运营中的高速公路隧道二次衬砌裂缝处治方案

饶 永 强

(中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南 长沙　410100)



运营中的高速公路隧道二次衬砌裂缝处治方案

饶 永 强

(中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南 长沙410100)

简述了某高速公路隧道二次衬砌裂缝的特点，结合该隧道水文地质情况，分析了隧道衬砌裂缝形成的原因，探讨了不同类型裂缝对隧道结构安全的影响，并提出了合理的裂缝整治方案，保证了隧道衬砌结构的稳定性。

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0　引言

高速公路山岭隧道开通运营后，由于受水文地质条件、施工期的施工工艺、开通后的动荷载等因素影响，二次衬砌会出现不同程度的裂纹、裂缝(下文简称裂缝)，这些裂缝对隧道衬砌结构的安全运营有何影响、如何安全、快捷、经济的进行处治，对高速公路的安全维护及运营有着重要的意义。

1　工程简介

渝湘高速公路某隧道位于重庆市黔江区境内，是一座上、下行分离的四车道高速公路长隧道，左线隧道起讫桩号ZKAA+370～ZKAA+650，长3 280 m；右线隧道起讫桩号YKAA+325～YKAA+638，长3 313 m。本隧道属分离式隧道，隧道按新奥法施工原理进行洞身结构设计施工，即以系统锚杆、喷混凝土、钢筋网、格栅钢架组成初期支护与二次模筑混凝土相结合的复合式衬砌形式。

本隧道左线于2006年3月29日正式开工， 2007年10月25日贯通，2009年3月1日完工；右线于2006年3月29日正式开工，于2007年10月12日贯通，2009年3月1日完工。全线于2009年10月1日正式开通运营。

2013年、2014年年底，检测单位在渝湘高速公路隧道定期检测中发现，该隧道出现较多裂缝，其中左洞359条总长度1 174.4 m，右洞610条总长度1 611.8 m，以环向裂缝为主，少量纵向斜向裂缝，隧道洞身未见衬砌起层、剥落、掉块等病害现象。

2　水文地质情况

2.1地层岩性

隧址山体位于泥质、砂质碎屑岩分布区，岩性为页岩、砂质页岩、粉砂岩，局部互层状发育，以较软岩为主，其中粉砂岩、石英砂岩为硬岩(单层厚度一般小于1.0 m)。

2.2地下水

隧址山体碎屑沉积岩层中主要为隔水的页岩地层，不透水不含水，左线洞口地表沟谷有溪水，地下水主要是风化带网状裂隙水，水量随降雨大小而变化。降雨时以地表径流为主,地下水对隧道围岩的影响较小。全隧衬砌中无明显的渗漏水现象。

3　裂缝成因分析

3.1裂缝类型统计

某隧道左右洞洞身衬砌发育有环向、斜向及纵向等不同形态的裂缝，裂缝宽度0.15 mm～2.0 mm，大小不一，分布部位既有拱部，也有边墙部位，见图1。根据现场观察，施工缝部位也有一定程度的裂缝发展，但裂缝内未见渗漏水及剥落、掉块、错台现象。根据裂缝宽度及走向统计，以环向裂缝、0 mm～1.0 mm宽度裂缝为主，如图2所示。

3.2裂缝成因分析

根据裂缝发育部位、形态及宽度等参数，初步分析隧道衬砌开裂原因如下：

1)围岩荷载作用。

隧道围岩在长期的运营过程中，可能发生松动或变形现象，并与运营后的行车荷载产生叠加，作用于衬砌结构上后，可能使衬砌结构开裂。该影响因素下衬砌结构易出现斜向及纵向裂缝。

2)基础不够密实牢固，产生不均匀沉降。

隧道在施工过程中，由于各种原因导致衬砌及路面基础不够密实牢固，在运营过程中由于结构自重、车辆荷载及围岩压力作用下，基础可能出现不均匀沉降，导致衬砌出现开裂。该影响因素下衬砌结构易出现环向裂缝，此类裂缝在施工缝及沉降缝处更为明显。

3)施工质量原因。

隧道在施工过程中存在二次衬砌厚度不满足设计要求、二衬或初支背后有脱空或不密实区域、露筋、衬砌混凝土强度可能不满足设计要求等质量缺陷，衬砌结构在荷载作用下可能在缺陷部位产生开裂现象。

4)衬砌结构存在受力不良部位。

人行、车行横洞与主洞交叉部位，或边墙与仰拱连接部位，由于开挖断面较大，线条过渡不够顺滑，存在应力集中现象，易导致该部位衬砌开裂。

5)衬砌混凝土劣化。

隧道衬砌混凝土是一种各向异性的材料，经过一定的使用年限后，由于各种原因衬砌混凝土发生劣化，同时由于隧道纵向长度范围温度不一致，可能导致混凝土由于温度应力出现开裂现象。该影响因素下衬砌结构易出现环向裂缝。

3.3不同类型裂缝对隧道结构安全的影响

1)裂缝错台、掉块。

隧道衬砌结构所受外力已远远超过其承载范围，衬砌结构已经损坏，在外力没有明显消减的情况下其结构将不断变形直至破坏，严重影响衬砌结构以及运营安全，必须立即采取加固措施。本隧道没有错台、掉块的裂缝。

2)变形在发展的裂缝。

周边围岩没有稳定、外力没有消减，衬砌变形在扩大，表现在裂缝的加长、加宽、加深，或产生新的裂缝，必须及时加固以免衬砌结构发生结构性破坏。

3)已经稳定的裂缝。

围岩已经稳定，表现为不产生新的裂缝，裂缝不加长、加宽、加深，总体来说纵向斜向裂缝比环向裂缝危害大，宽裂缝比细微裂缝危害大，裂缝密集区比裂缝少、微区段危害大，应根据实际情况进行处治。本隧道经过四五年的开通运营，围岩已基本稳定，裂缝没有发展。

