高速公路隧道二衬裂缝成因及整治技术

汪庆

（广东冠粤路桥有限公司，广东 广州 511400）

0 引言

在隧道衬砌中裂缝既可能出现在施工过程中，也可能出现在施工完成后，产生的原因也各不相同。施工人员应定期检查，做好防治工作，一旦发现裂缝，则应立即对其进行处理，从而减少渗水、掉块等病害的产生，节省运营成本，确保隧道衬砌结构的耐久性。

1 工程概况

本文的研究对象为白山隧道左洞。该高速公路隧道以分离式六车道为主，总长度为1700m，设计时速为100km/h。隧道洞口的净高和净宽分别为5m和14.5m。路面横坡为单向坡2%，隧道内的纵坡最大约为3%，最小为0.5%。在此次工程项目中，二次衬砌的开裂主要集中在软岩大变形区域。该区域内的初期支护主要是125a型钢架，钢架之间的间距为0.6m，喷射的混凝土厚度约为30cm，且主要为C30混凝土。衬砌的混凝土主要为C35钢筋混凝土，拱墙和仰拱的厚度分别为55cm和65cm。

2 二次衬砌裂缝产生原因

2.1 地质原因

影响隧道支护结构受力大小的因素有很多，既包括压扭性断层影响带、软岩大变形，又包括围岩应力偏大、围岩应力释放不完全等。除此之外，地下水也会对围岩造成影响。在这些因素的综合作用下，该地区的地质层呈现出以下特点：①软化程度高；②强度较低；③地质层出现膨胀现象。在此情况下无论是围岩的压力，还是二次衬砌的压力都大大增加。

2.2 混凝土的原因

当混凝土配合比不合理时[1]，水化热将会大大提升，并最终导致开裂。混凝土灌注后温度会在水泥水化热的作用下逐渐升高，并在3d左右达到最大值。然而，在水化热的影响下热量只能集聚在衬砌表面而不能快速传递。这是因为，在支护结构和衬砌之间还存在防水材料，这些防水材料阻碍了热量的传递。热量集聚时，混凝土的表面温度逐渐下降，直到与常温一致。在这个过程中，混凝土受温度影响而不断收缩，从而使得衬砌表层受到拉应力的影响。当拉应力足够大时，衬砌表面就会产生裂缝。隧道裂缝情况如图1所示。

图1 隧道裂缝

2.3 工程施工技术原因

（1）混凝土质量。混凝土质量受多种因素的影响，如搅拌的时间、运输距离以及振动强度等。（2）拆模时间过早。拆模应在混凝土有效凝固后进行，过早拆模不仅会导致混凝土受力面下沉，还会导致拱圈变形，从而产生拉裂。除此之外，拆模时间过早还会导致混凝土失水过多，从而提高裂纹产生的可能性。这也是产生纵向裂纹的主要原因。（3）拆模后未对混凝土进行及时有效的养护。二次衬砌主要集中在拱顶处，它的重要性不言而喻。养护工作不到位，混凝土根本无法达到强度。养护过程中，施工人员应利用养护液对混凝土进行喷涂。由于养护液价格高昂、喷涂难度大，因此很难达到最佳的喷涂效果。此时，混凝土的强度无法达到标准，因而容易产生裂缝。（4）操作时间不当。二次衬砌操作前，施工人员应对外界环境进行观察，确保一次衬砌和围岩基本稳定后再进行。不恰当的操作时间不仅会增加混凝土的变形压力，还会导致混凝土后期开裂。

3 整治措施

3.1 加强原材料管理

3.1.1 水泥

施工现场以普通硅酸盐水泥为主。需要注意的是，施工人员应对单位水泥的用量进行合理控制，同时保证水泥的品牌、规格以及批次是一致的。

3.1.2 碎石

碎石选择应以泵送管路的内径为依据，且随时的粒径应尽可能地大。除此之外，施工人员还应对碎石的含泥量、片状物含量以及粒径进行严格控制。

3.1.3 砂

施工人员应选择级配良好的中砂进行施工，并对细度模数、颗粒含量以及含泥量进行严格控制。为了使混凝土的运输、泵送以及浇筑更加方便快捷，施工人员应尽量保证砂率大于35%，小于45%。

3.1.4 水

选取水源的过程中应严格按照国家现行《混凝土拌和用水标准》（JGJ63）的规定对水质进行检验，确保水源的PH值超过4。混凝土的干燥收缩与水灰比有关，水灰比越小则干燥收缩越小。为了减少裂缝，应对混凝土用水量的泵送进行严格控制。

