淺談隧道襯砌后期裂縫成因及處理施工技術(shù)

張孫文（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連）

淺談隧道襯砌后期裂縫成因及處理施工技術(shù)

張孫文（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連）

本文以新建某鐵路客運專線隧道襯砌后期裂縫成因分析及處理為實例，詳細(xì)介紹了隧道襯砌后期裂縫產(chǎn)生的因素及處理的方法，可為類似的圍巖隧道設(shè)計及施工提供參考和借鑒。

高速鐵路隧道；隧道襯砌；縱向裂縫；處理技術(shù)

1 工程概況

新建某鐵路客運專線隧道全長2317m，為單洞雙線隧道，線間距為5m，線路坡度為3.49‰，隧道Ⅴ級圍巖343m，占隧道長度的14.8%，Ⅳ級圍巖301m，占隧道長度13%，Ⅲ級圍巖1673m，占隧道長度72.2%，Ⅲ級圍巖為O1y鈣質(zhì)頁巖，弱風(fēng)化，σ0=600kPa；隧址區(qū)穿過姜村向斜及白沙復(fù)式向斜核部，軸面走向北東～南西，卷入地層為震旦系、寒武系及奧陶系地層，多往南西方向揚起。隧道正交穿過向斜核部，巖層產(chǎn)狀變化較大，進口段產(chǎn)狀為44°∠50°，中段產(chǎn)狀逐漸變緩，出口過渡為240°∠21°。

2 裂縫的現(xiàn)狀

該隧道連續(xù)6板襯砌（72m）發(fā)現(xiàn)裂縫，裂縫位于隧道二襯邊墻右側(cè)，分布于水溝電纜槽頂面以上約1.5～3.5m，縱向裂縫連續(xù)，裂縫寬度0.25～0.75mm不等，該兩段裂縫發(fā)生區(qū)域位于Ⅲ級圍巖，鈣質(zhì)頁巖，弱風(fēng)化，Ⅲc型復(fù)合式襯砌，初期支護厚18cm，格柵鋼架間距1.2m，二襯為40cm素混凝土。裂縫區(qū)域地表山體坡面坡率約30°，裂縫區(qū)域埋深約80m。

3 裂縫原因調(diào)查及分析

3.1 裂縫原因調(diào)查

裂縫發(fā)現(xiàn)后，對裂縫段的地質(zhì)情況、施工過程控制記錄（含監(jiān)控量測記錄）、超前地質(zhì)預(yù)報及第三方的無損檢測情況進行核查；組織對該段二襯及仰拱厚度、仰拱虛渣、二襯及仰拱混凝土強度進行鉆芯取樣；同時，按照設(shè)計要求對這該段裂縫區(qū)域的圍巖進行水平鉆孔取樣，驗證圍巖的強度、完整性和勘察時的地質(zhì)是否吻合。

3.2 調(diào)查的結(jié)果

（1）從過程質(zhì)量控制記錄及第三方無損檢測的報告分析，該段的施工過程中及檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

（2）通過現(xiàn)場取芯驗證仰拱、二襯情況，厚度及強度均滿足設(shè)計要求，排除了施工質(zhì)量引起裂縫的可能。

（3）根據(jù)二襯裂縫位置的鉆孔取芯情況發(fā)現(xiàn)裂縫區(qū)域的裂縫深度在6～30cm左右，向隧道凈空內(nèi)側(cè)呈張口“V”型。

（4）裂縫區(qū)域植被比較茂盛，地表未發(fā)現(xiàn)明顯開裂及山體滑移現(xiàn)象；裂縫段隧道埋深約80m左右，發(fā)生裂縫的一側(cè)位于高山側(cè)。

（5）按照設(shè)計要求，對裂縫區(qū)域均勻各布設(shè)3個巖芯取樣孔，孔徑為100mm、孔深6m；同時對取樣的巖芯進行干、濕飽和抗壓強度試驗，結(jié)果顯示這兩段裂縫區(qū)域的巖石性質(zhì)及巖芯干、濕飽和抗壓強度與鉆探時的數(shù)據(jù)基本吻合（天然強度為35～43MPa、飽和強度19～23MPa），為易軟化巖石；通過巖芯取樣顯示部分孔位巖石存在云母片巖夾層；該段圍巖走向垂直于線路，傾角38°。

（6）裂縫區(qū)分部位于姜村向斜及白沙復(fù)式向斜核部，隧道正交穿過向斜核部，巖層產(chǎn)狀變化較大，進口段產(chǎn)狀為44°∠50°，出口過渡為240°∠21°。

（7）通過對該區(qū)域內(nèi)CPⅢ控制點、無砟軌道及裂縫進行觀測表明，該段裂縫發(fā)生的同時，仰拱及無砟軌道均未發(fā)生沉降及位移，且裂縫經(jīng)過長時間觀察，無進一步發(fā)展的跡象，基本處于穩(wěn)定。

3.3 原因分析

（1）該隧道埋深較深，基本排除隧道偏壓方面的原因。

（2）通過現(xiàn)場取芯驗證仰拱、二襯情況，厚度及強度均滿足設(shè)計要求，排除了施工質(zhì)量引起裂縫的可能。

（3）從水平地質(zhì)鉆孔取芯及試驗結(jié)果分析，裂縫段隧道圍巖為鈣質(zhì)頁巖，巖石軟化系數(shù)達到50%，遇水后具有微膨脹性。且該段圍巖位于向斜核部，隧道開挖后，圍巖應(yīng)力向隧道內(nèi)緩慢釋放，施工期間未充分釋放完成，二襯完成后存在繼續(xù)釋放的可能。結(jié)合該段圍巖的走向、傾角及夾雜云母片巖夾層的情況綜合分析，該裂縫發(fā)生的原因是由于單側(cè)圍巖受軟巖微膨脹應(yīng)力及向斜地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力，順節(jié)理走向及云母夾層釋放后，單側(cè)擠壓襯砌邊墻所致。

