公路隧道裂缝处治技术

刘章宝

摘 要：裂缝是公路隧道衬砌结构中最常见的病害之一，严重影响隧道安全使用和衬砌承载力。对运营公路隧道随机衬砌裂缝进行统计，得出不同部位裂缝分布规律。本文分析了武都隧道裂缝形成原因，重点介绍了裂缝处治技术——封闭裂缝注胶，然后粘贴碳纤维布。最后，对该技术在公路隧道裂缝病害处治中的应用前景做出展望。

关键词：公路隧道 裂缝 统计 处治对策

中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）05（a）-0051-03

随着我国公路基础设施的不断建设、完善，公路隧道已达960.56万m，成为了世界名副其实的隧道大国。然而，由于围岩应力变化、材料劣化、设计及施工等原因，隧道病害严重困扰其正常使用，甚至威胁行车安全。本文以武都隧道裂缝处治技术为例，重点阐述了该技术的工艺流程和检验方法。

1 工程概况

（1）武都隧道位于甘肃省陇南市武都区黑坎里北侧上没水山山体内，该隧道为中型分离式岩质隧道，净宽10.25m，净高5.0m，设计时速80km/h，单向双车道。隧址区涉及地层主要为志留系中、上统千枚岩夹板岩、碳质千枚岩、灰岩等，岩质软弱；并穿越大院—殿沟里断层（F5），为志留系内部逆冲断层，属于武都山字形构造体系白龙江大断裂次生断裂，其中2处次生断层与隧道出口800m处大角度相交；同时，受构造影响，揉皱、褶皱发育，主要为Ⅳ、Ⅴ级围岩，开挖过程易产生围岩大变形，其流变在应力较高的情况下产生了塑性变形，表现为二衬局部出现微裂纹、小裂缝。

（2）武都隧道主体完工初期由于围岩应力释放强烈，导致仰拱部分隆起、二衬局部破裂，当时采取仰拱、二衬返工处理措施。处理过程中二衬、仰拱单元长度不一致（即施工缝不连续），两者变形不一致、不协调，进而拉裂混凝土。现场调查发现环向裂缝长度不一致也说明了这一点。

（3）隧道围岩是一个巨大的蓄热体，开挖打破了围岩原有的热平衡，大量释放热量（岩层表面温度35℃～40℃）被衬砌结构背墙混凝土吸收，导致背墙混凝土水化反应加速，快速凝结硬化。而此时洞内大气温度只有2℃～4℃（主体施工后期），墙面混凝土硬化速度较慢，即内外墙面温差大，变形不一致，较大的拉应力导致混凝土开裂。

2 裂缝处治方案

2.1 表面处理

针对墙面裂缝，先用钢丝刷等工具清除混凝土表面的灰尘、浮渣及松散层等污物，然后用角磨机打磨出以裂缝为中心线、宽15cm、深度8mm的槽，最后清洗打磨面浮尘，自然风干后进入下一步处理程序。

2.2 预埋注胶嘴、封缝

打磨、清洗、干燥后，用JY-A8裂缝测宽仪测量裂缝宽度。测量方法为：沿裂缝走向每30cm选取一个点，测量该点裂缝宽度，然后计算该裂缝各点测量宽度平均值，此平均值为该裂缝的测量宽度值。

测量宽度值小于0.2mm的裂缝注胶效果、质量不明显，直接采用封缝胶CCSR-A（B）密封处理。用油灰刀沿裂缝走向往复涂刮一层厚1～2mm、宽3～5cm的胶泥，封闭裂缝。测量宽度值大于0.2mm的裂缝需注胶处理，在裂缝的交错点、较宽处及端部预埋注胶嘴；宽度值0.2～0.3mm裂缝，注胶嘴间距40～50cm；宽度0.3mm以上裂缝，注胶嘴间距30～40cm较为适宜。用封缝胶预埋注胶嘴，要求注胶嘴吃胶饱满、左右搖晃2～3s后粘贴于裂缝交错点及较宽处，同时确保输胶管道畅通。

2.3 灌胶

2.3.1 封缝检验

一般情况，当大气温度在25℃以上时，封缝后1～2d即可进行试漏试验，检测裂缝密封性和贯通情况。通常采用压力水试验法，在众多封闭裂缝中随机抽取20%，然后用相同注胶压力向已预埋好的注胶嘴灌水，灌水过程要求跳槽灌注，最高点注胶嘴保持畅通以便排气，其余空闲注胶嘴一律封闭；如果胶嘴底座或者裂缝封闭处有漏水，需再次封闭；试验结束后，打开所有空闲注胶嘴，用压缩空气吹净积水，并保留足够的干燥时间。

检验合格后的裂缝能确保较好的注胶效果，注胶饱满能完全封闭裂缝，阻碍裂缝进一步发展，增强处治耐久性。

2.3.2 配置裂缝胶

裂缝胶由主剂CBFR-A和固化剂CBFR-B组成。首先将A、B胶分别盛入容器，搅拌均匀，然后按照2∶1比例倒入混合容器，继续搅拌，直到颜色呈现一致。当大气温度25℃以上时，混合均匀后的裂缝胶可操作时间≤40min，因此一般一次混合1～2kg为宜（注胶班组6人作业）。

