公路隧道衬砌裂缝成因分析及防治研究

(重庆交通大学土木工程学院, 重庆 400074)

公路隧道衬砌裂缝成因分析及防治研究

范凯亮

(重庆交通大学土木工程学院, 重庆 400074)

随着国家经济的发展及交通方式的改进，公路隧道在各地兴建，随之必然会出现公路隧道的病害情况，公路隧道病害又包含了裂缝、坍塌、渗漏水、剥落、冻害、震害等形式，而隧道裂缝不仅严重影响结构的整体性又会加速其他病害的发展，所以本文着重介绍了公路隧道的衬砌裂缝的成因分析及防治研究

公路隧道；衬砌裂缝；成因分析；防治研究；连拱隧道

0 引言

近年来，我国高速公路的发展迎来了高峰期，随之，大批公路隧道投入建设和应用，有效的缓解我国公路的发展压力。公路隧道的迅猛发展的过程中，隧道的病害防治日益突出，而隧道衬砌裂缝的问题得到越来越多的关注。当前已建成及在建的隧道中存在着诸多的裂缝病害，而这些裂缝是如何形成的，对隧道结构有没有没影响，有多大的影响，如何去治理这些裂缝均已成为当务之急。本文就这一问题对隧道衬砌裂缝的成因及防治进行了研究。

1 隧道衬砌裂缝的成因分析

隧道衬砌裂缝产生的原因多种多样，主要总结为以下几个方面，首先是隧道衬砌材料的影响，其次是环境、温度、湿度的的影响，然后是衬砌在结构中的受力影响，最后是施工方面、设计方面等的影响。

1.1 衬砌材料的影响

（1）水泥混凝土的自收缩性：由于隧道衬砌结构的主要材料便由水泥混凝土组成，所以水泥混凝土的自收缩性便显得尤其重要。混凝土的收缩分为自收缩和干缩。混凝土的自收缩是不与外界进行水分交换的条件下，也就是在恒温绝湿的条件下由胶凝材料的水化作用引起自身体积收缩；混凝土干缩指的是混凝土失去养护后，丢失内部毛细孔和凝胶孔1的吸附水而发生不可逆的收缩。因此在隧道施工

及运营过程中长期处于干燥的环境中容易引起混凝土的开裂。

（2）混凝土外加剂的影响：隧道衬砌过程中混凝土会添加一些外加剂来达到某些特殊要求，如在混凝土中添加泵送剂、减水剂等，这些不仅能够减少混凝土的收缩变形还能控制混凝土的裂缝，但如果过量添加会产生一些不良效果反而促进了裂缝的发展。另外如果添加了缓凝剂和氯化钙做催凝剂会进一步增加衬混凝土结构的收缩变形，使衬砌混凝土更容易产生裂缝。

1.2 外部环境的影响

外部环境对隧道衬砌混凝土的影响主要体现在三个方面，由环境温度、湿度和混凝土内水泥水化热引起温度的变化。环境温度降低的越大混凝土收缩变形就会越大，因此隧道结构在冬季会产生较大变形，尤其是在靠进洞口温度较低处，最易出现裂缝。隧道所处环境湿度较大时也易引起衬砌结构的收缩变形，造成混凝土出现裂缝。

1.3 外力方面的影响

受外力作用引起的隧道衬砌混凝土裂缝的原因多种多样，总结为松弛土压、突发性崩塌、偏压和坡面蠕动、滑坡、膨胀性土压、承载力不足、水等作用。在松弛土压影响下围岩不能承受其自重在衬砌上产生竖直方向的外荷载，使拱出现裂缝；突发性崩塌时，围岩突然落下对衬砌产生冲击；在偏压和坡面蠕动作用下易出现纵、斜、环向裂缝；滑坡时边墙产生水平裂缝和错位；膨胀性土压作用下，围岩易受膨胀产生向内部的挤压力，产生水平张拉裂缝；承载力不足时，隧道基础不均匀沉降产生环向和斜向裂缝；水压力增大时，使衬砌收到侧向压力，易产生从拱部到边墙的水平及环向裂缝。

