隧道襯砌裂損原因及處治方法分析

（天水通聯路橋有限責任公司，甘肅 天水 741000）

1 工程概況

太陽山隧道位于G30連霍高速寶雞至天水段甘肅省境內，隧址區地處隴西黃土高原的最南緣地貌區，總體地形呈馬鞍形。隧道采用上下行分離式四車道雙洞設計，平面線型為直線加曲線，端墻式洞門設計。經過數年運營，太陽山隧道下行線襯砌存在多條環向、縱向、交叉裂縫；局部襯砌表面泛堿起層、車輛刮痕擦傷明顯；隧道路面開裂、斷板、磨損較嚴重，部分區段存在錯臺、坑槽現象，個別區段路面存在底鼓現象，導致路面隆起開裂；檢修道存在破損、傾斜變形；洞頂邊坡（天水端）存在危石及不穩定跡象。隧道下行線隧道結構安全存在隱患，已對洞內行車造成較大影響，亟待整治。

2 襯砌裂損的原因

根據《太陽山隧道下行線專項檢測報告》，襯砌環向裂縫共計87條，占比59%，縱向裂縫50條，占比34%，斜向裂縫10條，占比僅為7%（不計4處群裂縫）。縱裂縫和環裂縫是襯砌裂縫的主要產狀形式，除環向貫通裂縫外，寬度均小于1mm，開口自襯砌內開口，沿襯砌厚度逐漸縮小，一般不貫穿整個襯砌厚度。襯砌裂縫的產生原因是一個系統而復雜的問題，它是諸多因素共同作用的結果最終在襯砌外觀上的集中體現。

通過現場調查和對相關資料進行研究，認為太陽山隧道襯砌裂縫的主要產生原因有以下幾點：

2.1 圍巖本身無自穩能力或自穩能力很差

根據地質勘查資料，太陽山隧道下行線圍巖的等級劃分主要以V和IV級圍巖為主，其分別占比51.82%和47.14%，巖性由變質砂巖、粉砂巖組成，裂隙發育、完整性差，無自穩能力或自穩能力很差。隧道開挖后，軟弱圍巖不能支持其自重，對襯砌施加壓力，導致襯砌拱部沿隧道縱向產生張開性裂縫。其中拱頂承受的一部分圍巖壓力向拱腰轉移，造成隧道拱部荷載的“馬鞍形”分布，拱腰內緣受拉出現縱向拉裂縫。另外，根據地質勘查資料，隧道部分區段內滑坡等不良地質發育對襯砌裂縫的產生也有一定影響。

2.2 隧底結構缺陷

從太陽山下行線隧道內取的36個芯樣揭露的情況來看（原設計有仰拱層的芯樣共計30個，無仰拱層的芯樣共計6個），隧道取樣范圍大部分位置無仰拱，部分區段仰拱超挖，回填松散，揭露的情況和設計不符，隧底存在嚴重結構缺陷。澆筑仰拱是襯砌封閉成環的最后關鍵工序，只有封閉成環的拱結構才能承受較高的壓力，無仰拱的襯砌結構不但分擔不了拱頂圍巖壓力，反而在其作用下會產生整體下沉，相鄰區段襯砌因發生不一致整體沉降時很容易導致襯砌環向開裂甚至錯臺。另外，無仰拱支持的襯砌結構拱腳處應力集中現象加劇，左右拱腳產生橫向不均勻沉降的可能性大大增加，襯砌結構的受力狀態嚴重惡化，襯砌拱腰和拱頂拉裂的風險大大增加。

2.3 其他原因

除了上述兩個主要因素之外，還有一些次要因素也是造成襯砌裂縫的原因。施工過程中混凝土襯砌拆模過早、襯砌厚度不足、強度不足、襯砌背后空洞、襯砌材料局部劣化等均會造成襯砌裂縫，澆筑完成后養護不到位也易產生裂縫。

3 隧道襯砌裂損處治方法

根據《太陽山隧道專項檢測報告》專項檢查報告，太陽山隧道下行線裂損主要變現為襯砌開裂（縱向、斜向、交叉網狀），襯砌滲漏水（少量）及厚度缺陷（有效/設計<1/2）。對于襯砌裂損及厚度缺陷病害應先對病害段進行裂縫、滲漏水處治，然后再進行結構加固。

