浅析隧道二衬裂缝产生的原因和整治方案

付业凡

（国家林业局昆明勘察设计院　云南　昆明　650216）

浅析隧道二衬裂缝产生的原因和整治方案

付业凡

（国家林业局昆明勘察设计院云南昆明650216）

目前我国随着建成和投入运营的隧道日益增多，隧道后期出现二衬产生裂缝的病害案例也随之有着增多的趋势，裂缝的治理应根据具体现场情况的不同而采取不同的处治方案。

环向裂缝；斜向裂缝；纵向裂缝；注浆；环氧树脂封缝；贴钢带

前言

目前我国随着建成和投入运营的隧道日益增多，隧道后期出现二衬产生裂缝的病害案例也随之有着增多的趋势，隧道二衬产生裂缝导致隧道渗漏已经成为公路隧道最常见的病害。由于地质构造变动，施工过程中质量控制等原因，导致隧道二衬表面出现环向裂缝、斜向裂缝以及纵向裂缝。笔者在本文中结合实际工程案例，对隧道二衬表面裂缝产生的原因和整治方案进行探讨。

1　隧道二衬裂缝形式特点以及产生原因

隧道二衬表面产生的裂缝根据裂缝的走向一般可分为环向裂缝、斜向裂缝以及纵向裂缝：

（1）环向裂缝：又可分为贯通的环向裂缝和只局部分布在隧道左右两侧没贯通的竖向裂缝，对于贯通的环向裂缝，大部分都是隧道的施工缝，由于温度等因素的影响，混凝土收缩干缩致使体积发生变化导致裂缝的产生；对于竖向裂缝，大部分都是局部分布在隧道左右侧小边墙，很大部分原因是仰拱施工质量不合格，致使后期仰拱产生不均匀沉降，最终导致裂缝的产生。

（2）斜向裂缝和纵向裂缝：斜向裂缝和纵向裂缝一般分布在隧道拱腰或者拱顶附近，一般都是由于隧道二衬混凝土受剪应力作用而开裂，主要是由于围岩的承压力不足衬砌支护级别不够、施工过程中导致的二衬混凝土厚度不足钢支撑间距不够、二次衬砌脱模时间过早导致二衬过早参与受力以及其他因素所引起的。

2　结合实际工程案例对裂缝的整治进行分析

2.1工程概况

此隧道为迪庆州维西（塔城）至德钦二级公路某隧道，隧道长750m，设计时速40km/h，隧道衬砌结构设计采用复合式衬砌，隧道围岩类别以Ⅴ、Ⅳ级为主，隧道洞门型式采用端墙式，进出口都设置了一定长度的明洞。隧址位于澜沧江左岸邻江陡坡地带，坡地地形陡峭自然坡度约为20～80°。勘察场地地处横断山脉南段，属滇西北纵谷山原地貌单元，山脉总体呈北北西走向。

2.2隧道裂缝产生

该隧道于在2011年建成时二衬未发现裂缝，2011年10月经相关检测单位检测共有27段二衬小于设计厚度的段落并且4处二衬混凝土和初期支护之间存在脱空的部位。该隧道在运营过程中裂缝逐渐出现，2015年5月经过相关检测单位检测，共有55条裂缝，其中环向裂缝37条，斜向裂缝6条，纵向裂缝12条；并且任存在4段二衬与初期支护脱空的部位以及4处二衬厚度小于1/2设计厚度的部位。

2.3裂缝的整治方案

针对隧道出现的裂缝病害，维德二级公路指挥部邀请了相关院校和科研单位共6名专家组成的专家组对裂缝的成因危害以及治理方案进行了分析讨论，根据裂缝出现的时间、形态、位置以及宽度可定性为非结构性裂缝，裂缝的产生可能与局部段落二衬厚度不足、二衬与初期支护混凝土脱空以及结构刚度变化不一致等原因有关，对于裂缝本身采用环氧树脂注浆封缝，对于二衬厚度不足部位可根据实际情况采用挂网喷射混凝土或者贴钢板加固。

综上，本次隧道裂缝的处治方案主要包括两大部分：①外观病害处治设计，范围包括二次衬砌环向、纵向以及斜向裂缝本身的处治；②主体结构病害处治，范围包括二次衬砌厚度不足以及背后脱空的处治。

2.3.1外观缺陷处治方案

根据检测报告，佳碧隧道二次衬砌共发现55条裂缝，其中环向裂缝37条，斜向裂缝6条，纵向裂缝12条。根据现场情况，环向裂缝主要是以施工缝为主，主要采取沿缝凿孔压浆封堵处理的办法来治理；对于斜向裂缝和纵向裂缝，施工单位要加强观测，对于已经稳定的裂缝采取沿缝凿孔压浆封堵处理的办法来治理，对于还有发展趋势的裂缝待裂缝发展基本趋于稳定之后，先在裂缝发展的两端开孔释放应力阻止裂缝进一步发展，再在裂缝周围打4m长骑缝锚管对衬砌背后围岩进行注浆加固，最后沿缝凿孔压浆封堵处理的办法来治理。

