隧道襯砌結(jié)構(gòu)常見的裂損問(wèn)題以及防治方法分析

李 勇

(1.西南交通大學(xué)，四川 成都 610000； 2.中鐵城市發(fā)展投資集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000)

?

·橋梁·隧道·

隧道襯砌結(jié)構(gòu)常見的裂損問(wèn)題以及防治方法分析

李 勇1,2

(1.西南交通大學(xué)，四川 成都 610000； 2.中鐵城市發(fā)展投資集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000)

簡(jiǎn)述了隧道襯砌裂損缺陷的類型，基于隧道襯砌裂損的防治原則，從嵌補(bǔ)、錨桿、增加套拱等方面，介紹了一些常用的隧道襯砌加固措施，旨在確保隧道的正常運(yùn)營(yíng)。

隧道，裂損缺陷，加固措施，巖體

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)要求的不斷提高，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)進(jìn)一步完備，我國(guó)的隧道也得到了空前的發(fā)展。目前，我國(guó)已經(jīng)成為了世界上擁有隧道最多的國(guó)家，而且發(fā)展速度遙遙領(lǐng)先。隧道已經(jīng)成為城市中最重要的出行設(shè)施，客流量不斷上漲，可以預(yù)見，如果在這種情況下隧道發(fā)生問(wèn)題，那么就會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。最近，很多技術(shù)人員和研究人員發(fā)現(xiàn)，在施工以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，隧道會(huì)由于周邊環(huán)境的影響，水體、凍害還有不良地質(zhì)的侵蝕，逐漸發(fā)生開裂、變形等問(wèn)題，承載能力下降，使用壽命下降，安全不能保證，甚至可能出現(xiàn)坍塌的危險(xiǎn)，對(duì)隧道裂損進(jìn)行分析與防治迫在眉睫，因此本文針對(duì)隧道存在裂損情況以及如何進(jìn)行防治進(jìn)行了研究。

1 隧道襯砌裂損缺陷的分類

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，按照隧道襯砌不同的裂損現(xiàn)象特征，將隧道襯砌的裂損分為三種類型。第一種裂損類型是隧道襯砌變形。這主要是基于隧道受到外力作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)形變，分為縱向受力變形與橫向受力變形兩種?？v向變形是由于隧道承受縱向力引起的變形，橫向變形是由于橫向擠壓引起的形變。第二種裂損類型是襯砌的位移。襯砌位移同樣也分為兩種情況，橫向位移與縱向位移，一般是指整個(gè)隧道襯砌的整體或者其中一部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)下沉、平移和轉(zhuǎn)動(dòng)等位置的變化。第三種裂損類型指的是隧道襯砌的開裂。襯砌的開裂是由于襯砌變形造成的結(jié)果，表現(xiàn)為在隧道襯砌的表面出現(xiàn)裂紋、裂縫以及裂縫最后導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)整體貫穿等。開裂分為張裂、壓裂和錯(cuò)臺(tái)幾種。張裂是由于襯砌受到拉力超過(guò)混凝土的抗拉導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面被拉裂從而出現(xiàn)裂縫；壓裂是混凝土承擔(dān)的壓力超過(guò)極限荷載；錯(cuò)臺(tái)則是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)受到剪力的影響而引起的裂縫，由于剪力是作用在隧道襯砌的整個(gè)平面上，就造成結(jié)構(gòu)被劈為兩半，結(jié)構(gòu)表面與結(jié)構(gòu)深處的裂縫寬度一樣。

2 隧道襯砌出現(xiàn)裂損的防治方法

1)裂損防治原則與巖體加固措施。

隧道襯砌裂損的防治原則要以保證人身安全與生命財(cái)產(chǎn)為主，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的裂損，要保證裂損情況不會(huì)繼續(xù)發(fā)展，消除裂損對(duì)襯砌可能造成的危害，采取措施防治裂縫的繼續(xù)擴(kuò)大，然后結(jié)合采取措施穩(wěn)定襯砌外部的圍巖，將加固圍巖與加固襯砌結(jié)合起來(lái)，共同保證襯砌安全。