3.2 锚杆整治措施

（1）拱墙锚杆+C35钢筋混凝土套衬。拱墙以Φ32mm自进式锚杆为主，长度为5m，环纵间距为1.5m×1.5m，呈梅花型布置。与拱墙处相同，边墙脚同样设置Φ32mm自进式锚杆，且纵向间距为1m。施工人员将钢筋钎钉植入既有衬砌，确保植入深度约为30cm。同时，施工人员还应将C35钢筋混凝土套衬植入既有衬砌内。

（2）C35钢筋砼套衬+锁脚锚杆（如图2所示）。与拱墙处相同，边墙脚同样设置Φ32mm自进式锚杆，且纵向间距为1m。施工人员将钢筋钎钉植入既有衬砌，确保植入深度约为30cm。同时，施工人员还应将C35钢筋混凝土套衬植入既有衬砌内。

图2 锁脚锚杆

（3）一般情况下，封堵裂缝的有效方法是通过套衬对开裂部分进行加强。也可以采用“环氧浆液注浆+环氧砂浆封缝”进行处理。当裂纹的宽度和深度不到2mm时，混凝土的强度和防水能力不受裂纹影响。在长期的使用过程中，裂纹会在水分侵蚀、风化以及钢筋腐蚀等因素的作用下逐渐变大，从而影响整个衬砌的功能。针对这种情况，可采用环氧树脂浆液或YZJ-l型结构胶涂刷在裂纹表面位置，从而起到控制裂纹扩大的作用。

3.3 裂缝注浆处理

对于没有套衬的裂纹可通过沿缝凿槽的方法进行处理。处理过程中，先后利用压浆混凝土和环氧砂浆进行封堵和嵌补。当裂缝中出现渗漏水的情况时，还应在裂缝的中间位置设置一个穿透整个衬砌的排水孔，从而使得渗漏的水分能够尽快排出。

(1)沿缝凿槽。应首先对裂缝的长度和宽度进行测量，得到准确的数值后再沿着裂纹纵向开凿。凿出来的槽呈倒梯形，高度为8cm，与裂缝的实际宽度相比，槽口的宽度应大于实际宽度，且两者至少相差4cm。

（2）封缝。封堵过程中，应首先对注浆管进行安装，安装位置为距离裂缝30～50cm内。安装完成后将环氧砂浆运送至裂缝处并进行封堵。环氧砂浆的配置过程如下：①加热环氧树脂，使之全部熔化；然后，加入二丁酯并搅拌；②将一定量的水泥沙子放入混合液中，并进行搅拌，从而得到所需要的砂浆。需要注意的是，配置完成后的环氧砂浆应尽快使用，保证在30～40min内用完。

（3）压水试验。封堵完成后还应进行压水试验。试验过程中选择较为明显的有色水进行试验，并将试验压力控制在0.4MPa左右，从而对水压和进水量进行测定，测量出来的数据可作为后期注浆的主要依据。

（4）注浆。注浆应从裂缝的两端开始，并逐渐流向裂缝的中间位置。当裂缝中存在排水孔时，应先将其封闭起来，直到相邻的排水孔注浆完成后再对其进行封堵[2]。一般情况下，注浆压力应控制在0.2～0.4MPa内，且小于压水试验的压力。注浆过程中，应对注浆的速度进行控制，当注浆量与估算值相近时，则应适当降低速度，保证注浆作业在5min内完成。当注浆过程中出现压力大幅下降的情况时，应停止作业，并对相关参数进行调整，调整至相关标准后方可继续注浆。

（5）嵌缝。注浆完成后，利用铁丝对外露且凝结的浆液进行处理，随后将环氧树脂再次涂刷在裂缝处，从而对裂缝进行补充和压实[3]。

3.4 小裂纹处理

当裂缝宽度超过0.2mm时，胶液的注入可以通过高压堵漏灌注机来完成，从而大大提高裂缝的结构稳定性。使用高压堵漏灌注机的过程中，应先对裂纹的走向进行观察，接着对裂纹附近进行清理，使之保持干净，然后再利用封口胶对裂缝进行封闭处理。

3.5 排水措施

隧道本身的防水层既有可能受到注浆过程的影响，也有可能受到锚固过程的影响，从而降低自身的防水效果。在实际的施工过程中，为了减少地下水的渗漏，可以采取注浆的方式固结围岩、填充空洞。排除地下水时，本文设计采用打泄水孔＋竖向半剖排水管的主动引排方式，从而减少了无序渗透现象的产生。

4 结语

综上所述，在公路隧道的建设中，二次衬砌出现裂纹是很常见的现象。对这种问题进行预防和解决逐渐成为公路隧道施工中的关键环节。本文以具体的工程案例为依据，对二次衬砌裂纹产生的原因、应对的措施等方面进行详细叙述，以期为公路隧道施工提供有效的经验借鉴，从而推动我国公路建设的发展。