隧道衬砌裂缝及渗漏水病害整治技术研究

| 工程技术与应用 | Engineering Technology and Application ·88·

2019年第14期

隧道衬砌裂缝及渗漏水病害整治技术研究

贺 超

（中交一公局第七工程有限公司，河南 郑州 451450）

摘 要：我国交通业愈渐发达，国内的隧道数量逐步提高，隧道出现裂化的现象也随之增加。衬砌出现裂缝、渗漏水等现象，严重危害了隧道的稳定性和安全性。文章从衬砌裂缝的类型和形成衬砌裂缝的原因分析，探讨出适当的预防措施、治理措施及修复措施，给行业人士提供一些参考。关键词：隧道；衬砌缝；渗漏水病害；整治技术中图分类号：U457.2 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）14-0088-02

作者简介：贺超（1985—），男，工程师，研究方向：铁路、市政施工技术管理。

我国交通建设的快速发展促使公路、铁路隧道的数量和质量稳步提高，受环境、施工技术等方面的影响，隧道衬砌缝会出现开裂并形成渗漏的危害，影响隧道的稳定性、安全性，破坏衬砌的美观性。衬砌缝开裂的情况较为严重的话，会影响铁路运营的正常运转和使用价值。现阶段，隧道衬砌缝的处理一般采用套拱加固法、粘钢法、注浆加固等加固方法，渗漏水主要采用堵塞或者局部引排的处理技术，针对当下的隧道衬砌缝及渗漏水的整治技术进行综合研究，提出先进的改良技术，结合现场实验和后期的观测以取得更好的效果。

1 衬砌裂缝及渗漏水病害概述

衬砌裂缝是铁路建造过程中一种常见的病害。当这种病害出现时，会引起隧道发生渗漏水。衬砌裂缝的存在会导致铁路隧道的承载力、稳定性和安全性大大降低，发生安全事故。根据衬砌裂缝的影响因素可以分为不同的类型。

1.1 衬砌裂缝在空间开裂形成的类型

（1）纵向开裂一般出现于隧道拱顶和拱腰周边，其数量相较于其他裂缝数量较少，但危害性较大，若纵向裂缝不加以整治，会造成隧道衬砌发生断裂或者坍塌的危险。（2）竖向裂缝使隧道出现垂直轴线裂缝，此裂缝通常会出现在沉降缝、施工缝和不同地段的连接处，且一旦形成开裂，会一直发展到拱腰处。（3）组合裂缝是结合纵向和竖向裂缝形成的一种危害，通常以X 形或者Y 形出现，若发生开裂的情况较频繁或者开裂程度越大，隧道衬砌会出现网裂状况。1.2 衬砌裂缝受外界因素影响的类型

（1）温度裂缝。温度裂缝通常出现在隧道工程或者是混凝土工程中，主要受内外温度差影响，被称为温度裂缝。在浇筑混凝土的过程中，受混凝土特质的影响，在硬化冷却的过程会发生一系列化学反应，放出大量的水化热，造成混凝土内部和外界的温度形成一定的差值，产生内应力。早期硬化程度不高，内应力较大的话，致使混凝土开裂，这种情况造成的裂缝称为温度裂缝。大体积的混凝土浇筑更容易发生这种情况，大范围的浇筑水热化程度越大，致使内部更难驱散热量，与外界温度相差越大。温度裂缝必须采取温度控制或者科学养护，把发生裂缝的可能性控制在限制范围内。

（2）荷载变形裂缝。隧道工程中会存在因各类因

素加快施工进度，造成混凝土在浇筑后期的养护时间缩短，致使混凝土重量不达标，强度不够，受力不足易形成裂缝。赶工期也会造成隧道发生不均匀沉降，这种因加快施工进度从而影响隧道质量造成衬砌开裂的裂缝称为荷载变形裂缝。这种裂缝危害很大，一旦出现容易造成隧道的坍塌等。

