隧道衬砌砼开裂的成因与处治探讨

杨洋

摘 要：隧道衬砌砼开裂的成因复杂且影响重大，一旦处治不当，便会影响到隧道的安全、长久使用。本文结合笔者既往隧道建设施工实践经验，就隧道衬砌砼开裂的成因与处治展开全面探讨，以供借鉴参考。

关键词：隧道;衬砌砼开裂;成因;处治

1 隧道衬砌砼开裂的所致成因

1.1 地质勘察方面

隧道开挖施工前，地质勘察不到位，对施工环境、水文地质等情况掌握不够细致，以致隧道初期支护及二次衬砌参数选择不合理，由此导致隧道围岩应力的影响超出二衬砼所能承受的最大应力而出现裂缝。

1.2 施工材料方面

首先，二衬砼用水泥、砂石等材料质量差，不满足衬砌砼施工的要求，以致后期受各种因素的影响而出现开裂;其次，二衬砼所用原材料计量不精准、拌制不规范、配比不合理、供料不及时，这些因素的存在都会加大二衬砼开裂的几率。另外，二衬砼浇筑后受时间推移的影响往往会出现碳化，降低砼的强度及密实性而导致出现裂缝。

1.3 现场施工方面

（1）施工测量不精准。隧道开挖施工中，对于围岩变形及稳定情况的监测不够及时到位，或是仅凭技术人员个人经验或肉眼观察，致使隧道初支变形未完全稳定便施作二衬，由此造成二衬结构随时间推移超出最大承荷而出现裂缝。

（2）施工操作不规范。一方面，隧道爆破开挖控制不严，局部超挖或欠挖现象未及时处理，以致二衬砼浇筑时的厚度不均，导致砼收缩不一致而出现开裂;其次，在地质条件較差地段，因支护强度不足造成初支侵限，导致二衬砼厚度过小，甚至出现局部脱空而造成衬砌砼开裂。

（3）围岩基面未清理。隧道开挖时易对围岩造成较大扰动，而造成围岩基面存在松动碎石及浮渣，若在衬砌砼前未将围岩基层的软弱岩层进行细致清理，就会造成与二衬砼间形成软弱夹层，降低了围岩对二次砼层的约束，从而大大削弱围岩的弹性抗力，造成衬砌砼结构强度受到影响而易形成裂缝。

（4）衬砌施工不规范。采用整体式钢模台车进行衬砌砼作业时，如若下料不均匀、振捣不到位，就会造成衬砌砼不密实、不均匀，而影响砼的强度及受力，以致随着时间的推移，在二衬砼的薄弱部位就会出现裂缝;其次，衬砌砼施工过程中，温控措施控制不到位，从而导致浇筑后砼因内外温度存在较大的梯度而形成温度裂缝，或是浇筑后未及时做好养护，以致衬砌砼面失水过大而出现干缩裂缝。

2 隧道衬砌砼开裂的处治对策

2.1 衬砌砼开裂的预防

2.1.1 加强地质勘察

首先，做好前期地质勘察，细致了解隧道开挖地段围岩类别及地质水文条件，以为后期隧道初支支护及二衬施工提供精准的依据;其次，结合地质勘察资料及围岩类别，合理选择二衬形式，保证二衬砼厚度，减少二衬结构超荷载运行而导致的开裂情况。

2.1.2 严控材料质量

（1）严控二衬砼原材质量。实践表明，因砼材料质量问题而导致的二衬砼温差开裂及干缩开裂是造成隧道二衬砼开裂的重要因素。通过适量掺入膨胀剂、合理控制砼配比，能够显著减少砼失水及温差收缩现象，提升砼的抗裂能力。其次，加强二衬砼用水泥、砂石骨料等原材的质量检测与控制，确保原材料质量满足二衬砼的质量要求，进而提升二衬砼的强度及抗裂性。

（2）优化二衬砼配比设计。首先，结合隧道二衬砼施工实际及试验结果，对砼配合比进行优化调整，并在配制前调校称量系统，保证称量精准、配比准确，进而为配合比优化提供准确依据。其次，为保证二衬砼施工的连续性，减少因砼间断施工而产生的施工冷缝，须结合二次衬砌砼施工实际，确定砼日搅拌量、砼运输罐车数量以及二衬施工用钢模台车量，以保证砼生产供应充足，二次衬砌施工连续不间断。

