隧道襯砌環(huán)向裂縫的成因分析及預(yù)防建議

1、    隧道襯砌環(huán)向裂縫的成因分析及預(yù)防建議    劉剛摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會在不斷進(jìn)步，環(huán)向裂縫是隧道襯砌表面最常見的裂縫形式，應(yīng)予以重視。環(huán)向裂縫的成因，追根溯源，是襯砌混凝土縱向收縮受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，大于混凝土的抗拉強(qiáng)度;因此準(zhǔn)確地計算襯砌混凝土的收縮應(yīng)力，對于預(yù)防環(huán)向裂縫具有非常重要的意義。目前，計算襯砌的收縮應(yīng)力普遍沿用了王鐵夢提出的簡化算法;現(xiàn)在該法的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道環(huán)向裂縫的分布規(guī)律，嘗試了兩項(xiàng)改進(jìn)：補(bǔ)充了反映襯砌斷面曲率的參數(shù);將所有變量表述為時間的函數(shù)，既可提高取值精度，也能反映應(yīng)力變化?，F(xiàn)通過算例及分析，總結(jié)了環(huán)向裂縫

2、的技術(shù)特點(diǎn)，提出了預(yù)防環(huán)向裂縫的建議，可供隧道設(shè)計與施工參考。關(guān)鍵詞：公路隧道;環(huán)向裂縫;收縮應(yīng)力;混凝土徐變引言隧道襯砌裂縫是在鐵路、公路隧道建設(shè)期或運(yùn)營期出現(xiàn)的主要病害之一，也是較為棘手的問題之一。隧道襯砌裂縫的產(chǎn)生原因一方面是由于隧道處于復(fù)雜的圍巖地質(zhì)體中，受到地應(yīng)力、圍巖體壓力、溫度和收縮壓力、地下水壓力等荷載作用，導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫和變形，即所稱的結(jié)構(gòu)性裂縫;另一方面是由隧道襯砌混凝土的原材料、設(shè)計和施工質(zhì)量等因素造成的，即所稱的非結(jié)構(gòu)性裂縫。對于不同的隧道襯砌裂縫，處治措施會明顯不同。本文結(jié)合實(shí)際工程的襯砌裂縫成因分析，針對性地提出裂縫處治措施，為類似工程裂縫處治提供參考。1

3、概述大量隧道病害案例表明，幾乎所有的病害形式都與隧道襯砌開裂有關(guān)。襯砌裂縫可能引起滲漏、加速材料劣化或誘發(fā)其他病害，甚至危及交通安全或結(jié)構(gòu)安全;因此，研究襯砌裂縫產(chǎn)生的原因乃至提出相應(yīng)的抑制手段，于延緩在役隧道的“衰老”是十分必要的。普遍認(rèn)為，襯砌產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，襯砌裂縫一般可分為荷載裂縫和非荷載裂縫;荷載裂縫是襯砌混凝土受外力作用產(chǎn)生的裂縫，主要表現(xiàn)為縱向裂縫或斜向裂縫;非荷載裂縫是襯砌混凝土由自身變形而導(dǎo)致的裂縫，主要表現(xiàn)為環(huán)向裂縫。調(diào)查表明，環(huán)向裂縫或?yàn)閿?shù)量最多的裂縫形式;環(huán)向裂縫具有明顯的規(guī)律性，屬“共性”，更有研究的價值。環(huán)向裂縫的成因，追根溯源，是襯砌混凝土縱向收縮受到約

4、束而產(chǎn)生的應(yīng)力，大于混凝土的抗拉強(qiáng)度;因此準(zhǔn)確地計算襯砌混凝土的收縮應(yīng)力，對于預(yù)防環(huán)向裂縫具有非常重要的意義。目前，計算襯砌的收縮應(yīng)力普遍沿用了王鐵夢提出的簡化算法，該法基于某些假定，演繹過程簡明，容易為行業(yè)所接受。現(xiàn)在該法基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道環(huán)向裂縫的分布規(guī)律，嘗試了兩項(xiàng)改進(jìn);（1）補(bǔ)充了反映襯砌斷面曲率的參數(shù);（2）將所有變量表述為時間的函數(shù)，既可提高取值精度，也能反映應(yīng)力變化?，F(xiàn)通過算例及分析，總結(jié)環(huán)向裂縫的技術(shù)特點(diǎn)，提出預(yù)防環(huán)向裂縫的建議，可供隧道設(shè)計與施工參考;研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)向裂縫的形成及發(fā)展機(jī)理復(fù)雜，涉及諸多因素，現(xiàn)階段的理論研究還不能很好地解釋所有的實(shí)際問題，需要在實(shí)踐過程中繼續(xù)完善。