（3）干缩裂缝。造成混凝土发生干缩裂缝的原因一般是混凝土内部和外部的湿度值不一致，致使内外的收缩程度不一致，形成的拉应力导致混凝土表面出现开裂，裂缝一般发生在其表面，且为纵、横裂缝交错的组合裂缝。将混凝土构件长时间堆放在室外，致使混凝土表面的湿度较大，裂缝发生的概率较大。形成干缩裂缝的原因主要受水泥品种、用料粗细、水灰比等影响。

（4）接茬缝。接茬缝是因施工阶段结构设计的要求采取分段浇筑造成混凝土分段浇筑的时间大于初凝时间，致使浇筑的前后阶段在混凝土之间形成结合面，形如裂缝，这便是接茬缝形成的原因，接茬缝的存在主要看施工的要求，接茬缝保留在结构剪切力最小的部分。

2 形成隧道衬砌裂缝的原因

2.1 材料因子

（1）混凝土的收缩。混凝土出现收缩的情况容易对地下结构造成渗漏水病害，混凝土收缩可以分为干缩和自收缩两种形式，干缩混凝土是养护中断造成内部凝胶孔与毛细孔水分吸收出现不可逆的情况。收缩性混凝土是混凝土在温度和湿度不变的情况下，水化材料发生体积收缩的情况。由此可见，减少混凝土干燥可以有效减少混凝土干裂的现象。

（2）骨料。隧道衬砌的施工阶段中，一些骨料如砂岩配制形成的衬砌容易发生收缩变形造成衬砌开裂。石灰岩类的骨料致使衬砌不容易出现收缩变形导致裂缝出现的概率较小。在建设的实际施工过程中，应该重点关注骨料的材质，尽量选用衬砌不易发生收缩变形的骨料如石灰岩，尽可能减少衬砌裂缝的出现。

（3）外加剂。隧道施工所需的混凝土需要加入适当的外加剂，如加入适量的减水剂和泵送剂可以降低混凝土收缩变形的力度，减少衬砌出现裂缝的可能性。使用外加剂过量会对衬砌造成相反的效果，如加速衬砌的收缩变形，添加缓凝剂且使用催凝剂会影响衬砌混凝土的收缩变形，导致混凝土出现裂缝的危害加大。2.2 环境因子

隧道衬砌出现裂缝的环境因素主要受环境湿度、环境温度及混凝土水化热的影响。一般情况下，环境温度

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下降的速度与收缩变形程度成正比，下降越快，变形程度越大，裂缝出现的概率越大。洞口段的隧道衬砌出现裂缝的概率较大，冬季因温度过低，导致混凝土收缩变形程度最大，结合其他因素，致使中长隧道或者短隧道容易出现衬砌开裂的情况。环境湿度与衬砌混凝土收缩变形的程度成反比，湿度越小，混凝土发生收缩变形的可能性越大，越容易出现裂缝。混凝土在实际施工中逐步提升混凝土的强度，增加混凝土的水泥量，从而提升水热化，致使散热集中出现。

2.3 受力因子

隧道衬砌出现裂缝的受力方面的原因一部分是隧道偏压造成受力不均匀，致使局部发生开裂，隧道拱圈和地基容易出现不均匀沉降的现象，围岩的实际情况与设计不符合也容易造成衬砌面与受力不符合从而导致裂缝的出现。另一部分是爆破水平不够，导致局部处理不当，衬砌的厚度不均匀使得衬砌面承载力过大，混凝土的强度不够便结束施工，导致衬砌混凝土提前受力，致使衬砌开裂。还有黏土矿物质容易发生体积膨胀，随着时间的增加，压力也不断增加，隧道衬砌出现裂缝的可能性也越大。在设计隧道工程的过程中没有综合考虑地下水的影响，致使地下水对围岩产生冻胀力或者因地下水的渗透导致衬砌出现裂缝。

