重慶地鐵隧道襯砌混凝土開裂及原因分析

張國華，游元明，林文修，李志坤

（1中鐵重慶地鐵建設指揮部 重慶 401120；2重慶市建筑科學研究院 重慶 400016）

0 前言

地鐵工程屬大體積地下工程，技術復雜，投資巨大，是百年大計，混凝土除強度等級應滿足設計要求外，還必須考慮混凝土結構抗開裂性與耐久性。隧道襯砌混凝土對隧道周邊圍巖起到一定的穩定和支護作用，同時也起到防水和美觀功能。重慶市是典型的山地城市，地形高低不平，參差錯落，地鐵線路更復雜，施工技術難度更大。本文針對重慶市已通車的地鐵1號線較場口至小什字段、3號線嘉州路至紅旗河溝段、6號線高義口至悅來段的隧道襯砌混凝土開裂情況進行了調研，并對裂縫型式、寬度、深度進行了檢測分類，進而分析了裂縫的產生原因。

1 重慶地鐵隧道襯砌混凝土開裂現狀調查

1.1 軌道交通6號線高義口至悅來段

圖1 6號線高義口-悅來段（約3.5km）

軌道交通6號線高義口至悅來段隧道全長約3.5km，屬于6號線國博支線禮嘉-悅來段，見圖1。該段地鐵于2013年5月15日開通運營，調研時混凝土齡期在5年左右。調查中發現，該段隧道地下水豐富，多處滲漏明顯。可根據裂縫與隧道軸向相互關系分為縱向裂縫、環向裂縫與斜向裂縫，見圖2-圖4。隧道襯砌混凝土沿軸向約20m設一收縮縫，裂縫分布具有一定規律性：

圖2 縱向裂縫

圖3 環向裂縫

圖4 斜向裂縫

（1）縱向裂縫基本與隧道軸線平行，裂縫隨機出現，位置大體在距隧道底部1.5～2.5m范圍內，裂縫寬度0.5～3.0mm，以0.5～1.5mm居多，長度在3～20m不等，該類裂縫表面大部分未發現滲水痕跡。

（2）環向裂縫與隧道軸向垂直，出現在相鄰兩條收縮縫中間位置，裂縫寬度0.2～2.0mm，向下延伸至隧道底部，向上延伸至隧道側墻與隧道頂交界處，大多數此類裂縫表面未見明顯滲水現象。

（3）斜向裂縫與隧道軸線成一定夾角，方向隨機，一般出現在收縮縫與環向裂縫之間，裂縫寬度0.3～2.5mm，向下延伸至隧道底部，向上延伸至隧道側墻與隧道頂交界處，此類裂縫表面一般有滲水痕跡。

調查中還發現，隧道收縮縫處滲水明顯，水量大時有明水流出，表面附著有明顯的析出物，見圖5。經取樣檢測，該析出物質呈堿性，以Ca(OH)2、CaCO3為主。收縮縫延伸至隧道頂部，表面仍有明顯滲水痕跡，見圖6。

圖5 隧道滲水與析出物

圖6 隧道頂部收縮縫與滲水

1.2 軌道交通3號線嘉州路-紅旗河溝段

軌道交通3號線嘉州路-紅旗河溝段隧道長約1.2km，見圖7。2011年9月29日開通運營，調研時混凝土齡期在5～10年。

圖7 軌道交通3號線嘉州路-紅旗河溝段

該區域內無滲水現象，隧道內干燥，無明水，縱向、環向、斜向三種形態裂縫均有，見圖8-圖10，從粘貼的玻璃片觀察，裂縫均有繼續發展的趨勢。具體性狀如下：

圖8 縱向裂縫

圖9 環向裂縫

圖10 斜向裂縫

（1）縱向裂縫隨機出現，位置大體在距隧道底部1.5～2.5m范圍內，裂縫寬度0.3～1.0mm，長度在1～10m不等，裂縫表面干燥，無滲水痕跡。

（2）環向裂縫出現在相鄰兩條收縮縫中間位置，裂縫寬度0.1～1.5mm，向下延伸至隧道底部，向上延伸至隧道側墻與隧道頂交界處，裂縫表面干燥，無滲水痕跡。

（3）斜向裂縫方向隨機，一般出現在收縮縫與環向裂縫之間，裂縫寬度0.4～2.0mm，向下延伸至隧道底部，向上延伸至隧道側墻與隧道頂交界處，裂縫表面干燥，無滲水痕跡。