想要對(duì)巖體進(jìn)行加固，首先要解決地下水對(duì)巖體的加固問(wèn)題。因?yàn)榈叵滤慕輰?duì)于圍巖的安全性影響是最大的，所以在加固之前必須將襯砌周邊的地下水疏干，并采取相應(yīng)的措施。在地下水疏干以后，可以采用錨桿加固的方法對(duì)周邊巖體進(jìn)行加固。如果巖體的整體性比較好，可以從襯砌的內(nèi)部向巖體釘入深度大約為3 m～5 m深的金屬錨桿或者砂漿錨桿。這樣可以將不太穩(wěn)定的周邊巖體與深處情況穩(wěn)定的巖體結(jié)合在一起，提高巖體的整體性，并形成能夠承擔(dān)更大壓力的承載拱，而且通過(guò)錨桿可以把水平的不同層的巖體結(jié)合形成一個(gè)組合梁體，這個(gè)組合梁能夠分擔(dān)一部分襯砌受到的荷載。因此采用錨桿加固的方法不僅可以有效地對(duì)巖體的變形以及穩(wěn)定性進(jìn)行控制，還能夠幫助巖體從對(duì)襯砌不利的受力狀況向有利的受力狀況轉(zhuǎn)變，形成新的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提高安全性與整體性。如果巖體整體性較差，可以采用注漿加固的方法對(duì)巖體進(jìn)行加固。這種方法是采用加大壓力向巖體注入一定量的水泥漿液或者其他化學(xué)漿液，將圍巖周邊的地下水體頂開，然后與破碎的巖體反應(yīng)生成強(qiáng)度，在隧道襯砌的周圍形成一個(gè)厚實(shí)的水泥固結(jié)圈。這個(gè)圈可以有效地將水體隔開，也能夠增強(qiáng)襯砌的穩(wěn)定性，防止地下水的再次侵蝕，同時(shí)形成受力拱，也可以提高襯砌的抗壓強(qiáng)度，使得作用在襯砌上的地層壓力大小與受力分布發(fā)生變化。

同時(shí)除了對(duì)巖體進(jìn)行加固，還可以同時(shí)采取對(duì)加固巖體進(jìn)行支擋的方法增強(qiáng)巖體的安全性與穩(wěn)定性。這主要是針對(duì)存在滑坡問(wèn)題的地段、沿河或者靠山的地段，因此可以都采用錨固沉井、錨固打樁以及增加擋墻等方法對(duì)山體的失穩(wěn)與滑坡進(jìn)行預(yù)防。如果襯砌周圍還存在著大小的空隙，也會(huì)造成襯砌受力分布不均，而且空隙的存在也會(huì)使得襯砌周圍的支撐條件惡化，造成受力集中，最終因?yàn)榧惺芰υ斐梢r砌結(jié)構(gòu)部分開裂，降低襯砌的有效承載能力。因此防治的方法就是要對(duì)圍巖的空隙采取回填的方法均勻圍巖的受力情況，可以采用砂漿或者混凝土。如果在隧道的底部存在受力情況較差的軟弱地基或者不穩(wěn)定的填充物，還應(yīng)當(dāng)對(duì)地基進(jìn)行換填，提高隧道底部的承載能力。

2)隧道襯砌的加固措施。

一般隧道中的襯砌即使發(fā)生裂損的問(wèn)題，對(duì)于其承載能力的影響也不會(huì)太大，如果襯砌周邊圍巖的加固條件不好或者在經(jīng)濟(jì)上對(duì)加固存在一定問(wèn)題的情況下也可以采用對(duì)隧道襯砌加固的方法提高襯砌本身的安全性，甚至可以更換襯砌。

對(duì)于已經(jīng)穩(wěn)定的裂縫，可以采用嵌補(bǔ)的方法進(jìn)行加固，即采用水泥漿、環(huán)氧樹脂砂漿或者環(huán)氧樹脂混凝土對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。如果裂縫的發(fā)展速度較快，可以先設(shè)立鋼拱架對(duì)周邊襯砌進(jìn)行支撐。如果需要對(duì)上部襯砌進(jìn)行加固可以采用鋼拱架對(duì)上部襯砌進(jìn)行支撐，如果隧道內(nèi)部的空間不足，可以在鋼拱架上面直接現(xiàn)澆混凝土形成內(nèi)支撐，增強(qiáng)隧道襯砌的承載能力，這種方法在襯砌的厚度較薄或者襯砌已經(jīng)嚴(yán)重碎裂的情況下不適用。