2.4 人为因子

施工人员的施工操作也会对衬砌造成影响，如在施工阶段采用先拱后墙的施工操作致使衬砌出现裂纹，从而导致隧道拱顶出现裂缝。衬砌与围岩存在一定的缝隙，泥岩在空气或者水中容易被风化，致使衬砌与围岩之间不密实导致围岩容易发生脱落，从而增加拱顶的受力，更为严重的情况还会出现吊顶。施工过程中没有及时支护或者没有支护措施，衬砌开裂的可能性会受围岩情况的变化而变化。混凝土原材料没有严格按照施工要求调整用水量会增加水灰比，会提高衬砌开裂的可能性。

3 隧道衬砌裂缝及渗漏水病害的整治措施

现阶段，衬砌裂缝发生渗漏水病害主要采取后期修补、加固的手段，在一定程度上可以得到显著的效果，但对其美观性和使用价值会产生一定的影响。注重对衬砌裂缝的预防，在设计和施工过程中采用有效的措施延长隧道的寿命，及时发现隧道存在的病害并采取相应的手段进行治理，减少隧道衬砌裂缝出现的可能性及杜绝渗漏水病害的发生。

3.1 衬砌裂缝防治施工

（1）仰拱加固注浆。衬砌的施工过程中会采用50mm的注浆孔进行浇筑，要求注浆孔的深度要距离仰拱地面40cm左右，横断面8孔，纵向之间的距离要在1.4m，注浆的扩散半径要在1m。注浆的采用的水泥或者硫铝酸盐水泥的配比为1∶1，水灰比为0.8∶1。注浆要按照从中心到两端、从下至上的顺序，最开始控制注浆压力在0.05MPa左右，后期的逐渐压力在0.2MPa 以下。

（2）裂缝注浆封闭。清理裂缝两侧3cm范围的衬砌表面，清理完杂物并在其位置20～30cm内粘胶布。将J-1快干型封缝胶刮除，待胶固化后，才可去除胶布，将灌浆用具安装完毕后，浇筑树脂并对衬砌表面封闭，沿裂缝的方向在其两道20cm处的表面进行防水材料的涂抹，涂抹的厚度要控制在2mm之间。在裂缝加固完成后，施工单位要进行为期6个月的监测，保证裂缝区的稳定，防止渗漏水病害的发生，使施工设计达标。3.2 衬砌裂缝及渗漏水病害整治

针对隧道病害段工程的地质、水文等条件，结合施工技术、交通等条件，采取安全、合理、经济的措施。

（1）表面封闭法。对于宽度＜0.5mm左右的边墙裂缝要分为无水渗出和有水渗出两种情况分析，如果是前者，则隧道的安全和稳定有足够的保障，可以采用钢丝洗刷裂缝两侧，再按照一定的比例直接涂抹砂浆等材料；如果是后者，就需要事先进行堵塞，再进行涂抹的工序。

（2）局部裂缝注浆及锚固。针对宽度在0.5～1mm 的衬砌裂缝，要在裂缝的两侧1m处安装长度为3.5m左右的砂浆锚杆加固结构，在浇筑水泥浆时要及时封闭处理，注浆的压力要保持在1.0MPa之上。

3.3 衬砌裂缝修复技术

对于已经发生开裂的衬砌，必须采用行之有效的措施对衬砌裂缝进行修复，根据衬砌裂缝的类型采取不同的修复技术。渗漏水病害严重的必须考虑拆换局部或者整体的衬砌。衬砌裂缝修复技术一般包括钢带加固、套拱加固、锚杆加固等，对于出现衬砌发生脱落的现象，必须运用套拱加固的技术使衬砌具有耐久性和提高承载力。对于隧道出现局部且大规模的裂缝，需要采取衬砌拆换的技术手段进行整治。

4 结束语

对于隧道衬砌裂缝及其水渗漏病害要及时防治，针对地质、方案、技术等控制衬砌的稳定性和安全性，保证隧道的运营质量和效率，预防因衬砌裂缝出现的隧道危害致使安全事故的发生，逐步解决衬砌裂缝存在的问题，提高我国隧道施工质量。

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