2.1.3 抓好施工管控

（1）做好施工中的监控量测，尤其是对地质条件较差地段，须通过地质雷达、超前钻探等超前地质预报等措施，查明开挖面的具体地质条件。对于开挖作业面与实际围岩存在差异时，应与设计方进行沟通，并及时进行设计变更，采取正确的开挖及支护方法。同时，加强施工中围岩的变形监测，根据围岩监测结果判断二衬施作时间，对仍处于变形阶段的围岩不得进行提前进行二衬砼施工。

（2）加强隧道爆破开挖控制，对爆破参数进行优化调整，确保爆破开挖面的效果，减少爆破开挖扰动对围岩的影响，以规避外部应力对二衬砼的影响。其次，加强超挖、欠挖的控制，确保开挖面的平顺度，进而有效确保二衬砼厚度均匀密实，同时，加强初期支护质量控制，保证初支强度，减少初支侵限对二衬造成的影响。

（3）强化围岩基面杂质清理，对开挖过程中围岩基面的松动碎石及浮渣予以清理，并用高压水将衬砌砼作业面冲洗干净，以保证衬砌砼的密实度、均匀度，以免围岩软弱夹层影响二衬砼的强度而造成开裂。

（4）严把衬砌施工质量控制，采用整体式模板台车实施混凝土浇筑时，应加强砼下料、浇筑、振捣等各环节的质量控制，确保砼下料均匀、振捣密实，进而显著提升砼自身的抗裂性及强度。另外，完成衬砌砼浇筑后应及时养护，减少养护不当导致的干缩裂缝，同时应在确保衬砌砼达到规定的强度要求后进行拆模，以免提前拆模导致衬砌砼过早承荷而出现开裂。

2.2 衬砌砼开裂的处治

2.2.1 表面修补

此类处理方法较为常见，且处理较为简单，主要用于对隧道结构承载性无影响的浅表裂缝（缝宽<0.3㎜）的处理，通常采用在裂缝表面涂刷渗透性水泥浆或防水砂浆的方法，实现对表面微裂缝的处理。

2.2.2 灌浆封堵

此类处理方法主要用于对结构整体性或防渗性有影响的裂缝修补，通常采用压浆设备在裂缝内压入胶结材料，通过胶结材料凝结后与砼形成统一整体，而起到对裂缝封堵的效果。较为常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、聚氨酯等。

2.2.3 结构补强

（1）围岩注浆。采用围岩注浆进行围岩固结，提升隧道围岩的承载性，并对衬砌背后的孔洞进行充填，使衬砌更加密实受力均匀，进而防止衬砌结构出现破坏。同时，通过围岩注浆能够使浆液填充围岩裂隙，进而起到补强与防渗的双重效果。

（2）喷射砼。对于隧道衬砌砼开裂较为严重的情况下，可采用素喷或网喷砼的方式进行衬砌结构补强，素喷砼可适量掺入混合料质量1%～3%的钢纤维，以提升砼的抗压性、抗剪性，网喷砼是在素喷砼的基础上增加一层网格间距约20 cm～25 cm，φ6或φ8的HPB300钢筋网。

（3）锚杆加固。通过大于φ25的中空锚杆注浆，不仅可以改变围岩的力学性能，提升围岩的完整性与强度，减少围岩对衬砌砼结构的挤压，进而阻止裂缝的进一步扩展，而且通过注浆对裂缝进行封闭，避免了渗漏水对衬砌结构的侵害，起到防止渗漏水的效果。

（4）嵌钢拱架加固。对于衬砌结构极严重结构未失稳且受内净空限制时，可通过嵌钢拱架加固对开裂段围岩予以临时支撑，然后采用中空锚杆注浆，嵌钢拱架，并对衬砌结构与钢拱架间空隙进行充填、封闭。对于净空允许的情况下，钢拱架可不全部嵌入衬砌结构，对于外露部分应做好砼层保护，并按要求设置纵向连接筋，以确保衬砌结构受力的整体性。

3 结语

衬砌砼开裂的危害巨大，不仅会影响隧道的抗渗性，而且还会影响隧道的结构受力。因此，务须全面理清致使衬砌砼开裂的诸多成因，切实采取相应预防、处治举措予以妥当应对，从而最大限度规避与减少衬砌砼的开裂现象。

参考文献：

[1]于洪钦，齐军，刘怀荣，等.祁连山隧道二次衬砌混凝土开裂原因及整治方案研究[J].现代隧道技术，2021，58（1）：217-222.

[2]王家赫，黄法礼，李化建，等.铁路隧道衬砌混凝土温度裂缝原因分析与防治措施[J].铁道建筑，2020，60（9）：73-77.

[3]夏丰勇.隧道二次衬砌结构混凝土开裂原因分析与控制[J].建材与装饰，2018（22）：239-240.