淺析公路隧道二次襯砌開裂原因及機(jī)理

張 超 朱世奇 吳天成 胡思齊 侯 俊 徐麗娜

（吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院， 吉林 長(zhǎng)春 130118）

1 概述

公路隧道二次襯砌（簡(jiǎn)稱“二襯”）是隧道結(jié)構(gòu)最外面混凝土結(jié)構(gòu)層。國(guó)內(nèi)外大量的實(shí)際工程表明，大多公路隧道都存在不同程度的病害，如：滲漏水、隧道凍害、襯砌裂損和襯砌侵蝕等，其中“二襯”開裂是最為常見的公路隧道運(yùn)營(yíng)病害0，二次襯砌開裂病害對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有很大的影響0，不僅會(huì)影響隧道工程質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)安全，還會(huì)縮短公路隧道維護(hù)和使用周期0。

公路隧道二襯裂縫產(chǎn)生的原因很多，并且很復(fù)雜，不僅有由于材料本身性質(zhì)不同而引起的各種裂縫，還有由于圍巖壓力不均產(chǎn)生的各種裂縫，也有由于施工工藝和技術(shù)等問(wèn)題產(chǎn)生的裂縫。對(duì)于隧道二次襯砌裂縫的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一定的研究，也取得了一定的成果。陳詠明對(duì)公路隧道二次襯砌裂損病害機(jī)理進(jìn)行了研究。許崇幫等以某高速公路隧道病害檢測(cè)為例，分析了隧道病害檢測(cè)工作的主要內(nèi)容。王亞瓊等對(duì)在役公路隧道素混凝土襯砌裂縫穩(wěn)定性分析。袁曉軍等分析了隧道二襯混凝土開裂病害成因及處治措施[1]。本文主要針對(duì)我國(guó)公路隧道二次襯砌存在開裂的現(xiàn)象，在總結(jié)公路隧道二次襯砌裂縫類型的基礎(chǔ)上，分析了不同裂縫產(chǎn)生的原因及機(jī)理，并對(duì)公路隧道二次襯砌開裂的控制與預(yù)防措施進(jìn)行了討論。本文的研究可為我國(guó)公路隧道二次襯砌開裂的預(yù)防和控制提供一定的借鑒和參考。

2 公路隧道二次襯砌裂縫分類

可將二次襯砌裂縫分為以下幾類，見表1。

表1 不同類型的裂縫

3 不同裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析

3.1 干縮裂縫

由于混凝土在硬化過(guò)程中，其內(nèi)部水分會(huì)不斷蒸發(fā)損失，從而使混凝土產(chǎn)生收縮變形，變形的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

3.2 溫度裂縫

在混凝土內(nèi)部和表面間形成溫度梯度而產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土內(nèi)外的約束力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

3.3 荷載變形裂縫

由于仰拱和邊墻基礎(chǔ)的虛碴未清理干凈，混凝土澆筑后基底產(chǎn)生不均勻沉降或堵頭板沒(méi)有固定牢固以及過(guò)早脫?；蛘呤敲撃r(shí)混凝土受到較大的外力撞擊等都容易產(chǎn)生變形裂縫。

3.4 偏壓引起的隧道結(jié)構(gòu)性裂縫

在隧道洞口處、淺埋區(qū)段或者高地應(yīng)力區(qū)，由于隧道受到的壓力不均勻，會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，而導(dǎo)致隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象。

3.5 不均勻沉降引起的二襯開裂

由于地層巖性不均勻、地質(zhì)構(gòu)造等原因，導(dǎo)致隧道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中由于結(jié)構(gòu)自重、車輛荷載及圍巖壓力作用下，出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)開裂。

3.6 地下水對(duì)二襯開裂的影響

在腹水區(qū)域修建隧道，由于地下水的侵蝕和滲流作用，或者排水系統(tǒng)阻塞，導(dǎo)致隧道周圍隧道周圍水壓急劇變化，混凝土村砌開裂。

3.7 爆破對(duì)二襯開裂的影響

爆破的振動(dòng)沖擊是造成公路隧道二次襯砌在施工過(guò)程中開裂的一個(gè)原因。

3.8 施工過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫

在二次襯砌澆筑的過(guò)程中，先后澆筑的混凝土之間形成的施工縫，以及由于施工質(zhì)量原因、施工單位管理不到位、施工方法不當(dāng)而造成的裂縫。

3.9 軟巖蠕變對(duì)二襯開裂的影響

軟巖在高地應(yīng)力下具有大變形的特征，在軟巖地區(qū)修建隧道，由于蠕變或者在高地應(yīng)力作用下產(chǎn)生大變形，當(dāng)軟巖持續(xù)變形量過(guò)大，超過(guò)襯砌所承受的極限，就會(huì)造成襯砌的開裂。

4 裂縫預(yù)防及處理措施

4.1 預(yù)防措施

1）加強(qiáng)公路隧道設(shè)計(jì)階段地質(zhì)勘察，提供較為準(zhǔn)確的地質(zhì)參數(shù)。

2）隧道洞身開挖光面爆破控制，光面爆破可以有效地減少超欠挖，可以避免二次襯砌厚度不足或嚴(yán)重不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3）實(shí)時(shí)掌握襯砌初期支護(hù)后圍巖變化情況，做好相應(yīng)的監(jiān)測(cè)和控制措施。

4）優(yōu)選水泥混凝土配合比及材料，尋求高效快捷的養(yǎng)護(hù)技術(shù)、材料和最優(yōu)的配合比。

5）水泥混凝土施工控制，采用先進(jìn)的施工設(shè)備及施工工藝，嚴(yán)格控制施工過(guò)程。

6）加強(qiáng)用先進(jìn)設(shè)備儀器對(duì)隧道開挖的質(zhì)量、二次襯砌厚度的均勻性等進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)的控制。

4.2 處理措施

1）對(duì)于一些微裂縫來(lái)說(shuō)，通常對(duì)整體結(jié)構(gòu)影響較小，可以采用環(huán)氧樹脂補(bǔ)縫處理。

2）對(duì)于一些貫通性裂縫來(lái)說(shuō)，可以采用打錨桿或者注漿的方法進(jìn)行填充和修補(bǔ)。

3）對(duì)于有滲漏水的裂縫，首先應(yīng)對(duì)滲漏水進(jìn)行導(dǎo)水及防水處理，然后進(jìn)行裂縫的治理。

4）對(duì)于一些隧道凈空富余量小的隧道可以采用鋼帶加固的方式。

5）可以采用噴混凝土的方法達(dá)到增加原襯砌厚度的目的。

6）對(duì)于隧道拱部襯砌破損、空洞、厚度不足、掉塊等缺陷可以采用局部拆換的方法進(jìn)行修補(bǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

隧道二次襯砌裂縫產(chǎn)生的原因很多，并且很復(fù)雜，其治理難度大，造價(jià)高，因此，要對(duì)其高度重視。本文通過(guò)對(duì)二次襯砌裂縫類型的總結(jié)，分析了不同類型裂縫產(chǎn)生的的原因，討論了公路隧道二次襯砌裂縫的預(yù)防和治理措施。本文的研究公路隧道二次襯砌裂縫的防治具有一定的借鑒作用。