隧道衬砌裂缝病害原因分析及整治加固技术的探讨

第３２卷第３期　２００６年９月　湖南交通科技　Ｖ０１．３２　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２００６　ＨＵＮＡＮ　Ｃ０ＭＭＵＮＩＣ佃０Ｎ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　文章编号：１００８—８４４Ｘ（２００６）０３－０１５７一Ｏ０　隧道衬砌裂缝病害原因分析　及整治加固技术的探讨　李凌云　（海南海通公路工程咨询监理有限公司，海南海口５７０２０６）　摘要：对海南东线高速公路大茅隧道右幅衬砌裂缝病害原因进行了分析，介绍了其整　治加固技术。　关键词：隧道；衬砌裂缝；原因分析；整治加固　中图分类号：Ｕ４５５．９１　文献标识码：Ｂ　Ｏ　前言　海南东线高速公路大茅隧道右幅起讫桩号　ｋ２９５＋６００一ｋ２９６＋６７０，隧道右幅全长ｌ　０７０　ｍ，净　测线上（即拱顶、拱腰、边腰）也存在差异，表明衬砌　施工缝极不规整。导致周边多处出现拉裂裂缝，分　布不均，局部区段较密集，从现场调查情况看，以环　向裂缝和斜向裂缝居多。再从裂缝在全隧道的分布　宽１０．２５　ｍ，１９９５年ｌ２月建成通车。由于地质条件　极为复杂，当时国内建设公路隧道经验不足，在设　计、施工上存在质量缺陷。隧道存在的主要病害有：　严重的渗漏水、衬砌裂缝、内空侵限、路面断板及冒　水、照明系统部分破坏等。本文主要对隧道衬砌裂　缝病害原因进行分析，并介绍其整治加固技术措施。　情况看，虽然在隧道各区段均有所出现，但在出口端　ｋ２９６＋３７０～ｋ２９６＋６００分布较多，并且此区段两边　墙裂缝明显多于拱顶和拱腰，右边墙多于左边墙，此　段正是花岗岩风化严重段，围岩条件复杂，围岩类别　变化快，且隧道右侧靠近地表垭口和山沟坳地，处于　原施工中冒顶塌腔及其附近，加之隧道开挖过程中，　支护措施较弱，可以判断这些裂缝大部分为围岩松　动过程中所产生的受力裂缝。隧道侧墙分布有竖向　及纵斜向裂纹，裂纹宽度约为０．１～０．３　ｍｍ，共约６８　１　隧道衬砌缺陷及裂缝分布　从工程现场实际来分析，海南东线高速公路右　幅大茅隧道衬砌的致密性、均匀连续性总体较差，存　在明显的纵向和环向裂缝，蜂窝麻面现象较严重，拱　条（目测）。竖向裂纹一般在施工缝附近，纵斜向裂　纹沿隧道侧墙延伸较大，基本为微裂纹。隧道拱部　环向裂纹均发生在施工缝附近。纵向、斜向裂缝在　进出口地段及塌方地段较为密集，且裂缝宽度一般　部尤为明显。这些缺陷在不同部位和不同区段呈不　均匀分布。纵向裂缝主要分布在拱顶、拱腰处，边墙　相对较小。环向及斜向裂缝分布也不具规律性。从　分布深度看，这些裂缝，多数贯通于整个衬砌厚度，　大于侧墙部位的裂缝宽度。　衬砌的第２种缺陷是蜂窝麻面。在衬砌０．２０　ｍ深处呈现较明显的蜂窝状，这种现象主要分布在　拱顶ｋ２９５＋９４０～ｋ２９６＋０４０段，其余地段虽然也不　同程度地存在，但是相对较好，主要表现为衬砌混凝　土均一性较差。　成为漏水或潜在漏水通道。从分布密度看，多数裂　缝呈稀疏分布，局部较密集。从数量看，以右边墙居　多，部分段密度较大。ｋ２９６＋３８０一ｋ２９６＋４６６段裂　缝较密集，漏水较严重，此段位于原施工中冒顶大塌　方段及其附近，衬砌上部为松散砂砾充填物，已出现　严重病害。　第３种缺陷是局部小坍塌经处理后与其外层衬　砌之间有小间隙。主要出现在拱顶ｋ２９６＋１２０～　衬砌第１种缺陷为裂缝及施工缝的处理。不同　的施工缝，其宽度、竖向上的连通性、密实度（反射　强度）均有明显差异。同一条施工缝，在不同的纵　ｋ２９６＋１４０段，中部和右侧的小坍塌经混凝土充填　后与其外层衬砌间仍有间隙，充填不密实，左侧较为　正常。　