高速公路隧道衬砌裂缝及防治措施

高速公路隧道衬砌裂缝及防治措施

赵刚 ,吕高超

杭州交通工程咨询有限公司，浙江杭州，310000

摘要：高速公路隧道施工建设时，衬砌施工质量关系到公路建设整体质量。隧道衬砌裂缝要及时处理，避免影响到隧道的正常使用。有鉴于此，文中以高速公路隧道为着眼点，分析衬砌裂缝的成因，给出相应的裂缝防治措施，延长隧道的使用寿命。

关键词：高速公路；隧道；衬砌裂缝；防治

隧道二衬产生裂缝致使隧道发生渗漏，已经成为隧道最常见的病害，隧道结构体的受力状况和防水性能会因裂缝的产生遭到严重的破坏。基于此现状，如何有效预防二次衬砌裂缝病害的发生、在裂缝产生后如何合理处置成为急需解决的技术难题。

1  高速公路隧道衬砌裂缝分析

隧道开裂是由多种因素引起的，其成因可以从多种方面进行分析，本文将隧道开裂的成因分为3个阶段进行分析：开挖前、开挖时和开挖后。

1.1隧道开挖前

在开挖之前，进行隧道勘察设计时，如果不对工程现场进行合理的地质调查，很容易造成施工条件较差的状况。当开挖部位的围岩比较薄弱时，很可能会导致隧道出现较大的沉降，对隧道的施工不利。围岩变形的影响，可能会导致衬砌结构出现大裂缝。当隧道施工处于高应力、脆弱、破碎的围岩环境中时，隧道的衬砌也会发生开裂，从而影响工程安全。

1.2隧道开挖过程

隧道开挖时，隧道出现裂缝的主要因素有以下3个方面，如表1所示。

表1  隧道开挖裂缝产生原因分析

由表1可知，在隧道开挖过程中，产生裂缝的原因有多种，在隧道开挖时要时常注意这些因素，确保隧道的安全运行。

1.3隧道开挖后

隧道开挖完成后影响隧道开裂的主要原因有隧道运营管理与监测、预测隧道附近山体蠕变、泥石流防治等。维护与监控能有效防止隧道开裂的发生与发展。

2  隧道二次衬砌混凝土裂缝产生原因

2.1混凝土原因

混凝土原因又分为配合比原因和原材料原因。

①配合比原因：在配合比设计时，水泥、掺和料、外加剂和水量未充分遵循科学适宜的比例而定。若只追求实体早期强度，采用早期强度较高的水泥，则水泥水化热会急剧加大，混凝土内外温差加大，导致二次衬砌出现温度裂缝。水泥用量偏小，会导致二次衬砌早期强度不足，抵御外部受力能力不足，出现结构裂缝。配合比用水量偏大，导致混凝土早期强度较低且极大地增加了混凝土的收缩变形。

②原材料原因：水泥细度过细，水化反应加快，二次衬砌混凝土内外温差过大，出现温度裂缝；粗、细骨料级配不合格，含泥量严重超标，会使混凝土的强度和抗渗性能急剧降低，干燥时产生混凝土收缩，造成裂缝产生。

2.2施工原因

①施工协调不到位。二次衬砌施工现场与拌和站沟通不到位或交通中断，造成混凝土积压或中断。混凝土积压后，现场施工人员随意加水，混凝土用水量增加，水胶比增大，混凝土强度随之降低；混凝土中断时间超过砼初凝时间或新旧混凝土浇筑时未充分振捣，保证前后浇筑混凝土充分混合，会在二次衬砌上形成驼峰状的接茬裂缝。

②拆模时间过早。拆模应在混凝土形成一定的早期强度后进行，过早拆模会导致二次衬砌混凝土因受自身重力而下沉，进而导致拱圈变形，产生拉裂。除此之外，拆模时间过早还会导致混凝土失水过快，增加了干缩裂纹产生的可能性。这也是产生纵向裂纹的主要原因。

③养护不到位。拆模后未及时对混凝土进行有效的养护，混凝土蒸发失水，严重影响了混凝土的水化反应，从而导致混凝土早期强度偏低，且极易在混凝土表面形成表面干缩裂纹。

④二次衬砌受力环境控制不到位。以高速公路常见12m二次衬砌为例，一般整板二次衬砌自重在400吨左右，二次衬砌本身需承受巨大的自重，若仰拱施工质量较差，隧底存在虚渣、积水或者仰拱密实度较差，二次衬砌受力不均匀，出现不均匀沉降现象，会导致二次衬砌小边墙出现环向裂缝（一般不会贯通，受力稳定后裂缝随之稳定）；或二次衬砌施工时，初期支护和围岩未完全稳定下来，二次衬砌施工后，围岩继续收敛变形，致使二次衬砌承受的变形应力超过其承受极限，二次衬砌因此开裂；隧道测量精确度差，出现中线偏位，浇筑后的二次衬砌边墙混凝土呈现一侧薄、一侧厚的情况。结构在受力的时候，较厚一侧承受压力相关较小，较薄的一侧承受压力相对较大，导致二次衬砌受力不均匀，从而致使二衬薄弱部位开裂。