4　裂缝处治方案

4.1整治原则

在充分分析隧道病害现状和原因的基础上，依据国内外成熟整治经验，对隧道表观病害和严重质量缺陷进行维修整治设计。设计原则为技术可行、经济合理。由于本隧道已经运营，日常交通量大，还要考虑对正常交通运输的影响。

1)设计方案施工方便可行，效果良好，经济性高。

2)设计方案应尽量缩短施工工期，同时减小施工对隧道通行的影响。

3)对存在衬砌开裂病害严重的地段进行结构加固，对一般衬砌开裂段落进行裂缝处理。

4.2整治设计

根据隧道目前状态，针对不同的隧道病害现象和衬砌开裂的不同形态，采取如下工程整治措施：

1)宽度小于0.2 mm的裂缝。二次衬砌为素混凝土段宽度小于0.2 mm的环向裂缝不进行整治，但二次衬砌为钢筋混凝土段宽度小于0.2 mm的裂缝也应涂刷环氧砂浆进行封闭处理。

对宽度小于0.2 mm的纵向和斜向裂缝采用在裂缝部位涂刷环氧砂浆封闭裂缝的方法进行整治。

2)宽度不小于0.2 mm～1.0 mm及个别大于1.0 mm的裂缝。对宽度不小于0.2 mm的纵向、斜向和环向裂缝采用低压注浆法进行整治，通过压注改性环氧树脂灌缝胶充填封闭裂缝，粘结裂缝，阻止其进一步发展。低压注浆法的施工工序为：裂缝清理→粘贴注浆嘴、封闭裂缝→试漏→配制注浆液→压浆→二次注浆→清理表面。

3)宽度大于1.0 mm的裂缝较密集段落。考虑到隧道已经运营五年多了，二衬结构已经收敛，且日常交通流量大，不宜采取破坏原有结构的方式进行整治。同时，考虑到整治所需时间长短、经济性、安全性等因素，比选方案采取钢筋网喷射混凝土套衬加固、钢带加固等两种加固整治方式，使加固的结构与原有支护结构联合受力。

a.套衬加固方案。衬砌结构表面采用套衬加固。套衬采用10 cm厚C25钢纤维混凝土结构，套衬内设置单层钢筋网，环向钢筋采用Φ20钢筋，间距25 cm，纵向钢筋采用Φ16钢筋，间距25 cm，钢筋网交叉处采用铁丝绑扎或焊接牢固。既有衬砌与套衬之间的新旧混凝土采用界面剂以增加混凝土间的粘结力，并与Φ22环氧砂浆锚固钢筋连接，增强两层混凝土的整体性。由于原衬砌断面大于建筑限界12 cm，因此加固厚度10 cm能满足设计建筑限界要求。本方案的优点为加固结构与原有衬砌结构结合良好，整体受力效果好，整治完成后不需要额外的维护保养；缺点是需要配套相关施工设备，施工进度较慢，且需要断道施工，施工风险大，交通组织困难。

b.钢带加固方案。钢带采用Q235钢材质，厚5 mm，单幅钢带宽27.5 cm，整环敷设。采用M20高强化学锚栓固定钢带，每排设置两套锚栓，锚栓环向间距为60 cm，纵向间距为15 cm，左右两侧距离钢带边缘均为6.25 cm。敷设钢带前，应清除敷设位置衬砌表面的杂物等，清除条带宽度为40 cm，清除后应整环打磨衬砌混凝土表面直至露出混凝土新鲜面，打磨条带宽度为40 cm，深度为2 mm～3 mm。钢带敷设好后，应在钢带与原衬砌混凝土间压注粘钢胶，并应确保充填饱满，以使两者密贴，增强结构加固整治效果。钢带间采用钢带纵向连接，增强整体受力。本方案优点为施工比较简单，不需要大型施工机械，施工进度较快；可采取单车道通行，交通组织较简便；缺点为钢带表面难以与衬砌表面密贴，影响整体受力效果。

综合考虑交通组织、施工进度、处理难度等因素，决定采用钢带处理方案。

4.3处治效果

本隧道2015年4月1日开始进场施工，6月1日完成全部整治项目，采用的单车道行车，未对渝湘高速公路的正常营运造成大的影响；到2015年年底，检测单位进行年度隧道专项检测活动，未发现新的裂缝发育，隧道衬砌结构已基本稳定。

[1]JTG H12—2003,公路隧道养护技术规范[S].

[2]JTG D70—2004,公路隧道设计规范[S].

[3]JTG F60—2009,公路隧道施工技术规范[S].

[4]JTG F80/1—2004,公路工程质量检验评定标准[S].

[5]GB 50108—2008,地下工程防水技术规范[S].

[6]JTG/T B07—01—2006,公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S].

[7]GB 50015—2003,建筑给水排水设计规范[S].

Secondary masonry cracking treatment scheme of highway tunnel in operation process

Rao Yongqiang

(ChinaRailway5thBureauGroup1stEngineeringCo.,Ltd,Changsha410100,China)

With an introduction of secondary masonry cracking features of the highway tunnel, combining with the tunnel hydrological conditions, the paper analyzes the tunnel masonry cracking causes, explores the impact of various cracks upon tunnel structure safety, and finally puts forward rational cracks processing scheme, so as to guarantee the tunnel masonry structure stable.

tunnel, crack, secondary masonry, treatment scheme

1009-6825(2016)08-0201-02

2016-01-07

饶永强(1978- )，男，工程师

U451.4

A