1.4 施工方面的影响

施工方面对隧道衬砌裂缝的影响也是多种多样，具体概括为以下几种：（1）回填不密实或存在空间，可能造成边墙、起拱线附近拱肩开裂和错缝（2）施工过程偷工减料、支护不及时或根本不支护容易导致围岩条件恶化使衬砌结构产生裂缝（3）边墙基础底部废渣未清除干净就直接灌注边墙混凝土，破碎泥岩遇水软化致使边墙承载力不足、边墙下沉等，导致边墙混凝土出现纵向水平裂缝。

2 隧道衬砌裂缝的防治研究

由于隧道衬砌裂缝的产生原因多种多样，其防治措施必定也是视病害而不同，为了减少、缓解衬砌结构裂缝的发展，我们提出几种预防和治理的措施。

(1)严格把控设计施工：合理的设计衬砌结构使契合围岩，保证结构的完整性；施工时必须严格把控从进料、装卸到施工、养护的每个方面，以提升隧道衬砌结构的质量。

(2)裂缝表面涂抹：裂缝表面涂抹法主要是对于裂缝宽度较小（通常小于0.3mm）、无明显剪切滑移和渗漏水现象、对衬砌结构承载力影响较小、几乎不影响隧道安全和使用的裂缝。涂抹时要保证灰浆能够进入到微裂缝的空隙当中，涂刷时厚度应小于0.2mm。

(3)优化钻眼、爆破水平：提高钻眼和光面爆破的水平，加强隧道开挖断面的检测以及控制隧道轮廓的开挖，都有利于减少隧道衬砌结构裂缝的形成和发展。

(4)裂缝埋管灌浆：埋管灌浆是针对于较大裂缝（宽度在0.3mm～0.5mm之间）、范围较大或产生错动现象、对结构稳定性产生危害的裂缝进行治理。

(5)避免施工过程中出现的隧道衬砌结构背后出现空洞等现象，发现后必须马上加以处理，主要通衬砌结构背后注浆的方式处理。

(6)对隧道衬砌结构的一般性裂缝还可以通过挂网喷射混凝土、加设锚杆来增强衬砌结构的稳定性，并改善裂缝带来的危害。

3 对连拱隧道衬砌结构裂缝的防治

公路隧道迅速发展，单拱隧道已很难满足交通的要求，连拱隧道便快速发展，由于大部分建成隧道都为连拱隧道，这里重点介绍连拱隧道的衬砌裂缝治理措施。由于双连拱隧道的设计和施工特点，这里对其隧道衬砌裂缝的防治总结为以下几点：

（1）由于双连拱隧道位置大多处于浅埋和偏压地段，地质类型、条件往往较差，施工过程中的监测、测量等就显得尤为重要，保证测量监测数据的准确性，并以监测数据指导施工，保证每一道工序都能及时合理的完成。

（2）连拱隧道的特殊地质条件，特别是隧道进口段对于Ⅳ、Ⅴ级围岩，NATM法已不能广泛的适用于此种情况。施工扰动后，本就处于浅埋和偏压地段的隧道结构，如果不能快速的跟上隧道的二衬施工，洞口段便很容易发生坍塌等情况。

（3）隧道的设计及施工时，要完善防排水系统，实时监测隧道内部的防排水情况，避免隧道内部积水造成围岩侵蚀、结构软化、基底疏松等问题，并提前做好积水的预处理的方案。

4 结语

随着隧道技术的广泛应用，隧道衬砌裂缝问题必然会成为又一热门领域，而对于隧道衬砌裂缝的防治我们应遵循“预防为主，治理为辅，防治结合”的基本原则，而本文剖析了隧道衬砌裂缝的形成原因及对裂缝防治进行了研究，并对双连拱隧道衬砌裂缝的防治进行了专项研究，希望可以对隧道衬砌裂缝的研究提供参考。

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1007-6344（2017）08-0351-01

范凯亮，男，山东日照人，工程力学专业