3.1 裂縫處治

對縫寬小于0.3mm局部裂縫采用專用裂縫膠灌注封閉；對于大于0.3mm的環向裂縫采用機械或手工沿裂縫方向將襯砌表面處裂縫開鑿成"V"型，然后采用專用裂縫膠灌注封閉；對于縫寬大于0.3mm的縱斜向裂縫采用斜縫或騎縫注膠的方式進行結構封閉。

3.1.1 裂縫封閉施工工藝

裂縫封閉前，必須從上而下將兩側5cm范圍內的灰塵、浮漿處理干凈，再使用高壓空氣吹洗干凈，不讓灰渣阻塞，然后用丙酮擦洗，清除裂縫周圍的油污，清洗時應注意不要將裂縫堵塞。裂縫封閉時，從上至下沿裂縫涂抹封縫膠，涂抹寬度為2～3cm，厚度為2mm，涂刷應盡量沿縫順直涂刷，保證涂刷后的表面美觀。

3.1.2 裂縫注膠施工工藝

1）準備工作。施工前應按裂縫的數量、長度及寬度，在襯砌上進行復核并標注，據此進行注膠材料配量、埋嘴、注膠等方面的具體計算和安排。

2）施工準備。為保證施工質量，施工前需先做好施工準備工作，保證進場施工材料質量合格，根據施工配合比設計準確配置注漿液。此外，還應提前配置好施工設備，保證配置合理，并做試機工作，設備運行正常，避免施工過程中出現故障造成不必要的損失。

3）成孔。鉆進施工中，可采用Φ88鉆頭，鉆孔時，要與鉆孔位置對準，在允許范圍內合理控制偏差，待鉆進后，要做好孔壁保護工作，若存在粉性土，則需下入導管，直到鉆進黏性土。

4）注漿管安放。在鉆孔施工結束后，需及時安放注漿管，并做孔口封堵處理，防止漿液外流。此外，還需將軟橡皮包裹到花管外壁，防止進入泥沙。

5）注漿。在注漿攪拌環節，需合理控制材料用量，保證均勻拌和，防止出現離析等情況。要嚴格按照施工要求進行注漿，通常情況下，需按照“上-下”的順序進行注漿，待注漿液從孔口溢出，則可停止注漿。在此環節，要指派專人做好觀測，避免因注漿壓力太大，對其他結構造成不良影響。對于裂縫的注漿，可以提供一種灌縫膠注膠器，該注膠器的注膠筒采用國際先進工藝操作，注膠器采用了活塞吸膠式結構；注膠活塞桿上應有鎖扣鎖在后蓋上；注膠器的壓力采用了高強度彈簧；施工時把注膠活塞桿旋轉一下，它就會自動注膠，這樣能確保注膠筒內的膠液全部注入裂縫中，避免浪費；該操作技術優點非常明顯，操作方便，施工安全，清洗方便，可多次重復使用。

6）封堵孔口。在完成上述施工之后，需對孔口進行及時封堵，并檢查孔口質量，若漿液有所不足，可及時補漿，從而保證施工質量。

7）加固效果。根據施工前所確定注漿結束標準，結合大量實踐經驗，規定當漿液溢出，或注漿壓力超過0.5MPa，或注漿口處吸收料速度在0.6L/min且延續30min時，均可結束注漿施工。

3.2 滲漏水處治

由于太陽山隧道下行線襯砌滲漏水相對較輕，本次維修設計采用斜縫注射聚氨酯類發泡膠液封堵的方案進行治理。注漿選用采用斜縫注射聚氨酯類發泡膠液封堵。注漿孔間距30cm，需要時可加密為20cm，順序為從下至上，先對裂縫封堵，注漿壓力不超過0.5MPa，直到漿液從上面的注漿孔溢出后停止注漿。封縫采用環氧砂漿。鑿出深度為50mm、內大（60mm）外小（50mm）的倒梯形槽。注漿完畢后，在槽及周圍刮涂聚合物砂漿。

4 總結

引起太陽山隧道出現襯砌裂損的原因是多方面的，只有深入分析導致問題出現的原因，才能從根本上采取更為有效的方法對其進行處治，所采取的方法應該滿足因地制宜、技術可行、經濟合理、高效安全、動態設計的原則，從而有效延長隧道的使用壽命。