高速鐵路隧道二次襯砌混凝土裂縫分析 與預防及整治

湯建和

（中鐵八局市政公司， 貴州 貴陽 550022）

1 中國高速鐵路的發展

高鐵改變生活，中國高速鐵路最近10年來取得了舉世矚目的偉大成績，并作為正朝著中華民族偉大復興的“中國夢”不斷前進的中國在世界的一張靚麗名片。目前我國已建成通車的高速鐵路已超過2.2萬公里（含新建時速250～350km以及時速250km以下客運專線、城際鐵路）。高速鐵路的質量和安全是“百年大計”，更是關乎人民生命的頭等大事。

2 高速鐵路隧道工程質量現狀

隧道做為高速鐵路的線下土建重要結構物，在我國很多條高速鐵路線上都占到了較高的比例，隧道工程的質量更是確保高速鐵路安全的重要組成部分。但目前由于對高速鐵路隧道的認識以及受傳統隧道施工觀念的影響等各方面原因，我國在建或已通車營運的高速鐵路隧道二次襯砌混凝土質量問題還是比較突出，特別是隧道二次襯砌混凝土裂縫病害對行車安全、隧道的穩定和耐久性影響較大，一些高鐵隧道這方面造成的經濟損失和社會影響都較大。

3 高速鐵路隧道襯砌裂紋成因分析

高速鐵路隧道與普通鐵路隧道相比，有其顯著的特點，對二次襯砌混凝土有更多更高的要求。一是與低速普通鐵路隧道相比，為了減輕高速行車條件下隧道瞬間氣壓變化產生的空氣動力效應，高速客運專線隧道采用了大斷面的雙線隧道，一般斷面積都達到了100m2，甚至120 m2以上，由于隧道斷面積較大，受力比較復雜，初期支護和二次襯砌混凝土強度等級都較一般鐵路隧道有所提高，需要配置高性能混凝土，才能保證結構的穩定性和耐久性。二是相對于普通鐵路隧道，高速鐵路隧道對結構防水提出了更高要求，隧道防水要達到一級防水標準。

混凝土裂縫是混凝土結構由于內外因素的作用而產生的物理結構變化，而裂縫是混凝土結構物承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。隧道二次襯砌混凝土裂縫的形式，單獨來看一般有縱向裂縫、環向裂縫和斜向裂縫等，同一部分隧道二次襯砌裂縫多是這三種裂縫的組合形式。其中縱向裂縫危害最大，隧道掉拱、邊墻剪斷等多由縱向裂縫發展嚴重導致。環向裂縫和斜向裂縫要視其裂縫發育程度、裂縫寬度和深度綜合來判斷對隧道的防水及穩定性和耐久性的影響。

3.1 隧道開挖及初期支護階段

隧道施工的初期支護是新奧法隧道施工的主要承載結構，初期支護既是保證開挖施工過程的安全，也是復合式襯砌的主要承載結構。因此，隧道初期支護設計不到位和施做質量不好也是隧道襯砌裂縫產生的重要因素之一。在實際的隧道開挖及初期支護施工階段，往往由于以下原因，造成初期支護質量存在隱患，從而為襯砌混凝土裂紋產生埋下禍根，并且不容易引起足夠的重視：

（1）設計不到位或沒有根據隧道開挖揭示的實際圍巖級別，變更優化初期支護參數；

（2）施工時沒有嚴格按照設計或變更設計認真施做初期支護或開挖后造成欠挖，二次襯砌厚度不足。

（3）隧道邊墻基礎開挖后存在虛碴，也是容易造成襯砌開裂。

以上幾方面造成襯砌施工完后初期支護繼續變形過大，混凝土二次襯砌受到的圍巖壓力過大或應力集中，從而造成二襯混凝土開裂。

3.2 隧道二次襯砌施工階段

目前高速鐵路隧道二次襯砌施工大都采用自建拌合站攪拌、整體式模板臺車、泵送混凝土施工工藝。襯砌混凝土原材料、配合比設計、攪拌、運輸、澆筑、臺車剛度及脫模時間控制、養護及壓漿等混凝土施工的關鍵過程，沒控制好，從而造成混凝土自身開裂。

原材料：目前混凝土原材料中，地材（砂石）的質量，特別是含泥量過大，會影響混凝土拌合物的和易性和混凝土的強度和耐久性，另外砂石料來源廣泛，波動較大，也是控制的難點。在原材料這一方面是造成混凝土開裂的主要因素。

混凝土配合比：現代高性能混凝土品種的多樣，原材料組分的選擇和配制較繁雜，迄今仍沒有一個公認的簡單的配合比設計方法，混凝土配合比設計是一道復雜技術題。配合比設計必須要經過計算、試配和調整三個階段，根據所用的原材料的實際質量狀況，科學地確定合理的配合比。配合比設計必須要有科學性和針對性。混凝土配合比選擇不當，從而給隧道二次襯砌混凝土開裂也容易埋下隱患。