2.3.3 低压低速灌胶

（1）除尘。

注胶前需用压缩空气将裂缝中灰尘吹净，达到干燥、无尘状态，确保灌胶顺畅。

（2）注胶顺序。

根据裂缝走向可选择单孔注胶（竖向、斜向裂缝适宜由下向上注胶）或者多点群孔跳跃注胶（横向、网状裂缝适宜多点群孔跳跃注胶）。

（3）注胶压力。

注胶操作需使用专用注射器，通常采用0.2MPa压力注射器，采用较低的注胶压力和较长的注胶时间，可获得更好的注胶效果。

（4）注胶效果控制。

当最后一个注胶嘴溢出速率稳定的胶液后，再保持2min即可停止注胶，同时封闭最后一个注胶嘴。

2.3.4 固化、检验

（1）裂缝胶固化时间与环境温度密切相关，一般情况下，25℃左右时固化时间为24～36h，要确保胶体有足够的固化时间。

（2）对于较密集区域、较宽裂缝可采用压力水检验注胶效果，水压力值为注胶压力60%～70%为宜，不吸水、不漏水为检验合格；同时，也可以采用钻心取样检验注胶效果，并进行力学性能检测试验。

2.4 粘贴碳纤维布

2.4.1 表面处理

先用小型电动切割机紧贴墙面切除预埋的注胶嘴，同时检查注胶效果。然后用小型电动打磨机清除表面凝固的漏胶、凸凹不平的凝固封缝胶及其他夹杂物。使表面平整、无杂物，然后清洗打磨面的灰尘、污垢，干净、干燥后可粘贴碳纤维布。

2.4.2 裁剪碳纤维布

现场碳纤维布（CFS-Ⅱ-400）规格为长50m、宽1m，重量轻（400g/m2），基本不增加混凝土结构自重；具有良好的可塑性，能适用于曲面和不规则形状结构物；同时浸胶碳纤维布能与结构共同作用，并具有高强度，可提高混凝土结构力学性能和延性，有效控制隧道衬砌裂缝发展；另外，具有较好的防水性能。

裁剪尺寸宽13cm、长100cm，要求线性顺直、边缘整齐，裁剪尺寸误差±10mm。裁剪前将碳纤维布自然铺开，保持平整，无需两侧张拉；先按照长度和宽幅标注划线，然后在宽幅线处横向抽出2条平纹丝，随后即可裁剪。

2.4.3 配置结构胶黏剂

浸渍胶由主剂CFSR-A和固化剂CFSR-B组成。首先将A、B胶分别盛入容器，搅拌均匀，然后按照2∶1比例倒入混合容器，继续搅拌，直到颜色呈现一致。混合后的胶体开始发生固化反应，并不断产生热量，随着温度升高，固化反应速度更强烈；因而配置好的混合胶要及时使用，并且每次不宜配置过多。同时，配置现场应保持良好的通风，工作人员需严密防护；如果配置现场温度低于5℃、主剂CFSR-A伴有结块现象，需对主剂CFSR-A加热处理，流动均匀后与固化剂CFSR-B混合。

主剂CFSR-A属于改性环氧树脂，是易燃物，禁止明火直接加热。为保证受热均匀，可采用热水加热。

2.4.4 粘贴碳纤维布

首先采用专用滚筒（宽15cm）将混合好的结构胶黏剂均匀涂抹于打磨面，然后将碳纤维布用手轻压于涂抹结构胶的打磨面，再使用滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，使胶液充分浸透碳纤维布。凹陷及边角处容易产生气泡，粘贴时必须特别注意。滚压过程不得错位、损伤碳纤维布。当打磨面长度超过100cm时，需搭接碳纤维布，搭接长度不小于15cm为宜。

2.4.5 “钉”砂

使用毛刷在碳纤维布表面渗出的胶液上铺撒一层粒径4.50mm的砂砾，随着胶液的凝固收缩，砂砾、碳纤维布及打磨面粘贴得更加紧密。由于砂砾粒径大于单束碳纤维丝的宽度（4.00mm），从而保证砂砾通过胶体的粘结力充分紧固、定位、连接碳纤维布，起到销钉作用。

2.4.6 养护

粘贴好碳纤维布后，自然养护24～36h至初期固化，养护期严禁干扰。

2.4.7 检验

碳纤维布柔性特别好，粘帖率可达到99%；混凝土裂缝处理粘帖率要求达到95%以上，如局部有气泡，须及时用注射器将浸渍胶注入气泡，从而保证隧道裂缝处理效果。

3 结语

随着我国公路隧道数量的不断增多及更多隧道逐步进入养护维修阶段，隧道裂缝已成为最主要的病害之一。不同区域内隧道，由于温度、湿度及围岩类型、应力大小的不同，该技术有待进一步优化、完善，特别是裂缝胶、浸渍胶主剂和固化剂的配比、裂缝胶的加热温度、养护方法及周期都会有所不同。裂缝处治过程中可设试验段，根据试验段检测数据确定最优搭配组合。

从武都隧道裂缝处治后期检测效果来看，该技术裂缝处治强度高、耐久性好，应用前景广阔，进一步优化、改良空间大，值得推广和大量应用。

参考文献

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