（通常小于0.3mm）、無明顯剪切滑移和滲漏水現象、對襯砌結構承載力影響較小、幾乎不影響隧道安全和使用的裂縫。涂抹時要保證灰漿能夠進入到微裂縫的空隙當中，涂刷時厚度應小于0.2mm。

(3)優化鉆眼、爆破水平：提高鉆眼和光面爆破的水平，加強隧道開挖斷面的檢測以及控制隧道輪廓的開挖，都有利于減少隧道襯砌結構裂縫的形成和發展。

(4)裂縫埋管灌漿：埋管灌漿是針對于較大裂縫（寬度在0.3mm～0.5mm之間）、范圍較大或產生錯動現象、對結構穩定性產生危害的裂縫進行治理。

(5)避免施工過程中出現的隧道襯砌結構背后出現空洞等現象，發現后必須馬上加以處理，主要通襯砌結構背后注漿的方式處理。

(6)對隧道襯砌結構的一般性裂縫還可以通過掛網噴射混凝土、加設錨桿來增強襯砌結構的穩定性，并改善裂縫帶來的危害。

3 對連拱隧道襯砌結構裂縫的防治

公路隧道迅速發展，單拱隧道已很難滿足交通的要求，連拱隧道便快速發展，由于大部分建成隧道都為連拱隧道，這里重點介紹連拱隧道的襯砌裂縫治理措施。由于雙連拱隧道的設計和施工特點，這里對其隧道襯砌裂縫的防治總結為以下幾點：

（1）由于雙連拱隧道位置大多處于淺埋和偏壓地段，地質類型、條件往往較差，施工過程中的監測、測量等就顯得尤為重要，保證測量監測數據的準確性，并以監測數據指導施工，保證每一道工序都能及時合理的完成。

（2）連拱隧道的特殊地質條件，特別是隧道進口段對于Ⅳ、Ⅴ級圍巖，NATM法已不能廣泛的適用于此種情況。施工擾動后，本就處于淺埋和偏壓地段的隧道結構，如果不能快速的跟上隧道的二襯施工，洞口段便很容易發生坍塌等情況。

（3）隧道的設計及施工時，要完善防排水系統，實時監測隧道內部的防排水情況，避免隧道內部積水造成圍巖侵蝕、結構軟化、基底疏松等問題，并提前做好積水的預處理的方案。

4 結語

隨著隧道技術的廣泛應用，隧道襯砌裂縫問題必然會成為又一熱門領域，而對于隧道襯砌裂縫的防治我們應遵循“預防為主，治理為輔，防治結合”的基本原則，而本文剖析了隧道襯砌裂縫的形成原因及對裂縫防治進行了研究，并對雙連拱隧道襯砌裂縫的防治進行了專項研究，希望可以對隧道襯砌裂縫的研究提供參考。

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1007-6344（2017）08-0351-01

范凱亮，男，山東日照人，工程力學專業