隧道裂縫缺陷處治技術在施工中的應用

呂敏

隧道工程中常見的質量缺陷是襯砌混凝土裂縫。文章針對某高速公路K隧道施工中存在的襯砌裂縫現象，通過對裂縫的調查與檢測，分析了產生裂縫的原因，制定了裂縫處治+鋼帶加固的綜合處理措施，有效保證了隧道工程的安全和質量。

隧道襯砌開裂;裂縫處治;鋼帶加固措施

0?引言

襯砌混凝土裂縫是隧道工程中常見的缺陷。本文針對隧道襯砌混凝土裂縫產生原因進行研究，探討在施工中處治襯砌裂縫的工程措施，以保證隧道工程的安全和質量。

1?工程概況

1.1?工程背景

某高速公路于2010年7月開工建設，因建設資金無法落實，2013年起陸續停工，遺留了眾多工程，直至2015年后續單位進場施工，2016年年底建成通車。

1.2?設計情況

K隧道為連拱隧道，起訖里程樁號為K55+373～K55+695，全長322 m，洞軸線走向方位角為158°，最大埋深為57 m，隧道單洞凈寬為10.75 m，凈高為5.0 m，內輪廓為拱、墻三心圓形式，邊墻為曲墻式，中隔墻為復合式，隧道平面位于R=2 500 m左偏曲線上，縱坡為2.9%單向坡，進出口均設計為端墻式洞門。

1.2.1?地質情況

裂縫段所在隧道進口端基巖為板巖，單斜構造，巖層產狀185°∠65°，節理裂隙發育。分布的強風化板巖巖性為變余泥、砂質構造，板狀構造，巖芯多呈碎塊狀，巖體破碎;弱風化板巖巖性為變余泥、砂質構造，板狀構造，巖芯多呈柱狀，巖體較完整。

1.2.2?施工方法

隧道施工開挖總體上拱部采用光面爆破，邊墻部采用預裂爆破，以最大限度保護周邊巖體完整性，減少超挖量，提高初期支護的承載能力。隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖段采用三導坑先墻后拱法施工，隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖段采用中導坑輔助施工。中導坑全隧道貫通并澆筑中隔墻后，開始主洞開挖、支護。Ⅳ、Ⅴ級圍巖段側導坑先期施工，待側導坑矮邊墻二次襯砌達到設計強度后對主洞采用上下臺階法施工;Ⅱ、Ⅲ級圍巖段則采用上下臺階法施工。

1.2.3?襯砌形式

復合襯砌由系統錨桿、噴射混凝土層、鋼拱架及二次襯砌共同構成。中隔墻采用鋼筋混凝土澆筑，厚度為100 cm。輔助施工措施有超前大管棚、超前小導管和超前錨桿等。

1.3?施工概況

至后續單位進場施工時，隧道完成情況如下：原單位從進口端開挖，中隔墻施工完成;左線開挖至K55+611，剩余84 m，二次襯砌施工至K55+533，剩余162 m;右線開挖至K55+483，剩余212 m，二次襯砌施工至K55+433，剩余262 m。

1.4?襯砌開裂情況

ZK55+390～ZK55+450段位于Ⅳ級圍巖。經檢測二次襯砌拱頂及右拱腰存在34處裂縫，多處有析白、滲水現象。其中ZK55+431、ZK55+435、ZK55+438三個斷面處裂縫寬度累計變化較大，均>0.3 mm。按規范要求，隧道襯砌鋼筋混凝土結構裂縫寬度應≤0.2 mm。

