公路隧道二襯裂縫成因的快速判別

張明業(yè) 王媛媛

摘 要：從外力、設(shè)計(jì)、施工、材料等因素對(duì)公路隧道二次襯砌裂縫成因進(jìn)行分析，不同成因的裂縫具有不同的表現(xiàn)形式，可根據(jù)裂縫形態(tài)、裂縫延續(xù)性、裂縫所處位置等特征判斷裂縫成因，并分別繪制縱向裂縫、斜裂縫、環(huán)向裂縫及其他不規(guī)則裂縫成因的快速判別圖示。

關(guān)鍵詞：公路隧道；裂縫成因；快速判別

中圖分類號(hào)：U451.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）24-0076-02

0 引言

我國(guó)公路隧道建設(shè)迅速，很多隧道二次襯砌存在裂縫。襯砌的開裂不僅降低隧道運(yùn)營(yíng)耐久性，嚴(yán)重者會(huì)造成隧道結(jié)構(gòu)破壞。而且裂縫是水進(jìn)入隧道的通道，造成二襯中鋼筋的腐蝕以及威脅行車安全，詳見圖1、圖2。公路隧道二襯出現(xiàn)的裂縫會(huì)因?yàn)槌梢虻牟煌霈F(xiàn)不同的表現(xiàn)形式，準(zhǔn)確判斷裂縫成因是對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)及選擇合適的治理方法的基礎(chǔ)。

1 公路隧道二襯裂縫成因分析

1.1 襯砌外力作用

（1）塑性地壓。隧道開挖會(huì)引起圍巖應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，當(dāng)隧道上部土體自重大于襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或襯砌強(qiáng)度不足的情況下，塑性壓力將成為隧道襯砌上的重要荷載。塑性地壓的主要影響因素是圍巖壓力及圍巖強(qiáng)度，多發(fā)生于綠凝灰?guī)r地區(qū)泥巖、凝灰?guī)r中。（2）松散土壓。由于風(fēng)化及水的作用，圍巖強(qiáng)度降低，圍巖壓力會(huì)逐年增加，易在拱頂產(chǎn)生空洞、裂縫，嚴(yán)重者會(huì)造成襯砌破壞，詳見圖3。（3）偏壓。因?yàn)榈匦蔚牟粚?duì)稱或者是地質(zhì)巖層帶來的影響，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)兩面荷載形成不對(duì)稱，偏壓使隧道襯砌拱肩產(chǎn)生縱向及斜向開裂，拱和墻的接縫易產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，詳見圖4、圖5。（4）承載力不足。此種情況常發(fā)生于洞口部位及風(fēng)化變質(zhì)的斜坡地形。隧道邊墻縱向地基承載力不均勻時(shí)，邊墻會(huì)產(chǎn)生垂直開裂，橫向地基承載力不均勻時(shí)，襯砌頂部會(huì)產(chǎn)生縱向開裂。（5）地基下沉。石灰?guī)r發(fā)育的地層有可能形成地下空洞，礦產(chǎn)的地下采空區(qū)或者人類活動(dòng)引起的近接施工都有可能引起隧道的沉降。（6）膨脹性土壓。膨脹性土壓是風(fēng)化圍巖與含有粘土礦物圍巖的體積膨脹所導(dǎo)致的，如果有接縫那么就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)，如果拱頂空洞，那么襯砌就會(huì)上臺(tái)，進(jìn)而導(dǎo)致拱頂局部坍塌，詳見圖6。（7）水。包括水壓力與因水引起的凍脹力。當(dāng)凍脹壓力大于襯砌受力極限狀態(tài)，邊墻易產(chǎn)生水平或環(huán)狀開裂。嚴(yán)重者造成拱頂局部壓潰。（8）溫度應(yīng)力。常見環(huán)向裂縫沿隧道軸線方向。（9）其他荷載作用條件下襯砌發(fā)生疲勞破壞而產(chǎn)生的裂縫。

1.2 襯砌材質(zhì)的劣化

（1）經(jīng)年劣化。指襯砌混凝土隨時(shí)間推移的劣化，主要是混凝土碳化?；炷撂蓟瘯?huì)使混凝土強(qiáng)度降低，再加上其他因素的作用而產(chǎn)生裂縫；（2）凍害。在寒冷及地下水豐富地區(qū)，凍害是襯砌劣化的主要原因；（3）水。地下水豐富地區(qū)，水中含有對(duì)混凝土有害的成份，特別是其呈酸性及含鹽時(shí)，是襯砌劣化的主要原因。