（1）沿缝凿孔压浆

①安装注浆管：首先沿裂缝凿长、宽、深均为8cm之“V”型孔，孔顶应正对裂缝，凿孔间距30～50cm；冲洗干净后埋入φ10塑料管，其周围空隙用封缝材料压实固管。注浆管外露8～10cm，以便与注浆设备连接。

②封缝：对所有需要注浆的裂缝，均应涂刷环氧树脂封缝。

③压水试验：封缝、砂浆固结后，进行压水试验，以检查封缝、固管强度，疏通裂缝，确定压浆参数。压水采用颜色鲜明的有色水（其压力维持在0.4MPa左右），测定水压及进水量，作为注浆的依据。

④注浆：由裂缝两端向裂缝中部注浆，设集中排水孔且需对其封闭时，集中排水孔在相邻两孔注浆后，顶水注浆。

⑤封孔：注浆结束后，用铁丝将注浆管外露部分反转绑扎，待浆液终凝后，割除外露部分，以环氧砂浆将孔口抹平，待其固结后沿缝涂环氧树脂一遍。

⑥建筑材料：封缝材料可视情况采用水泥砂浆、膨胀水泥胶泥或环氧砂浆等，本设计采用环氧砂浆。

⑦注浆压力及注浆结束标准：注浆压力应根据裂缝大小、衬砌质量等综合确定，一般为0.2～0.6MPa，但一般不超过压水试验压力。

（2）骑缝式锚管注浆

①φ32锚管每根长4m，沿裂缝两侧交错布置，距裂缝50cm，沿裂缝间距1.0m。

②锚管端头槽在锚管的抗拔力达到设计强度后，需用膨胀水泥砂浆回填，并与原衬砌打磨平整。

③锚管端头焊接（堆焊）于垫板上，焊缝高度不小于10mm。焊接及螺栓连接应符合《钢结构工程施工验收规范》的要求，以保证焊缝及螺栓连接质量。

④φ32锚管注浆孔加工要求：孔径φ8mm，孔距10～20cm，交错设置，锚管尾部位于既有衬砌内部分不加工注浆孔。

⑤锚管压注浆液和锚杆用砂浆在围岩地下水为侵蚀性环境时，所用材料应根据侵蚀环境类型采用耐侵蚀材料，一般宜采用掺耐侵蚀剂之材料。锚管注浆压力一般为0.4～0.5MPa。

2.3.2外观缺陷处治方案

根据检测报告，共发现存在4段拱墙部位二次衬砌厚度小于1/2设计值且连续长度超过1m段；有2段拱顶部位二次衬砌与初期支护间脱空，且脱空面积超过3m2。

（1）二次衬砌背后脱空

对二衬背后脱空段落采用灌浆回填处理：打孔埋设注浆管及排气管，采用强度M30的水泥砂浆回填脱空区。对二次衬砌有脱空部位先注浆进行处治，注浆采用φ50PVC注浆管，间距100× 150（纵×环），梅花形布置，注浆管伸入空洞长度不小于1/3，注浆采用M30水泥砂浆注浆压力为0.2～0.3MPa，注浆按先下后上的顺序进行；对于现二衬厚度小于设计值段落还需要在上述灌浆回填方案的基础上，进一步在二次衬砌表面贴钢带对隧道二衬进行加固处理。

（2）二次衬砌厚度不足

根据检测报告，共发现存在4段拱墙部位二次衬砌厚度小于1/2设计值，对该4处缺陷采用内加固方案处理。内加固方案就是在现二次衬砌表面粘贴钢带，贴钢带的施工注意事项如下：

①对二次衬砌厚度小于20cm段衬砌表面粘贴钢带，钢带采用热轧钢带，标准厚度8mm，宽度100cm，钢带环向分为3段，拱顶段角度为88°，环向分段部位除对接头进行焊接外，采用8cm宽钢板帮焊搭接，钢带之间接缝进行满焊，然后打磨平整，焊缝高度不小于5mm，钢板外表面（临空侧）应进行防锈处理；

②钢带与隧道二次衬砌模筑混凝土之间采用改性环氧树脂胶粘剂进行粘接，并用M24化学锚栓锚固，胶粘剂必须采用A级胶，通过压力灌注工艺形成饱满而高强的胶层，M24化学锚固螺杆型号M24×300，钻孔直径28mm，钻孔深度30cm，单根锚固力≥100kN。

3　结束语

目前隧道二衬表面出现裂缝的病害的案例有着日益增多的趋势，根据裂缝出现的时间，裂缝的走向，裂缝出现的部位以及裂缝的宽度不同等等来分析，裂缝产生的原因也是各不相同，隧道裂缝的治理应根据具体现场情况的不同而采取不同的处治方案。

[1]《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）[S].中国建筑工业出版社，2006.

[2]李文鑫.隧道二次衬砌裂缝处理方法的探讨[J].北方交通，2012（04）.

[3]向学刚.隧道二次衬砌裂缝的成因与防治[J].隧道施工技术，2007（S1）.

U457

A

1673-0038（2015）43-0211-02

2015-10-8

付业凡（1985-），男，湖北荆州人，工程师，硕士，从事隧道设计工作。