特克斯隧道二衬裂缝成因分析及处置措施

文/新疆维吾尔自治区交通建设管理局项目执行一处 瓦热斯江·米扎哈买提

特克斯隧道项目K97+840-K97+838段落和K97+926-K97+930段落出现了二衬裂缝，通过对特克斯隧道二衬裂缝综合调查，结合该区域设计支护参数、地质围岩情况及现场施工情况，针对不同区域、不同类型裂缝，召集参见各方，讨论分析二衬裂缝形成的原因及处置方案。

工程概况

国道577线旱田至特克斯段公路项目一期工程为特克斯隧道及其引道，采用分离式路基主线，全长为3.867km。根据现场观察发现，有两处尚未处理且较为严重的二衬裂缝：①隧道出口右线，K97+840-K97+838位置，隧道出口段最后一模二衬的端头混凝土开裂掉块（下述简称裂缝①）；②K97+926-K97+930位置，环向主筋外撇，二衬混凝土鼓包（下述简称裂缝②）。

裂缝产生原因分析

隧道勘察的复杂性

隧道岩体地质结构比较复杂，且能勘探地质点数量较少，对隧道地质和岩体结构分布情况了解不明。由于勘定的围岩具有特殊性质，其设计对隧道的结构支撑能力没有达到荷载要求，导致隧道开挖后复杂的地质条件与围岩结构设计要求偏差较大，隧道支护结构能力不强。

爆破对围岩的扰动性较大

因爆破开挖对围岩结构体、受应力有很大的影响，会使隧道岩体径向部位受应力减小，而隧道岩体环向部位的切应力增加，从而导致岩体结构部位出现裂变、拉伸等变形状态。同时，在对围岩施工开挖过程中，运用爆破手段会产生大量的瞬间高压冲击波，对岩体原有的荷载受力区域产生较大的冲击或震动破坏作用，导致隧道围岩荷载力受损，使得隧道岩体二衬出现微裂缝隙，直接影响围岩结构的稳定性。

仰拱封闭不及时

若隧道仰拱施工回填封闭不及时，会出现拱脚往下坠落，使隧道拱顶出现裂缝空隙。若拱顶部位出现的裂缝较大，导致拱顶承受的荷载压力转移到拱腰部位，形成拱部荷载受力的“马鞍形”状态，而隧道衬砌在“马鞍形”受力作用力下，衬砌的拱腰部分有可能最先拉裂，从而使岩体产生沿纵向式的拉裂缝，导致拱顶的内缘因受压导致开裂。

其他因素影响

K97+850-K97+826以及K97+910-K97+930段落属围岩大变形段落，累计变形值在30cm～45cm之间，围岩两侧压力较大及围岩具有膨胀性是造成衬砌裂缝的主要原因。

其他现场原因包括现场二衬钢筋绑扎不规范，裂缝段落混凝土浇筑时间均为冬季等。环向主筋承担主要的拉应力及压应力，箍筋不仅起到防止环向钢筋受力后压屈和固定环向钢筋位置的作用，还能有效改善构件破坏时的脆性，并能约束核芯内混凝土，提高其极限变形值。现场箍筋的施做不规范，导致二衬混凝土结构的安全系数降低。此外，裂缝段落混凝土浇筑时间均为冬季也是造成衬砌裂缝的原因。根据《中国建筑气候区划图》，隧址区属于严寒区域，按照新疆地区常规冬施起讫时间：10月中旬-次年4月下旬，属于冬季施工时间段。冬施过程中若未采取切实可行的防护措施，过低的温度常常会造成二衬混凝土构件的早期破坏，降低结构的安全性和耐久性。

裂缝处置措施

裂缝处置应以加固为主，拆换为辅。从目前施工单位汇报的监测数据来看，裂缝并未有进一步的发展。将目前二衬的损坏情况结合本项目新建工程的特点，建议对上述二处裂缝进行拆除处置。具体实施步骤如下：

在隧道岩体衬砌拆换部分前后可各施做10m长的环向临时钢支撑，并对拆换部分前后各50m范围的隧道衬砌沉降进行量测监控，以确保拆除时的岩体结构安全。

对于整个衬砌拆除部分进行径向注入混凝土浆，并在隧道围岩周围进行强力加固。注浆和加固材料为超细水泥浆，水灰比为1：0.8，注浆压力为0.4MPa-1.2MPa，注浆和加固前要提前验证以确定各注浆参数。钻孔后应立即注浆，应遵循从下往上、先边墙后拱部的顺序进行注浆。注浆完成待浆液凝固后，须对注浆效果进行无损或钻芯取样检查。

进行径向注浆混凝土结束后，可沿隧道围岩纵向打设φ42孔，孔间距30cm、深55cm，然后拆除二衬，每次拆除纵向间距为1m，从拱顶部位开始拆除，逐步往边墙部位拆除。拆除二衬后，若发现初支工字钢完好，没有出现变形或移位，可根据设计对每榀工字钢采用4根φ42锁脚锚管对工字钢逐榀锁脚加固，将锁脚锚杆与工字钢焊接牢固。若发现初支工字钢部位已明显变形或损坏，则应立即拆除更换，注意在拆除二衬后应对原初支工字钢进行定位。

在原支护参数的基础上，采用加密初支拱架方案，在原设计拱架之间掏槽施做补强拱架。补强拱架按照I18/I20型钢，间距结合现场情况考虑施工便利，以不大于60cm～80cm为宜，并按照要求施做钢架连接钢筋。根据顺序，施工新的钢筋网、 锁脚锚杆和喷射混凝土，再进行下一循环的二衬拆除与初支的重新施做。每次循环的拆除应控制在长度1m左右，且拆除二衬时尽量运用先进机械设备或静力爆破拆除。

隧道围岩二衬设计为C30钢筋混凝土结构，厚度不小于45cm，环向主筋采用φ22的Ⅱ级钢筋，钢筋间距按照15cm。箍筋采用φ8的Ⅰ级钢筋。拱墙环向主筋与仰拱按照本次设计间距植入φ22钢筋，确保拱墙环向主筋生根牢固。植筋要求应满足相关规范规程。

后续段落应对措施

鉴于目前段落地质围岩较差，岩性软弱且有膨胀性，后续段落施工应严格控制，避免类似情况再出现，对此建议采取以下应对措施：

对本段落围岩差异性较大的段落，二衬结构加设沉降缝，沉降缝设置间距按照30m～50m一同考虑，可根据现场实际情况进行调整，并在裂缝①处端头K97+838位置，设置首条沉降缝。鉴于本段落初支变形较大，建议进一步加强围岩及初支变形量测，二衬施做应严格按照监控量测数据，在初支变形稳定满足二衬施做时机的情况下施做。将出口右洞段落K97+826-K97+838（剩余的单层拱架段落）段二衬配筋进行加强。

结语

勘察资料的局限性、爆破对围岩的扰动、仰拱封闭不及时及二次衬砌施做时机不合适等，都可能是二衬裂缝的形成原因。总之，裂缝处置应以加固为主，拆换为辅。