收稿日期：２００６－０３－２７　作者简介：李凌云（１９７３－），男，工程师，主要从事公路工程监理与管理工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ５８　湖南交通科技　３２卷　２　衬砌裂缝病害原因　１）隧道选址问题。隧道轴线位置选择在哑口　处，隧道穿越了山体围岩最差的位置，断层裂隙发　育，围岩主要为强风化～全风化花岗岩层，断层密　集，节理发育，且处于汇水区域，地质条件相对恶劣。　原施工中曾发生１１次坍方，坍方段及不良地质段围　岩软弱、强度低、自稳能力差，施工中的扰动及水的　作用进一步加剧了围岩的失稳。另外，在施工中也　未引起足够重视，处理措施不到位，围岩没有得到及　时加固。这导致作用在衬砌结构上的松散荷载较　大，对结构带来了较大的安全隐患。　２）衬砌混凝土浇注质量较低。混凝土不密实，　衬砌表面出现局部劣化，甚至出现混凝土剥落钢筋　外露的情况。局部地段衬砌强度偏低（特别是拱　部）。　３）开挖面节理紊乱，光爆效果较差，超挖严重。　因超挖回填技术操作难度大，衬砌浇注后拱背充填　不密实或留下较大空洞，而围岩又没有得到及时支　撑，导致围岩进一步松动，围岩极可能掉块，形成冲　击荷载，使衬砌受力不均，施工缝错位，同时产生受　力裂缝。由于空洞的存在，围岩对衬砌的约束条件　降低，弹性抗力减弱，使衬砌受力更为不利。　４）初期支护没有紧贴围岩，或初期支护质量太　差，没有对隧道围岩起到及时的封闭加固和维护围　岩稳定的作用。　５）隧道原施工中部分地段采用先拱后墙法施　工，在大断面隧道中，由于刹肩质量难以得到保证，　从而导致拱部衬砌在外载和自重作用下发生拱脚位　移，使拱部开裂，这类现象已在多个工程中验证，也　是本隧道拱部开裂的重要原因。　６）原施工中衬砌混凝土浇筑不连续，有较多施　工冷缝，在温差的作用下，衬砌收缩变形，导致拱部　或侧墙施工间歇缝张开，冷缝也未按规定处理，导致　冷缝错位。　３　衬砌裂缝整治加固　３．１　Ａ、Ｂ类病害处治方案　海南东线高速公路右幅大茅隧道ｋ２９５＋７１０一　＋７５０、ｋ２９５＋７８６～＋８１４、ｋ２９６＋１８０一＋２０６、ｋ２９６　＋４９５一＋５０７、ｋ２９６＋５７６一＋６１０等，长度共１４０　ｍ，属Ａ类病害，此类地段拱部围岩极软弱破碎，原　施工中发生大塌方，且处理不彻底；衬砌混凝土裂缝　密集以及呈蜂窝状；衬砌混凝土强度不足。此类地　段存在严重隐患，须彻底整治。　ｋ２９５＋６６０一＋６９５、ｋ２９５＋７５０～＋７８６、ｋ２９５＋　８６５～＋９０５、ｋ２９６＋０１５～＋０９５、ｋ２９６＋２６０～＋　２７５、ｋ２９６＋３７０～＋４４０、ｋ２９６＋５２５～＋５６０、ｋ２９６＋　６１０～＋６４０等，长度共３４１　ｍ，属Ｂ类病害，此类地　段衬砌混凝土有荷载裂缝，不密集；拱背围岩较差，　原施工中发生较大或小塌方，处理不彻底；衬砌混凝　土强度不足；拱背充填不密实，或有空洞。此类地段　结构安全存在较大隐患。　针对Ａ类和Ｂ类病害，大修整治施工采用了拱　部注浆、锚固及套拱的处治方案（见图１）。　迭宣垦蚩垦垫塑塞　拱背空洞或不密实区　匾量盐煎塑　防水板及无纺布　匝嚣．环嘞　４，２５中空注浆锚杆　ｐｌ０ｏ×ｉｏｏ．／，＝３５０　ｂ类：诔３００，环距２￥Ｑ　ｐＩ１２５×１２５．　３００　ｃ２ｓ塑堑　一一杆　图１　Ａ、Ｂ类病害段处治断面图　１）首先采用小导管对拱背空洞或不密实区压　注Ｍ∞水泥砂浆，增加有利的围岩弹性抗力，避免顶　拱拱腰冲击荷载。　２）拱部打设中空注浆锚杆，对衬砌背后岩体或　充填区进行锚固，提高其稳定性并自成拱。　３）原衬砌表面清洗干净后铺挂ＥＶＡ防水板及　无纺布。　４）浇注Ｃ　钢筋混凝土套拱和仰拱，套拱厚２５　ｃｍｏ　３．