1.5?裂縫類別及分布情況

裂縫按其在隧道分布位置分為以下三類：

（1）縱向裂縫：指與隧道軸線為平行關系的裂縫，多位于邊墻及拱部，是隧道裂縫中最常見也是危害最大的裂縫。

（2）斜向裂縫：指與隧道縱軸之間的夾角一般為45°左右的裂縫，一般是因圍巖壓力不均勻造成的。

（3）環向裂縫：危害較小，多分布于圍巖應力變化的沉降縫或洞口交接處。

裂縫在本段的分類情況如表1所示。

2?隧道裂縫缺陷成因

因原單位施工停工時間長，相關資料缺失，推測其可能的原因如下：

2.1?工程地質條件復雜

連拱隧道一般位于淺埋以及偏壓地段，這些地方覆蓋巖層薄、裂隙發育。現場調查發現在ZK55+415洞頂有一塌坑，中心偏距為左7.0 m，周圍山上流水匯入坑中，使隧道流水匯集，巖體中的充填物被帶走，使巖體完整性降低，可能造成襯砌開裂。

2.2?施工管理不善，標準化水平低

（1）施工原材料管控不嚴，混凝土配合比達不到規范要求，施工工藝交底不到位，工序檢查未嚴格執行。如振搗不到位，施工縫、變形縫處理不到位，拆模過早，未進行混凝土養護等。檢測中發現此段隧道矮邊墻混凝土強度、厚度不足，對工程質量影響重大，導致工程整體質量的下降。

（2）施工中超欠挖、模板支架變形或塌方，中隔墻回填不密實，造成局部襯砌混凝土結構厚度不均或襯砌結構受力不對稱，特別是拱頂回填不及時或回填效果差，使荷載承受能力降低。

（3）上下臺階開挖時，仰拱與掌子面之間的安全步距超過規范要求，工序銜接不緊密，不能及時封閉成環，中隔墻與二次襯砌沉降縫不一致，不同巖石交界處未設置沉降縫，導致地基發生不均勻沉降。

2.3?設計原因

地質勘察資料不夠詳細，未全面排查隧址的巖層地質，圍巖劃分所依據的結構參數不充分，缺少針對性設計，與現場地質情況差別較大，導致工程質量隱患的出現。

3?隧道裂縫缺陷加固措施

根據專家評審方案，結合現場情況，裂縫出現時間長且已處于穩定狀態，決定采用裂縫處治+鋼帶加固的綜合處治方法對此開裂段進行加固，相對于套拱加固、換拱方案，其施工難度較低。同時，鋼帶加固方案不需要大型施工機械，施工進度較快，確保了隧道凈空，能在不中斷交通的情況下進行。

3.1?塌坑處治

清除塌坑周圍地表2 m外植被，然后開挖臨時截水溝，截水溝采用0.05 m厚M10砂漿封閉，截流周圍山谷匯水。為防止雨季降水的影響，在塌坑上面搭設彩條布覆蓋。

洞內鋼帶加固處治后進行塌坑回填。回填前塌坑周壁采用0.1 m厚C15混凝土封閉，防止后期周圍水滲入塌坑，回填高度高出原流水高程0.15 m。回填材料上部采用0.8 m厚C15混凝土，下部采用爐渣回填。回填后沿塌坑體施工0.6 m深度的M30砂漿弧形截水溝。

3.2?裂縫處治

（1）寬度<0.2 mm的裂縫

將裂縫兩邊各20 cm范圍內襯砌表面刷洗干凈并清除松動混凝土塊，沿裂縫走向在兩側各20 cm范圍內的襯砌表面涂刷改性環氧砂漿。

（2）寬度>0.2 mm的裂縫

在裂縫處開槽，開槽寬度原則為裂縫上下各5 cm。當多條裂縫集中時，在裂縫處集中處理，開槽寬度按實際情況調整。開槽深度按有鋼筋處至鋼筋為止，但≤10 cm;無鋼筋處按10 cm深開槽，不允許破壞二次襯砌鋼筋和刺破防水板。由于本段裂縫較多，裂縫處置時，同一模二襯不準同時處理多條裂縫。開槽完成后在裂縫位置按縱向間距20 cm布置5 mm注漿孔，鉆孔深度不大于二次襯砌厚度。注漿時從較低位置的注漿孔開始注入環氧樹脂砂漿，循序向上直至所有注漿孔注漿完成。