5、2隧道襯砌環(huán)向裂縫的成因分析及預(yù)防建議2.1施工前準(zhǔn)備工作（1）仔細(xì)檢查隧道施工縫、沉降縫的防水設(shè)施是否完善，若有缺陷應(yīng)及時補(bǔ)做;仔細(xì)排查排水系統(tǒng)是否堵塞，若堵塞應(yīng)及時疏通。（2）對二襯開裂區(qū)采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測，探明二襯厚度、襯砌外側(cè)是否存在空洞、薄弱處和其他不良地質(zhì)情況;對于襯砌外存在空洞或圍巖破碎松動處應(yīng)進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)。（3）做好施工組織及交通安全防范工作，并保持裂縫觀測的持續(xù)性。2.2無水裂縫處治方法隧道運(yùn)營時，進(jìn)行襯砌裂縫可以應(yīng)用下面方法處治。第一，裂縫寬度0.2mm，應(yīng)用刮膠、注膠等形式進(jìn)行合理封閉。第三，沒有處理貨只應(yīng)用注膠處理的裂縫，要觀察形式處治，比如騎縫貼玻璃片、應(yīng)用裂縫觀測

6、計等。第四，裂縫呈現(xiàn)網(wǎng)狀、縱向張開，寬度及長度有繼續(xù)發(fā)展現(xiàn)象，通常是因襯砌結(jié)構(gòu)受力不均、較大、襯砌強(qiáng)度和厚度不足、地基沉降而形成，一定要馬上處治?？梢詰?yīng)用貼鋼帶、設(shè)套拱、實(shí)施掛網(wǎng)噴混凝土等方法處治。第五，長形水平冷縫，是因拱部混凝土澆筑產(chǎn)生的，可以應(yīng)用貼鋼帶和局部拆換的方式處治，裂縫嚴(yán)重會應(yīng)用套拱方式處治。第六、襯砌破損輕、掉塊小、沒有足夠厚度等區(qū)段，可以應(yīng)用拆換處治。第七，對于拱頂?shù)娜绷?、厚度不足、邊墻及邊墻腳厚度不足問題，應(yīng)用局部鑿除、拆換等處治方式。2.3施工工藝（1）隧道施工過程中由于安全步距的要求，開挖面距二襯作業(yè)面距離未超過90m，最近距離達(dá)到50m，開挖爆破過程中產(chǎn)生的震動對養(yǎng)生

7、未到齡期的二襯影響較大。（2）由于二襯緊跟掌子面施工，對于新奧法隧道而言，山體地應(yīng)力重分配未完成，圍巖收斂未趨于穩(wěn)定，過早地進(jìn)行支護(hù)施工讓二襯承受極大壓應(yīng)力，因而易引發(fā)二襯開裂。（3）隧道仰拱開挖后清渣不徹底，出現(xiàn)地基承載力不均勻的情況，從而仰拱出現(xiàn)裂縫反射至路面板。（4）該隧道在完成所有二襯及仰拱施工后，進(jìn)入冬季，青海省屬于高寒高海拔地區(qū)，冬季寒冷，晝夜溫差大，混凝土脹縮幅度較大，容易引起溫度裂縫。結(jié)語隧道襯砌裂縫形成原因是受各種因素的影響，非常復(fù)雜，其處治方案也是多樣的，只有從各個方面系統(tǒng)地分析裂縫成因，才能較好地提出相應(yīng)的處治措施。本文從隧道地質(zhì)情況、自然條件、施工工藝、裂縫監(jiān)測、二襯混凝土檢測等方面進(jìn)行綜合判析，較為準(zhǔn)確地判斷二襯裂縫形成原因，提出采用裂縫用環(huán)氧樹脂充填、環(huán)向鋼板箍貼二襯的處治方案，安全、快捷地處治了隧道大范圍裂縫病害。參考文獻(xiàn)：1  張士兵等.隧道襯砌裂縫成因調(diào)查檢測與初步分析j.橋梁與隧道工程，2011，（22）：168-172.2  陳澤魁.公路隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治j.廣東建材，2005，（8）：25-271.3  代高飛等.某公路隧道病害成因分析與治理研究j.中國安全科學(xué)報，2005，15（12）：89-92.4  趙國旗.鐵路隧道襯砌開