高速公路隧道襯砌開裂的原因與對策分析

中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000

1 工程概況

某高速公路段主線起訖里程為YK16+940～YK20+160，總長度為3.22km，采取雙向六車道建設標準，設計速度為100km/h。該段整體式路基寬33.5m，分離式路基寬16.75m，沿線建設有1座隧道，左洞1417m、右洞1429m。經現場檢查后發現襯砌存在開裂現象，需要分析成因并正確處理。

2 襯砌開裂概述

二次襯砌開裂普遍集中在中隔墻、邊墻及拱頂處，各自的縫寬具有差異性，且帶來不同程度的影響，現就具體情況做如下分析。

（1）中隔墻。中隔墻的沉降縫和施工縫存在橫向錯位現象，錯位量普遍集中在3～6cm，最嚴重區域可達到12.5cm。中隔墻較初始狀態有所下沉，頂部和起拱線相連接的區域存在貫穿性裂縫，嚴重影響裂縫所在結構的穩定性。墻內鋼筋未得到有效的防護，局部裸露于外界，嚴重的區域有折斷現象，穩定性明顯不足。

（2）邊墻。邊墻存在較多的縱向裂縫和斜向裂縫，各自寬度普遍達到0.3mm以上，嚴重區域約20mm。

（3）拱頂。上行線的拱頂處分布有大量的縱向裂縫，寬度為0.3～10mm，以YK18+900～YK18+940段最為明顯。下行線裂縫主要見于YK18+920～YK18+930段，縫寬0.3～15mm。經現場勘察后可知，裂縫總長約2200m，多為縫寬0.3～3.0mm的裂縫，總長約1000m，縫寬超過0.3mm的裂縫達到900m左右，剩余部分普遍為縫寬在0.3mm以下的裂縫。

（4）根據上述描述，YK18+900～YK18+940段的襯砌裂縫病害較為嚴重，其中，出口段的襯砌已經受到較為明顯的破壞，局部邊墻和中隔墻存在斷裂的情況，襯砌的承載能力明顯下降，難以滿足隧道的穩定性要求。

3 襯砌開裂的成因

隧址區山體的整體穩定性較好，但依然存在三個明顯的非穩定區，以砂、黏土和塊石居多，構成具有易失穩特性的松散層，加之雨水、隧道開挖擾動等因素的干擾，導致襯砌難以維持正常使用的狀態。第一個非穩定區分布在隧道出口處，塊石和沙黏土占比較大，強度偏低?，F場地形較陡，遇強降雨天氣后巖土體因吸水而導致重度明顯提高，變形流動幅度加大，易對隧道帶來顯著的側向推力。受此影響，出現隧道側移和襯砌受損的情況。第二個非穩定區分布在隧道頂部，在開挖擾動性作用下，形成明顯的節理裂隙帶，內部以充填砂和黏土居多，強度和模量均偏低，存在塌方冒頂的可能。第三個非穩定性分布在山坡淺表松散層，以砂和風化殘余塊體為主，遇水后失穩，流動性明顯增加，進而發生淺表滑坡現象。不良地質條件下將明顯加大隧道施工難度，洞口圍巖易由于受擾而失穩，存在諸多不可預見因素，若缺乏可行的施工技術，則將直接影響施工質量，甚至引發安全事故。

4 襯砌開裂的處治措施

4.1 增設架立鋼筋，提高整體穩定性

（1）二襯鋼筋安裝前，按橫向2m、環向1.2m的間距標準架立鋼筋，材料的具體型號需與環向鋼筋保持一致，以構成相協調的整體。（2）架立定位鋼筋應滿足位置精度要求，因此施工前組織測量工作，對環向定位筋測量放樣，以此為依據將環向定位筋安裝到位，無誤后再于該處通過焊接的方式設置橫向架立鋼筋，以隧道中心線為基準呈兩側對稱布置，具體情況如圖1所示。（3）架立筋安裝到位且經過焊接處理后，綁扎外層（即第一層）二襯拱墻鋼筋，具體情況如圖2所示。（4）外層二襯拱墻鋼筋安裝到位后，取環向和橫向鋼筋的交接區域，于該處焊接“L”形支撐筋，在發揮出支撐作用的同時確定第二層鋼筋的具體安裝位置。定位筋端頭至第二層鋼筋的長度應小于保護層厚度3mm，以免在澆筑后露筋。（5）“L”形支撐筋安裝完成后，組織第二層鋼筋的測量放樣工作，并在預先設置的定位筋上做好標識。在定位筋的兩端頭上拉設水平線，經焊接后穩定設置橫向架立鋼筋，使其具有平、直的特點，然后將橫向架立鋼筋與定位鋼筋連接，在此基礎上綁扎第二層鋼筋。（6）二襯臺車模板為襯砌處治工作中的重要裝置，若存在尺寸誤差，將導致成型后的保護層厚度存在偏差，因此需嚴格控制其尺寸精度。在二襯臺車定位前，需要復核二襯臺車模板的尺寸，將實測結果與設計值進行對比分析，若無誤則對臺車進行定位，隨后再次復核二襯臺車模板，要求其輪廓線與襯砌的內輪廓線的偏差控制在許可范圍，否則需及時調整二襯臺車模板，直至其定位可滿足要求為止[1]。

