隧道裂缝成因调查分析及处置

杨秀才

（贵阳市公共交通投资运营集团有限公司，贵阳 550081）

1 隧道基本概况

贵阳某隧道设计起止里程YD1K1+327~YD1K1+855，全长528 m，单洞双线结构，开挖面积约110 m2（宽×高：11.8 m×9.3 m），马蹄形复合式衬砌。其中，进口端YD1K1+327~+425（98 m）段隧道拱顶最大埋深23 m，为Ⅳ级围岩，主要为二叠系下统茅口组（P1m）中厚层至块状、白云质灰岩地层，为较硬岩；隧道洞顶、侧壁、洞底大部为中风化岩体。

支护参数：洞口YD1K1+327~YD1K1+360段33 m为双线Vb型衬砌，初支厚度28 cm，采用I20b工字钢，间距0.6 m/榀，二衬采用55 cm厚C35钢架混凝土；YD1K1+360~YD1K1+380段20m为双线IVb型衬砌，初支厚度26 cm，采用I18工字钢，间距0.8 m/榀，二衬采用45 cm厚C35钢架混凝土；YD1K1+380~YD1K1+456段76 m为双线IVd型衬砌，初支厚度28 cm，采用I20b工字钢，间距0.5 m/榀，二衬采用50 cm厚C35钢架混凝土。中隔墙采用30 cm厚钢筋混凝土。

隧道主体于2015年12月施工完成，2017年12月开通初期运营。

2 裂缝分布情况

2022年2月中旬，隧道运营里程2+400（对应施工里程YD1K1+380）、2+803~+840（对应施工里程YD1K1+780）左右线均发现不同程度的开裂现象，随即对裂缝进行监测，至3月25日现场勘查共计有裂缝11条：右线仰拱填充顶面3条，右线边墙1条；左线边墙3条，仰拱填充顶面2条；中隔墙2条。裂缝大部出现在拱腰、仰拱填充顶面及中隔墙部位，以环向裂缝为主，裂缝未出现渗漏水及无明显表面错台现象，其中，2+400附近5条裂缝较为严重，监测数据显示，单条裂缝宽度累计变化最大值达4.1 mm。根据地质纵断面显示，隧道裂缝范围基底均位于中风化岩体内，本文以对该段的调查分析为主。

3 裂缝成因勘察调查情况

鉴于该隧道二衬结构开裂情况有发展趋势，为及时采取措施，确保运营安全，2022年3月25日，勘察单位重点对隧道运营里程2+400（对应施工里程YD1K1+380）段采用地质雷达法及地震散射波法进行探测，进一步查明隧道基底是否存在隐伏岩溶的情况，并采用两种方法进行复核，保证探测质量。

1）地质雷达探测分别沿隧道左右线底部各布置2条测线，沿拱脚布置1条测线，共计布置6条测线，测线总长约3.2 km，测线位置如图1所示。

地质雷达测线成果如下：

测线1为左线拱脚测线：探测有效深度约3 m，探测范围内未见明显空洞、塌陷异常，局部存在欠密实异常，对应运营里程分别为2+387 m~2+398 m。

测线2、测线3为左线底板相邻测线：探测有效深度约3~10 m，探测范围内未见明显空洞、塌陷异常，局部存在欠密实异常，对应运营里程分别为2+422 m~2+426 m。

测线4、测线5为右线底板相邻测线：探测有效深度约3~10 m，探测范围内未见明显空洞、塌陷异常，局部存在欠密实异常，对应运营里程分别为2+423 m~2+428 m。

测线6为右线拱脚测线：探测有效深度约3 m，探测范围内未见明显空洞、塌陷异常。

2）地震散射波法探测在道床上布设2条地震散射波法测线，均沿着轨行区方向铺设。

地震散射波测线成果如下：

L1测线（Z2+363~+448）：本测线无明显异常。

L2测线（Y2+362~+430）：Y2+376-+378，该区道床下方16~20 m存在低速区，判定为岩溶。Y2+418~+421，该区道床下方10~13 m存在低速区，判定该区域存在岩溶。

根据地质雷达、地震散射波法探测成果显示，沿测线10 m深度范围内未见明显脱空及岩溶现象，局部存在异常区域，体现在拱脚侧面3 m深度范围内存在欠密实异常，道床下方3 m深度范围内存在欠密实异常，道床下方6 m范围内存在破碎带异常。

3）结合检测结果，在运营里程Y2+400裂缝前后区域进行钻孔验证，并在钻孔内开展孔内电视录像工作。孔内录像情况见表1。

表1 孔内录像情况

通过钻孔及孔内电视录像验证，所有混凝土浇筑层多较完整，混凝土层无较明显的异常，但在混凝土和灰岩接触界面处左侧3个孔、右侧2个孔局部3 m深度范围内存在一定残渣、欠密实。

4 裂缝周边构件检测情况

混凝土强度、钢筋配置、钢筋保护层厚度检测结果基本符合设计要求，雷达检测二衬厚度满足设计及规范要求，测线范围内不存在脱空及溶洞。Y2+400前后区域裂缝5条：Y2+400右处裂缝宽度8.00 mm，长1 100 mm，钻芯检测只有上层混凝土开裂，裂缝深度165 mm；Y2+407.5右裂缝宽度0.22 mm，长1 100 mm；Y2+428.1右裂缝宽度1.35 mm，长1 100 mm；Y2+403.4左裂缝宽度0.50 mm，长1 100 mm；Y2+380左裂缝宽度5.0 mm，长1 100 mm。

5 裂缝周边监测情况

本隧道前期进行了净空收敛和道床沉降监测，巡查发现裂缝后，对裂缝区域两端各延长50 m增设了道床沉降和净空收敛监测点，并增设裂缝观测板9个；同时在地表山体及农田对应位置增设了4个地表沉降监测点。为确保裂缝处理期间运营安全，明确了监测控制值（红色预警）：整体道床沉降10 mm，隧道结构收敛5 mm，隧道结构上浮5 mm。

监测点主要布设于裂缝周边及裂缝同断面，位置如图2所示。

监测数据表明，左右线道床沉降及净空收敛监测数据正常，裂缝观测数据从2022年2月24日~3月25日呈扩大趋势，至4月8日数据显示变化稳定，右线裂缝累计最大变化量为4.1 mm，点号为LFY2+400；左线裂缝累计最大变化量1.9 mm，点号为LFZ2+400。

6 裂缝成因及处理建议

根据现场调查、补充勘察、实体检测、监测等多方面分析，裂缝成因主要为：隧道底部施工时，在基底虚渣未清理干净、局部不密实[1-2]、存在软弱夹层情况下，隧道基底纵横向均存在较大承载刚度差异，受力不均，在列车动荷载反复作用下，长期沉降回弹引起结构表面拉裂。

处置建议措施为：一是对隧道基底进行注浆填充，固结改善基底地层；二是对中隔墙裂缝进行持续观测。

7 结语

在隧道施工过程中，加强施工管理，清理干净隧道底部虚渣或软弱夹层，控制钢筋保护层厚度，仰拱、填充分次浇注等细节不容忽视，看似微小的质量问题也会导致安全隐患存在，为确保运营安全，必须高度重视。建议在岩溶发育地区，施工单位应进一步加大隧道基底竖向探测深度，如有不良地质夹层、脱空或空洞，应采用注浆、灌注砂浆或混凝土等措施，改良固结土体或填充密实，以利于后期运营安全。