2.3地质原因

影响隧道二次衬砌结构受力大小的因素有很多，既包括压扭性断层影响带、软岩大变形，又包括围岩应力偏大、围岩应力释放不完全等。除此之外，地下水也会对围岩造成影响。在这些因素的综合作用下，该地区的地质层呈现出以下特点：①软化程度高；②强度较低；③地质层出现膨胀现象。在此情况下无论是围岩的压力，还是二次衬砌的压力都大大增加。

3  高速公路隧道衬砌裂缝的防治措施

3.1针管注浆法

当裂缝的宽度较小（宽度小于1mm）且其长度较短时（长度小于5m），可采用针管注浆法进行处理。处理步骤如下：

（1）裂缝清理。对混凝土表面用钢丝刷或其他清洁工具进行仔细清理后再用空压机将裂缝表面的异物吹净，并对裂缝进行检查与分析，从而决定最终的钻孔位置、钻孔的深度和钻孔的间距。

（2）钻孔。使用功率较大的钻孔设备，沿着裂缝的分布方向，在裂缝的两侧钻孔，孔的位置宜交叉布置，孔间距宜250~300mm为宜，孔径以10~14mm为宜，孔的角度以不超过45。为宜，孔深以二次衬砌厚度的2/3为宜，钻孔以穿过裂缝为宜，且不能将二衬混凝土结构打穿。

（3）清理。钻孔完成后，再次用空压机对裂缝进行清理，以能观察到裂缝具体情况为度。

（4）埋嘴。将注浆嘴按照已钻好的孔内，注浆嘴应具有止逆阀功能，再用六角扳手将其拧紧，然后再将膨胀螺栓安装好，使裂面封闭，留有观察孔和泄压孔，使之闭合。

（5）浆液灌注。采用高压注浆机将环氧树脂浆料灌注于注浆孔(口)内，由下往上或一侧逐渐灌注至另一侧，保持压力10~30min，待邻孔或裂面观察孔开始出浆后，再视缝中浆液充盈程度，采用控制注浆的方法及时对注浆不饱满的裂缝进行二次注浆。

（6）拆嘴。注浆结束后，待浆液完全固化后，可将外露的注浆嘴拆除，拆除时应不得使结构出现新的裂缝。

3.2凿孔压浆法

当裂缝的宽度较大（宽度大于1mm）且其长度较长时（长度大于5m），或长度虽然在5m以内，但其宽度较宽时，可采用凿孔压浆法进行处理。

对于宽度小于1mm且长度大于5m的裂缝，以及宽度大于1mm且小于5mm的裂缝，采用沿缝凿孔压浆封堵处理，其处理步骤如下：

（1）安装注浆管。先沿裂缝凿一楔形小孔，孔宽缝大小为50~100mm(一般为缝宽+40mm)，孔底宽大于孔宽，孔深80mm，孔底正对裂缝，凿孔间距300~500mm；将其冲洗干净后埋入中直径为10mm的塑料管内，并用密封材料将其四周空隙处的塑管压实。为与注浆设备连接，注浆管外露80~100mm。

（2）封缝：环氧树脂封缝应涂满所有要求注浆的裂缝。

（3）为确保裂缝封闭的程度，在将裂缝封闭后必须进行压水试验，试验开始前可在水内加入少量红墨水，进行水压和进水量测试，其压力宜保持在0.4MPa以上。

（4）注浆。注浆顺序宜从裂缝两头向中部逐步注浆，相邻孔宜交叉间隔注浆，注浆压力不宜小于0.4MPa，注浆应饱满，以从排气孔排出相同稠度的浆液为止。

（5）封孔。完成注浆后，必须将外露的注浆管封闭，防止浆液流出。可采用的做法是将注浆管翻折，如何再用扎丝将注浆管绑紧，浆液凝固后，再用切割机将外露部分的注浆管切除，同时采用环氧砂浆将孔口抹平，涂抹环氧树脂时，应沿裂缝发展的方向依次进行，待环氧砂浆终凝后，再进行一次环氧砂浆封口。

结语

总之，当裂缝病害出现之后，应深入分析病害成因，并采取有效的措施避免病害进一步扩大，待裂缝稳定后，要根据裂缝的方向、深浅、宽窄及对结构安全的影响程度来选择较为合适的处置措施处理裂缝。、

参考文献

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