注漿完成后，對襯砌開槽處表面做鑿毛處理，并清洗干凈，涂刷界面劑，鋪設固定縱向22 mm豎向12 mm的鋼筋網，鋼筋網軸線與裂縫平行，鋼筋網交叉處采用鐵絲綁扎或焊接牢固。最后用環氧砂漿封閉開槽，其中環氧砂漿中環氧樹脂重量比例為10%。

表面復原處理：表面突出部分清除，磨平至原基本面平齊，從而恢復原面。

3.3?裂縫伴隨滲水處治

根據本隧道現場觀察，部分裂縫伴隨有滲水現象，導致出現析白、水斑。裂縫滲水主要分為點狀滲水、線狀滲水、面狀滲水三類。

處治方法：裂縫處治后在滲水裂縫主要出水處刻引水槽，刻槽應避免割斷二襯環向主筋。引水槽寬15 cm，深9 cm，間距1 m。如存在出水區域過大的問題，開槽寬度按實際情況調整。在溝槽內出水處打入42 mm無縫鋼管，管長1.5 m左右，通過埋設80 mmHDPE半圓管將圍巖內的滲水引入集水槽水管內，并通過橫向排水管引入縱向盲溝。橫向排水管間距3～5 m，依據現場實際情況合理調整。半圓管采用卡扣固定，環氧樹脂封邊，粘結密實。軟管安裝完成后先進行試水，確定沒有滲漏后再封閉軟管端頭，然后用環氧砂漿抹平環向引水槽。其余細小的滲水點，涂刷JS聚合物水泥基復合防水涂料防水。

3.4?鋼帶加固處治

本段除襯砌存在多處開裂外，還存在二襯鋼筋間距超寬、混凝土強度不足等質量缺陷，根據隧道質量缺陷處治原則，對本段隧道襯砌進行鋼帶加固處治：

（1）采用熱軋鍍鋅鋼帶加固。鋼材要求采用Q235，鋼帶標準厚度為5 mm，寬度為40 cm，中心間距為100 cm，整環敷設。鋼帶采用M20高強化學錨栓及復合粘鋼膠與襯砌連成一體，每排設置兩套錨栓。錨栓環向間距為60 cm，縱向間距為20 cm，左右兩側距離鋼帶邊緣均為10 cm。

（2）鋼帶施工應在該段其他病害處治完成后進行。鋼帶施工前應對襯砌表面混凝土進行打磨（深度為2～3 mm），清除條寬度為50 cm，必須完全露出新面，并用壓縮空氣吹除粉塵，然后將襯砌表面清理干凈。

（3）錨固錨栓安裝。先探測混凝土中鋼筋分布情況，盡可能避開受力主筋，標定位置后進行鉆孔，在鋼帶對應位置開孔。錨栓環向間距可根據現場情況作適當調整，通過錨栓將鋼板錨固于二次襯砌上，預留注漿間隙。同時注意不得破壞已處治好的滲漏水措施，若滲漏水被破壞，則需修復。

（4）鍍鋅鋼帶粘貼。對螺栓固定的鋼帶用結構膠封邊，預埋灌膠嘴（環向間隔0.5～1 m設置）、出氣孔。粘合劑的選用應能保證后續壓力注漿的要求。封邊固化結硬后，方可壓入粘合劑，并保證注漿壓力持續、緩慢、均勻，保證注漿密實度，密貼飽滿，增強結構整體加固效果。

3.5?處治效果

高速公路運營兩年后，從反饋的結果來看，K隧道此段襯砌監控數據穩定，表面未出現裂縫，無滲水現象，表明隧道裂縫缺陷綜合處治達到了預期效果。

4?結語

隨著社會經濟建設的發展，高速公路建設向山區延伸，隧道工程所占比例越來越大。隧道襯砌裂縫作為隧道常見的質量缺陷，輕則造成隧道滲水，重則造成隧道垮塌。所以，探討續建工程中隧道裂縫的成因，采用隧道裂縫處治措施+鋼帶加固的工程措施，對今后類似后續工程的缺陷處理有一定的借鑒作用。

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