1.3 軌道交通1號線較場口-小什字段

軌道交通1號線較場口-小什字區間K1+157-K1+618段隧道長約450m，見圖11。該隧道于2011年7月28日建成通車，檢測調研時混凝土齡期約5年左右。調研中發現，該段隧道存在縱向、環向及斜向裂縫，縱向裂縫寬度0.1～0.5mm，環向裂縫0.4～2.0mm，斜向裂縫寬度0.2～0.7mm，具體情況見圖12-圖14以及表1。

圖11 軌道交通1號線較場口-小什字段

表1 裂縫情況描述

圖12 縱向裂縫

圖13 環向裂縫

圖14 斜向裂縫

2 裂縫開裂原因討論與分析

造成地鐵隧道襯砌混凝土開裂的原因很多，也很復雜。有受圍巖變形壓力或不均勻沉陷引起的，也有由材料收縮變形如溫度收縮、干縮等原因引起的，還有施工工藝技術和養護不當引起的，以及受到外部作用力引起。對各種導致隧道襯砌混凝土開裂的因素，其作用機理也不同[1-3]。

從已調研的3段地鐵隧道裂縫情況看，現場未發現地基不均勻沉降等現象，結合已調查裂縫的分布、寬度、位置以及走向等特征分析，可推斷引起開裂的原因主要包括以下方面：

（1）混凝土自身的收縮變形，包括溫度收縮、干縮，這是引起環向裂縫的主要原因[4-5]。

（2）施工工藝與技術不合理，混凝土分層澆筑分層太厚、層與層間界面處理不當、澆筑無故中斷、未考慮大體積混凝土水化溫升問題，這些是造成縱向裂縫、斜向裂縫的主要原因[6-8]。

3 結論

通過對軌道交通6號線高義口-悅來段、3號線嘉州路-紅旗河溝段以及1號線較場口-小什字段隧道襯砌混凝土開裂的調研，可得出以下結論：

（1）裂縫可分為縱向裂縫、環向裂縫與斜向裂縫等3種類型；

（2）混凝土自身的收縮變形（包括溫度收縮、干縮）是引起襯砌混凝土開裂的原因之一，這也是引起環向裂縫的主要原因；

（3）施工工藝與技術不合理也是引起襯砌混凝土開裂的原因之一，混凝土分層澆筑分層太厚、層與層間界面處理不當、澆筑無故中斷、未考慮大體積混凝土水化溫升問題，這些是造成縱向裂縫、斜向裂縫的主要原因；

（4）軌道交通6號線高義口-悅來段有滲水現象，其余2段均無滲漏現象。6號線高義口-悅來段隧道外圍地下水水位較高，富含鹽類物質。該段隧道以收縮縫處滲水最為明顯，下雨時有明水流出，表面附著有明顯的析出物。經取樣檢測，該析出物質呈堿性，以Ca(OH)2、CaCO3為主；

（5）混凝土開裂后，碳化速度加快，混凝土耐久性能受到影響。當局部地區地下水中富含鹽類物質，鹽溶液將沿裂縫進入混凝土，反復溶解結晶，將嚴重影響混凝土的耐久性能。

[1]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社，1997：5-6.

[2]蘇生.公路隧道二次襯砌開裂機理與抗裂性試驗研究[D].杭州：浙江大學，2008.

[3]蒲春平，夏才初，李永盛，等.隧道的溫度應力及由其引起的裂縫開展規律的研究[J].中國公路學報，2000（2）.

[4]陳澤魁.公路隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治[J].廣東建材，2005（8）.

[5]劉庭金，朱合華，丁文其.某高速公路隧道二次襯砌安全性分析[J].巖石力學與工程學報，2004（2）.

[6]盛堂興.深圳地鐵某車站結構裂縫滲漏治理[J].隧道建設，2005，25(b06)：52-55.

[7]高懷志，李養平，郝挺宇，等.天津地鐵鋼筋混凝土框架混凝土滲透性檢測與分析[J].混凝土，2005（9）：94-96.

[8]劉斯鳳，秦鴻根，龐超明.地鐵混凝土的抗裂防滲性能研究[J].三峽大學學報，2006（1）：48-50.