高寒地区公路隧道衬砌裂缝的治理

郭慧珍　张爱玲

摘 要：随着我国交通运输业持续增长，公路、铁路等基础设施随之快速发展，于是国内新建了大量钢筋混凝土结构形式的桥梁及隧道，而且逐渐在向高海拔、高寒冷的地区发展。但是在这些高寒地区因气候影响所产生的结构裂缝问题非常严重，其中因混凝土裂缝而影响工程质量甚至造成事故的问题也屡见不鲜，对正常的干线运营会产生不良影响。从而影响了工程结构的安全使用性能。文章结合高寒地区某公路隧道出现裂缝的问题进行了综合性的分析，并给出新的简单可行的加固治理措施，为以后类似工程实践来提供参考。

关键词：隧道；冻胀裂缝；检测；施工；治理

1 工程概况

该工程项目是位于东北高寒地区的一条长度为3000米的双向四车道公路隧道，其表面覆盖粉质黏土，植被比较稀疏，无基岩，也无地下水。其中包含Ⅳ级围岩500m、Ⅴ级围岩466m，Ⅵ级围岩250m，其余均为Ⅲ级围岩。本地区气候特征为：年平均气温为2℃左右，冬季平均气温-20℃，最低温度-37℃，有时甚至达到-39℃，土壤最大冻结深度3.3m，全年有效施工季节很短，施工条件及施工环境非常恶劣。该隧道于2006年5月开工起建，2009年10月完工。2010年5月检查发现进口浅埋段衬砌受冻，解冻后发现存在若干条纵向水平细微裂纹，持续几个月观察后无明显发展；2011年发现进口处DK280+240～DK280+600里程段边墙上出现了极其明显的纵向水平裂缝，并在衬砌表面产生错位现象。经过现场统计，其隧道衬砌裂缝共有23道，其中环向裂缝6道，纵向裂缝17道，其中有4条最宽裂缝达到7.2mm的宽度。

2 确定冻胀裂缝检测方案

2.1 裂缝检测目的

通过对本隧道所有裂缝排查，对其出现的位置、产生状态、走向、宽度、长度等各个方面数据进行汇总统计，用来确定是静止裂缝还是活动裂缝或者尚在发展的裂缝，为下一步制定裂缝整治措施提供科学依据。

2.2 裂缝标识

（1）裂缝编号：现场对隧道的每一条裂缝都进行标识，并统一编号。（2）纵向水平裂缝：根据现场实际情况，隧道纵向水平裂缝全部位于边墙部位，在每条裂缝的最大缝宽处和裂缝两端都采用红漆划线进行位置标识。（3）斜向裂缝：同纵向水平裂缝。（4）环向裂缝（竖直裂缝）：对于仅存在于边墙部位的竖直裂缝，标识方法同纵向水平裂缝；对于环向贯通裂缝，在左、右侧衬砌的边墙上各设一个标识，位置选在裂缝较宽处。

2.3 裂缝观测方法

裂缝宽度观测采用贴玻璃片和刻度显微镜相结合的方法进行观测，裂缝长度直接量出。对于宽度为1mm以下的细裂缝，在裂缝宽度的标识处直接采用刻度显微镜进行观测；对于裂缝宽为1mm以上的裂缝，在裂缝宽度的划线标识处两侧各贴一张玻璃片，使两张玻璃相互搭接并用红油漆划线，当裂缝宽度有发展时，裂缝两侧的玻璃片就会随之移位，使油漆划线产生断裂，然后再用刻度显微镜观测其发展变化值；对于裂缝长度发展变化的观测，每次观测时在裂缝末端做出位置标识，直接采用尺子量取的方法确定其长度变化。注意采用刻度显微镜测量缝宽时，刻度显微镜十字丝要与裂缝标识线相重合，以确保每一次观测数据的准确性。

2.4 裂缝数据采集和分析

裂缝观测中，裂缝宽度数据应精确至0.1mm，裂缝长度数据应精确至1mm，每次观测数据形成观测记录，并分析裂缝宽度变化值和长度变化值，便于后面进行分析与计算。每一次测量完成后，对测量数据进行比对，随时掌握裂缝发展情况，每周观测一次，当发现裂缝发展速度增快时，改变频次，变为每2天观测一次，必要时每天1次。

3 裂缝治理施工方案

鉴于以上的检测结果和现场特点，利用混凝土结构在开裂后应力已经得到释放，经观察裂缝发展已经达到稳定，提出裂缝部位采用灌浆加固再配合填充密封的施工方案，确保结构的整体性、耐久性以及结构抗震性能。