4 結(jié)構(gòu)安全評估及處理方案

由于該區(qū)域內(nèi)CPⅢ控制點、無砟軌道均未發(fā)生沉降及位移。裂縫經(jīng)過長時間觀察，無進一步發(fā)展的跡象，表明應(yīng)力釋放基本完成，隧道結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定。設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行了結(jié)構(gòu)計算，認(rèn)為結(jié)構(gòu)仍處于安全狀態(tài)。考慮無砟軌道長期運營穩(wěn)定及隧道結(jié)構(gòu)運營安全問題，對裂縫段的仰拱進行隧底注漿加固，對二襯裂縫采用砂漿錨桿加固后封閉處理。

5 裂縫處理程序

裂縫處理程序為：仰拱隧底注漿固結(jié)→邊墻裂縫段錨桿加固處理→裂縫封閉。

6 施工工藝

6.1 仰拱加固注漿

根據(jù)仰拱取芯情況顯示部分仰拱點還是存在少量虛渣情況，為了減少二襯因仰拱虛渣而產(chǎn)生不均勻情況，需對裂縫段仰拱進行注漿加固處理。

（1）注漿采取φ50mm 注漿孔，注漿孔深至仰拱底面以下不小于40cm，橫斷面8孔，縱向間距1.5m，注漿擴散半徑1.0m。注漿孔不得打斷橫向排水管，仰拱注漿打孔布置圖詳見圖1。

圖1

（2）注漿材料采用1：1水泥漿液或者硫鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥漿水灰比0.8：1，詳細(xì)參數(shù)見 《硫鋁酸鹽水泥》（GB20472-2006）。

（3）注漿順序：從仰拱中心向兩側(cè)、由下坡端向上坡端（即小里程向大里程）順推，采用“一次成孔、一次注漿”。

（4）注漿壓力：初始注漿壓力建議不大于0.05MPa，終孔注漿壓力0.2MPa。

（5）單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：相鄰注漿孔開始返漿或注漿壓力逐步升高且進漿量無明顯變化。

6.2 裂縫區(qū)錨桿加固

由于二襯表面已存在裂縫，裂縫處將成為二襯結(jié)構(gòu)薄弱點，需對該薄弱點進行加固處理，設(shè)計要求對裂縫處理采用錨桿加固處理，具體錨桿布置情況如下：

（1）邊墻裂縫兩側(cè)采用錨桿加固。錨桿沿裂縫縱向梅花形布置，環(huán)向間距1m，縱向間距1.5m，鉆孔直徑42mm，鉆孔孔深3.5m，錨桿采用直徑32mm精軋螺紋鋼，錨桿長3.5m，外漏10cm。錨桿布置見圖2。

圖2 錨桿孔布置圖示

（2）錨桿孔鉆完后將孔內(nèi)清理干凈，注入M40水泥砂漿，插入錨桿，待砂漿達到設(shè)計強度后，安裝墊板及螺母。

（3）注漿結(jié)束28d后，對錨桿進行拉拔試驗，錨桿拉拔力不小于50kN，現(xiàn)場采用拉拔計對錨桿拉拔力進行抽檢，每處抽檢率不小于5%，且不小于3根。

6.3 裂縫注漿封閉

錨桿施工完成后，再對裂縫進行封閉處理，具體措施：

（1）把裂縫兩邊各3cm寬范圍內(nèi)襯砌表面刷洗干凈，清除松動混凝土塊，沿裂縫間隔20～30cm貼一處膠帶；

（2）刮涂J-1快干型封縫膠兩道，封縫膠固化后揭除膠帶，安設(shè)灌漿嘴；

（3）灌注環(huán)氧樹脂，待樹脂固化后，拆除灌漿嘴并清理表面封縫膠；

（4）沿裂縫走向在兩側(cè)各20cm范圍內(nèi)的基層表面涂布水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料2次，用量不應(yīng)小于1.5kg/m2且涂抹厚度不應(yīng)小于2.0mm（如圖3）。

圖3 裂縫處理示意圖

6.4 一點體會

提高設(shè)計、施工階段對地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力、巖石產(chǎn)狀與線路不利關(guān)系、云母夾層等特殊條件下的軟質(zhì)巖石認(rèn)識，在設(shè)計階段優(yōu)先考慮對復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)提高設(shè)計等級，從施工階段加強二襯施做前的監(jiān)控量測，充分釋放不良地質(zhì)應(yīng)力，避免襯砌施做完成后發(fā)生后期裂縫。

7 結(jié)束語

通過對該隧道襯砌縱向水平裂縫事件的調(diào)查、分析及總結(jié)，重新認(rèn)識了鈣質(zhì)頁巖物理性質(zhì)及在特殊條件下對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害。同時，借此隧道二襯縱向水平裂縫的處理方法，對今后類似工程缺陷處理提供一些參考和借鑒。

[1]新建某鐵路隧道設(shè)計圖[R].

[2]新建某鐵路隧道洞身邊墻縱向裂縫處理方案[R]

[3]《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》（TB10121-2007）[S].

[4]《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10753-2010）[S].

[5]鐵建設(shè)[2010]241號.高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

U457

A

2095-2066（2016）05-0172-02

2016-1-15

張孫文（1980-），男，漢族，江西九江人，工程師，注冊一級建造師（鐵路、工程、市政），本科，主研方向為高速鐵路施工技術(shù)及管理。