如果隧道內(nèi)部襯砌發(fā)生了空鼓或者移動(dòng)，則可以采用錨桿對(duì)于巖體進(jìn)行加固，錨桿的設(shè)置位置可以沿著裂縫的走向在裂縫兩邊進(jìn)行布置，對(duì)襯砌的局部進(jìn)行加固，如果情況比較危險(xiǎn)也可以做全斷面加固，把巖體與襯砌加固結(jié)合在一起，形成一個(gè)受力均勻的壓縮帶，提高結(jié)構(gòu)的支撐能力。錨桿的設(shè)置應(yīng)當(dāng)在噴漿加固以后的兩周進(jìn)行，錨固段設(shè)置在圍巖當(dāng)中，采用噴射混凝土把分裂開的巖體重新組合到一起，將裂縫重新閉合，較大幅度地提高圍巖的承載能力，提高結(jié)構(gòu)的抗沖切能力。

如果襯砌的混凝土質(zhì)量較差，混凝土厚度不足，而且受到侵蝕，混凝土表面掉落嚴(yán)重，采用通常的加固方法效果不大，因此在隧道襯砌的內(nèi)部?jī)艨沾嬖诟挥嗟那闆r下可以在襯砌的內(nèi)部增加套拱或者在隧道全斷面增加套拱。在套拱與隧道襯砌之間采用鉚釘進(jìn)行連接，打入襯砌當(dāng)中大約50 cm，套拱中采用的骨架可以用鋼骨架也可以采用同等強(qiáng)度的鋼筋所替代，間距設(shè)計(jì)為大約80 cm，縱向采用拉桿焊接。然后對(duì)鋼拱架進(jìn)行混凝土灌注，灌注混凝土強(qiáng)度不低于C20，套拱進(jìn)行拆模以后再進(jìn)行壓漿，填充后面的空隙，把新拱圈與舊拱圈結(jié)合在一起，如果澆筑混凝土難度較大，也可以采用噴射混凝土進(jìn)行加固。如果襯砌的破壞情況非常嚴(yán)重，承載能力將要喪失，采用加固的方法已經(jīng)不能夠保證襯砌的承載能力的時(shí)候，則可以采用全拱進(jìn)行更換的方法恢復(fù)襯砌的承載力，達(dá)到徹底根除病害的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

隧道襯砌在施工與運(yùn)營(yíng)當(dāng)中出現(xiàn)裂損等病害對(duì)于隧道的影響是非常大的，如果不及時(shí)進(jìn)行處理與防治，容易造成更大的影響與問(wèn)題，因此對(duì)于隧道裂損進(jìn)行分類認(rèn)知，并采取不同的手段進(jìn)行防治與處理，及時(shí)恢復(fù)隧道襯砌的承載能力是至關(guān)重要的，本文對(duì)隧道的問(wèn)題與防治措施進(jìn)行了分析與闡述，提出了自己的見解。

[1] 李凌云.隧道襯砌裂縫病害原因分析及整治加固技術(shù)的探討[J].湖南交通科技,2006(3)：73.

[2] 趙永明,鄧松華.隧道混凝土襯砌裂損原因及整沉措施[J].鐵道工程學(xué)報(bào),1994(2)：62.

[3] 趙國(guó)旗.鐵路隧道襯砌開裂病害整治方法初探[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1996(4):27.

[4] 馬慶裕.隧道襯砌裂損整治技術(shù)措施淺析[J].山西建筑,2008,34(20):311-312.

Analysis on common crack problems and prevention methods of tunnel lining structure

Li Yong1,2

(1.SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610000,China； 2.ChinaRailwayUrbanDevelopmentInvestmentGroupLimitedCompany,Chengdu610000,China)

This paper briefly described the type of tunnel lining crack defects, based on the prevention and treatment principle of tunnel lining cracks, from the patching, bolt, cover arch increasing and other aspects, introduced some common tunnel lining reinforcement measures, to ensure the normal operation of tunnel.

tunnel, crack defect, reinforcement measure, rock mass

1009-6825(2017)06-0172-02

2016-12-13

李 勇(1975- )，男，在讀工程碩士，高級(jí)工程師

U457

A