混凝土的攪拌：配置隧道襯砌高性能混凝土，規范里都有對攪拌方面的相應規定，如攪拌方式，攪拌時間，加料順序等，但在現場施工中，特別是攪拌時間，控制不好，造成混凝土和易性不好，從而影響混凝土的質量。

混凝土的運輸：混凝土在運輸及現場等候方面，因施工組織等原因發生時間滯后，造成混凝土塌落度損失較大，甚至往混凝土拌合物里加水，這些都對混凝土質量造成了非常不利影響。

混凝土的澆筑：現代高速鐵路客運專線隧道施工，二襯混凝土基本都采用泵送和臺整體式模板臺車施工。目前在這一環節，存在以下問題：臺車混凝土入模開倉數量不組，布置不合理，從而造成混凝土連續搭接不好，加上混凝土振搗不密實以及防水板鋪設松弛度控制不好，造成襯砌混凝土厚度不足等都給混凝土開裂埋下隱患。

臺車剛度及脫模時間控制：隧道二襯臺車若剛度偏小以及隧道施工過程中因受工期或安全距離控制影響，造成現場二襯混凝土脫模過早，都可能造成襯砌混凝土開裂。

養護：二襯混凝土脫模后，施工單位現場往往忽略襯砌混凝土的養護，也是容易造成混凝土收縮開裂。

背后壓漿：隧道二次施工完后，現場很長一段時間，不對襯砌背后進行壓漿，使隧道初期支護與二次襯砌長時間沒有形成一個整體，共同承受圍巖壓力，就容易造成二次襯砌因受力不均，造成混凝土開裂。

另外二襯混凝土施工縫處理不當，也是容易造成混凝土裂縫。

3.3 隧道襯砌裂縫產生其他原因分析

（1）在開挖及初期支護施作中，對巖溶塌方等不良地質處置不徹底，二次襯砌施工完后，不良地質繼續發展變化。

（2）二襯混凝土施工封閉完后，洞身周圍巖體整體性降低，地下水非常發育，而隧道排水又不暢，襯砌受到的水壓力過大。

（3）以及較大的地質活動甚至地震。

（4）開挖爆破掌子面太近，爆破震動過大都可能造成已施工完的襯砌開裂。

（5）隧道二次襯砌施做的時間，沒有嚴格根據對隧道的監控量測數據分析上，在最佳時間（圍巖基本穩定）進行施做或。

4 隧道二次襯砌裂縫的預防

針對隧道二襯混凝土在各個階段開裂的原因分析，找出相應的預防措施，就能很好地預防隧道混凝土裂縫的產生。4.1隧道開挖及初期支護階段

（1）是做好超前地質預測預報，按照揭示的隧道圍巖情況，完善初期支護和二襯設計參數，現場施做必須嚴格按照設計或變更設計進行，堅決杜絕偷工減料現象，同時提高對初期支護和二襯混凝土共同承受圍巖壓力的理念的認識。

（2）是認真開展隧道的監控量測，掌握好隧道二次襯砌施做的最佳時間，若與有關安全距離控制規定沖突，要確保安全步距，提前進行隧道襯砌施做時，必須對初期支護或二次襯砌進行加強處理。

4.2 隧道二次襯砌施工階段

（1）從混凝土原材料質量的把關、配合比設計的優化、現場混凝土攪拌及運輸的合理組織、模板臺車多窗對稱澆筑、加強振搗、模板臺車剛度加強及脫模時間經試驗確定、加強養護以及帶模同步壓漿等混凝土施工的關鍵關節上進行有效控制和管理，從技術手段、管理措施上加強，對預防混凝土開裂更是非常重要。

（2）另外，處理好二次襯砌混凝土施工縫、做好隧道的防排水以及隧道二襯混凝土優化設計進行配筋設計，也是預防混凝土開裂的重要措施。

5 隧道裂縫的主要整治措施

目前高速鐵路隧道二襯混凝土裂縫主要有以下整治措施：

（1）環氧樹脂灌漿料直接涂抹法：該方法主要針對裂縫寬度≤0.3mm的細微裂縫。

（2）環氧樹脂灌漿料埋管注射法：該方法主要用于裂縫寬度＞0.3mm或貫通性裂縫。

（3）中空錨桿注漿法：該方法主要用于襯砌背后空洞或厚度不足引起的大面積裂縫。

（4）碳纖維粘貼法：此法可以對以上處理過的襯砌混凝土進行再補強。

（5）換拱法：對大面積混凝土貫穿裂紋，需進行換拱等整治。

高速鐵路隧道二次襯砌混凝土裂縫整治具體方案和技術措施必須要經設計、監理、建設單位以及鐵路工務部門批準同意，方能實施。

6 結束語

隧道襯砌混凝土裂縫若不及時整治將對隧道結構安全造成質量隱患，也影響結構的耐久性。隧道裂縫整治的原則,要根據隧道裂縫的成因及形式來綜合分析研究，剛柔相濟、因地制宜、綜合治理，確保安全性、可靠性、耐久性并兼顧操作性和經濟性。

[1]《高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準》TB10753-2010.