1.3 施工因素

（1）施工過程中未處理好施工縫、變形縫，易出現(xiàn)平行于隧道襯砌環(huán)的裂縫；（2）施工技術(shù)條件限制，施工質(zhì)量管理不善等因素，修成的隧道襯砌就會(huì)在施工縫出出現(xiàn)裂縫，還有可能會(huì)在襯砌的混凝土表面出現(xiàn)蜂窩麻面等問題，導(dǎo)致承載力能力降低；（3）施工測(cè)量放線如果出現(xiàn)了問題，或者是欠挖、模板拱架支撐出現(xiàn)了變形以及塌方等，都可能會(huì)影響到襯砌，導(dǎo)致襯砌的承載能力降低；（4）因?yàn)槭┕し椒ɑ蛘呤鞘┕そM織上出現(xiàn)問題，導(dǎo)致不能及時(shí)成環(huán)，會(huì)使得支撐穩(wěn)固條件以及強(qiáng)度都達(dá)不到要求，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致不均勻沉降以及拱腳的移動(dòng)，此時(shí)就會(huì)在拱頂與拱腰上出現(xiàn)裂縫；（5）回填不密實(shí)，拱腰會(huì)承受較大荷載，而拱頂在一定范圍沒有壓力，從而形成對(duì)拱部襯砌不利的“馬鞍型”受力狀態(tài)，導(dǎo)致拱腰內(nèi)移張裂、相應(yīng)拱頂上移、內(nèi)緣受擠壓等常見病害。

1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素

（1）隧道設(shè)計(jì)時(shí)，因圍巖級(jí)別與實(shí)際圍巖有差距、襯砌類型選擇不當(dāng)，襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖實(shí)際荷載不相適應(yīng)而引起裂縫；（2）隧道穿過偏壓地段，沒有采用抗偏壓襯砌；（3）隧道穿過斷層破碎帶、褶皺區(qū)等局部圍巖松散壓力或結(jié)構(gòu)力較大的地段，襯砌結(jié)構(gòu)沒有相應(yīng)地采取加強(qiáng)措施；（4）基底軟弱和易風(fēng)化圍巖地段，未設(shè)可靠防水設(shè)施，混凝土鋪底厚度及強(qiáng)度不足，使得隧道發(fā)生不均勻沉降。

2 裂縫成因的快速判別

準(zhǔn)確判斷襯砌裂縫成因是對(duì)其評(píng)價(jià)及選擇合理的治理方法的基礎(chǔ)。可根據(jù)裂縫的延伸方向可分為（縱向裂縫、斜裂縫、其他不規(guī)則裂縫）、裂縫所處位置（拱頂、拱腰、邊墻、路面）、裂縫的形態(tài)（彎張裂縫、壓剪裂縫、扭彎裂縫、剪切裂縫）等裂縫特征可大致判斷裂縫成因，詳見圖7、圖8。

3 結(jié)語

（1）公路隧道二襯裂縫按照延伸方向可分為縱向裂縫、環(huán)向裂縫、斜裂縫、及其他不規(guī)則裂縫。按照受力形態(tài)不同，可分為受彎張口型裂縫、受剪錯(cuò)臺(tái)型裂縫、扭彎裂縫、壓碎型裂縫、收縮受拉環(huán)向裂縫等。（2）二襯裂縫成因有外力作用、施工因素、襯砌材質(zhì)劣化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素。其中外力作用可分為塑性地壓、松散地壓、偏壓、地基承載力不足、膨脹性土壓、水壓等。詳細(xì)總結(jié)了不同外力作用形式的產(chǎn)生條件，及對(duì)隧道襯砌的影響。（3）不同裂縫成因下的襯砌裂縫將呈現(xiàn)不同的表現(xiàn)形式，可根據(jù)裂縫形態(tài)、裂縫延續(xù)性、裂縫所處位置等特征判斷裂縫成因，分別總結(jié)了縱向裂縫、斜裂縫、環(huán)向裂縫及其他不規(guī)則裂縫成因的分類及判別。

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