２　Ｃ类病害处治方案　海南东线高速公路右幅大茅隧道ｋ２９５＋６００　＋６６０、ｋ２９５＋６９５一＋７１０、ｋ２９５＋８１４　＋８６５、ｋ２９５　＋９０５一＋９４０、ｋ２９６＋Ｏ９５～十１８０、ｋ２９６＋２０６一＋　２６０、ｋ２９６＋２７５一＋３７０、ｋ２９６＋４５７一＋４９５、ｋ２９６＋　５０７一＋５２５、ｋ２９６＋６４０一＋６７０等，长度共４８１　Ｉｎ，　属Ｃ类病害，此类地段衬砌较完整或裂缝很少；衬　砌强度、厚度（侵限凿除后）不足；拱背充填不密实　或有空洞。此类地段病害仍有发展的可能，隧道安　全有潜在危险。　针对Ｃ类病害，大修整治施工采用了拱部注浆　维普资讯 http://www.cqvip.com

３期　李凌云：隧道衬砌裂缝病害原因分析及整治加固技术的探讨　１５９　及套拱的处治方案（见图２）。　笪垦堂垦　塑重　萱窒趔　堂垦蚩垦　塑重　拱背空洞或不密实区　原设计衬砌　锚杆　图２　Ｃ类病害段处治断面图　图３特殊加固段处治断面图　１）首先采用小导管对拱背空洞或不密实区压　避免拱顶拱腰冲击荷载。　注Ｍ　。水泥砂浆，增加有利的围岩弹性抗力，避免拱　３）衬砌表面施作碳纤维加固层，增强衬砌的整　顶拱腰冲击荷载。　体性和抗压强度。　２）原衬砌表面清洗干净后铺挂ＥＶＡ防水板及　４）拱部打设中空注浆锚杆，对衬砌背后岩体或　无纺布。　充填区进行锚固，提高其稳定性并自成拱。　３）浇注Ｃ　钢筋混凝土套拱和仰拱，套拱厚２５　５）原衬砌表面清洗干净后铺挂ＥＶＡ防水板及　Ｃｍ。　无纺布。　３．３特殊加固段处治方案　６）浇注Ｃ　钢筋混凝土套拱和仰拱，套拱厚２５　海南东线高速公路右幅大茅隧道ｌ【２９５＋９４０一　ｃｎｌｏ　ｋ２９６＋０１５、ｋ２９６＋４，１０一＋４５７、ｋ２９６＋５６０一＋５７６　４　结束语　等，长度共１０８　ｍ，属特殊加固段；此段原施工中发　生冒顶大塌方，围岩基本未进行支护处理，塌体未进　海南东线高速公路右幅大茅隧道大修整治工程　行彻底处理；衬砌混凝土强度不足；渗漏水特别严　针对衬砌裂缝采取的处治方案，保证了结构安全、减　重。此段存在极大的安全隐患。　小施工风险、缩短工期。在确保“质量第一、安全第　针对特殊加固段，大修整治施工采用了衬砌嵌　一”的前提下，大修整治工程比合同工期提前完成，　轨、碳纤维加固、拱部注浆、锚固及套拱的处治方案　减少了对海南东线高速公路交通的影响。　（见图３）。　１）施作临时钢支撑，以确保压浆充填的安全。　参考文献：　２）采用小导管和中导管对拱背空洞或不密实　［１］ＪＴＧＨ１２－２００３，公路隧道养护技术规范［Ｓ］　［２］ＪＴＪ０４２－９４，公路隧道施工技术规范［Ｓ］．　区压注Ｍ∞水泥砂浆，增加有利的围岩弹性抗力，　（上接第ｌ１Ｏ页）　参考文献：　合方法中钟一颜方法最好，为徐变系数的电算提供　［１］段明德．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》徐变　了更为方便、可靠的途径。　系数的计算和应用［Ｊ］．中国公路学报；１９９８，ｌ１：７０－７６。　２）利用ＡＮＳＹＳ二次开发接口，依据叠加原理，　［２］钟正强，颜东煌．《公桥规》中徐变系数计算图表的拟合曲线及　程序算法［Ｊ］．中南公路工程，１９９５，７４：５８～６３。　在通用软件ＡＮＳＹＳ中实现了《公桥规》和《铁桥规》　［３］赵新生．《桥规》中徐变系数的近似表达式及其计算机程序［Ｊ］．　规定的徐变计算。通过与现有专门软件计算结果的　中南公路工程，１９９６，２１：４５～４９。　比较，证实了本文方法的有效性。　［４］周履，陈永春．收缩徐变［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９４，　９】～９５．