3.1 开槽、钻孔、清槽、埋设灌浆嘴

（1）开槽，用电动切割机沿裂缝方向加深、向两侧加宽凿槽，外口宽约5～10mm，深约10mm。（2）钻孔，用冲击钻打孔，孔径为12mm，孔距为400mm，孔深50～100mm，分布于凹槽两侧。钻孔时，钻头向凹槽倾斜，使孔在凹槽背后穿过裂缝。（3）清槽，用钢丝刷及清水把凹槽和钻孔内的碎屑石粉清除干净，并清除松动的块石。（4）埋设灌浆嘴，插入自密封型灌浆嘴，转动灌浆嘴使之牢牢固定在孔内。

3.2 硅酮结构密封胶密封

待凹槽干燥后，采用专用注胶枪，顺着凹槽注入一层H-995硅酮结构密封胶，施胶后5分钟内修整胶缝。

3.3 环氧树脂砂浆封缝

（1） 环氧树脂砂浆配合比。环氧树脂：乙二胺：水泥：砂=100：10：150：300。其中水泥采用P.0.425水泥，砂采用细砂（筛掉0.63mm以下与2.5mm以上颗粒，用水清洗干净，并烘干）。（2）配制方法。环氧树脂加热溶化→加入乙二胺→搅拌均匀→加入水泥、砂→搅拌均匀→环氧树脂砂浆配制完成。（3）封缝方法。用抹刀将环氧树脂砂浆填入凹槽内，边抹边压，在砂浆收缩前确保抹压密实，并刮平整以防止产生小孔和气泡。树脂砂浆填入槽内约5mm厚，预留部分便于抹调色砂浆。

3.4 注入双液型改性环氧树脂

（1）灌浆材料为RX-505双液型改性环氧树脂。（2）灌浆前先对灌浆机具、器具及管子进行检查，运行正常后开始灌浆如。（3）将RX-505双液型改性环氧树脂灌浆材料放入搪瓷桶，把标尺插进桶中，并作灌浆记录；压浆时，保持在0.2Mpa以上的压力，并且逐渐升高。注意观察灌浆嘴的排气情况，待有纯浆排出，即可堵住灌浆嘴。待最后一个灌浆嘴流出浆液时，堵住浆嘴，再继续压注5分钟左右，关上进浆嘴上的转芯阀门，即结束灌浆。（4）灌浆结束后，立即拆除管道，并把管道、设备清洗干净。（5）灌浆后经2～4天，待浆液凝结后，再用水泥砂浆抹平浆嘴进行封孔。

3.5 抹调色灰浆

（1）调色灰浆的配制。根据衬砌结构自然色，调配调色灰浆，其基本配合比为：水泥：腻子粉：107胶=1；1：1，通过对腻子粉掺量的微调，使其颜色尽量接近衬砌结构的自然色。（2）进行饰面处理时，将调配制好的调色灰浆抹在槽内的树脂砂浆表面，与衬砌的混凝土抹平，以保证外观质量。

4 注浆施工的注意事项

针对不再继续发展的环向贯通裂缝，在开槽前，先在裂缝附近两侧和水沟内向仰拱背后地层注入P.O.42.5普通硅酸盐水泥浆。水灰比在0.8到1之间；注浆压力在0.4到0.6MPa，注浆速度为10到15L/min。（1）钻孔，环向裂缝附近两侧水沟内，采用专用打孔设备，分别向混凝土内钻一个直径为50mm的孔，深度要进入仰拱背后土层。（2）埋设Φ40注浆管，在注浆外缠绕一层橡胶，以封堵孔与注浆管之间的间隙。注浆管缠绕完成后，打入孔内。（3）注浆，注浆之前，连接注浆管路，并对管路进行试压力，以此确定管路是否为空载或漏浆。（4）拔管及封堵，注浆完成待浆液凝固后，将注浆管沿其根部用手砂轮割除，然后将管口清刷干净，衬砌钻孔处切记一定要采用高标号防渗水砂浆进行封堵密实。

5 结束语

本隧道结构自2011年治理后，至今尚未出现问题，因此结合这一成功案例，详细的描述了高寒地区裂缝治理过程中合理且可行的技术方案，此方案成本较低且安全可靠，对于其工程质量及其经济性方面都有很好的影响。并且以成功案例能为今后类似的工程实践问题作参考。

参考方献

[1]铁路隧道工程施工质量验收标准.TB10417-2003.中华人民共和国铁道部发布[S].

[2]铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定.铁运函[2004]174号文[S].

作者简介：郭慧珍（1977，1-），女，硕士，讲师，2007年毕业于西南交通大学结构工程专业。