圖1 外層鋼筋架立筋安裝

圖2 外層鋼筋安裝

4.2 襯砌開裂的加固方法

鑒于襯砌開裂的情況，需通過化學灌漿等方式修補，具體應根據裂縫的寬度采取合適的方法以及材料。（1）縫寬在0.3mm以下的裂縫，允許直接進行表面封堵，材料可選擇YZJ-1型結構膠，應保證各處涂抹厚度具有均勻性。（2）縫寬在0.3～3mm的裂縫，依然以灌縫處理的方式為宜，所用材料為YZJ-5型結構膠。（3）縫寬超3mm的裂縫，其處理難度較大且工序較多。首先需全面檢查裂縫的情況，鑿除裂縫的松動部分，全面清理鑿除期間產生的雜物，再向其中灌入高強微膨脹無收縮化學灌漿材料，在該灌漿料的作用下使開裂的結構連接于一體。（4）襯砌部分區域存在混凝土破損的情況，可通過插筋的方式處理或是用纖維混凝土補強，但此時所用的纖維混凝土強度應高于既有結構材料的強度。（5）對于錯臺病害，需鑿開該處的鋼筋混凝土，選擇全新的且質量達標的鋼筋，重新焊接到位，再組織澆筑作業，使實際高度略高于原混凝土，同時合理修正，以保證鋼板可穩定粘貼到位，使其與混凝土之間不形成間隙。（6）對于邊墻和中隔墻兩部分的病害處理，則需要完成基礎灌漿作業，以提高基礎的穩定性；加強處理兩處的局部時，應先灌縫，解決結構松散的問題，再粘貼鋼板，最后植筋以確保鋼板具有穩定性。（7）拱頂和邊拱兩部分的處理可采取對拱外圈灌漿的方式，使原本處于松散狀態的結構連接成穩定的拱圈，再粘貼鋼板。（8）鋼板安裝到位后，于該處設置錨栓，保證鋼板具有穩定性，正常情況下錨深以160mm為宜，遇特嚴重區域時適當加大錨深；若無誤，則在鋼板上焊接環向I20a工字鋼，均勻涂抹結構膠，以便構成具有封閉特性的空間。

4.3 混凝土裂縫的防控措施

混凝土裂縫的防控需嚴把原材料質量關。（1）水泥：以普通硅酸鹽水泥為宜，在不影響混凝土工程性能的前提下需適當減少單位水泥的用量。（2）碎石：以泵送管路的內徑為依據合理選擇碎石，粒徑以5～31.5mm為宜，含泥量≤1%，針片狀含量≤15%。（3）砂：以級配良好的中砂為宜，要求含泥量在3%以內。考慮到運輸、泵送及澆筑各環節的施工需求，將砂率設為35%～45%。

4.4 加強對混凝土施工工藝的控制

（1）根據規范將鉆孔作業落實到位，視實際情況優化鉆爆參數；開挖期間加強檢測，掌握實際開挖進尺情況，避免超欠挖現象，以便給后續的襯砌施工創設良好的條件。（2）待圍巖和初期支護均維持穩定或變形量極小時，即可組織二次襯砌施工作業。遇圍巖變形量偏大的情況時，應適當提前二次襯砌的施作時間，必要時對襯砌采取加強措施，確保穩定性[2]。（3）按現場施工需求生產混凝土，嚴格控制配合比，定期校正計量裝置，精準稱量水泥、碎石、砂等材料，避免用量誤差。加強對砂石料含水率的檢測，給予充分的攪拌，使原材料可混合均勻。夏季施工時氣溫相對較高，若實測氣溫值達到32℃以上，應搭建遮陽棚，以便有效防護砂石料，并利用冷水沖洗碎石，降低其溫度[3]。

4.5 灌注

（1）按預先規劃的路線及時運輸混凝土，泵送期間不宜加水。（2）灌注速度不宜過快，兩側邊墻對稱分層依次灌注到位，到達墻、拱交界區域時需要暫停1h左右，觀察邊墻混凝土的實際狀況，若下沉穩定，則灌注拱部混凝土。（3）灌注期間加強振搗，減小內部氣孔數量，提高混凝土的密實性與平整性。

5 結束語

綜上所述，在完成對襯砌的加固處理后，將隧道襯砌加固前后的收斂量和拱頂下沉量進行對比分析。根據所得結果可知，加固前單日收斂量可達到0.62mm，而在采取加固措施后，單日收斂量可減少至0.049mm；拱頂下沉方面，未加固前平均量為0.83mm，經加固后可縮減至0.054mm?？傮w來看，所采取的襯砌加固措施具有可行性，隧道襯砌開裂、變形等質量問題得到了有效解決，可滿足預期要求，能夠給高速公路隧道后續的建設工作奠定良好的基礎。