高速公路隧道衬砌裂缝调查分析与处治研究

高速公路隧道衬砌裂缝调查分析与处治研究
发布时间：2021-06-24T09:47:38.097Z 来源：《建筑实践》2021年5期（中）作者：曾刚
[导读] 详细调查了某段高速公路6座运营隧道的衬砌裂缝情况，
曾刚
北京城建道桥建设集团有限公司 100018
摘要：详细调查了某段高速公路6座运营隧道的衬砌裂缝情况，根据裂缝走向不同，分为纵向裂缝、环向裂缝和斜向裂缝，并分别从设计、施工和环境等角度对裂缝成因进行了分析，指出初期支护强度不足、二次衬砌厚度较薄、环境温差较大、地下水等是裂缝产生的主要原因，最后提出了处理衬砌裂缝的方法。

关键词：高速公路;隧道裂缝;处治方法;
1 概述
到2018年年底，大量高速公路隧道建设投入运营，隧道衬砌的病害也随之出现，其中衬砌裂缝是最常见的一种病害。

衬砌裂缝的发展可能会带来渗水、掉块、掉拱等病害，进而对行人和车辆的安全产生威胁，影响高速公路的正常运营。

为了对隧道进行综合整治，对衬砌裂缝的形成原因、分布状况和处治措施进行研究显得非常重要。

为确保行车安全，需对裂缝进行调查分析，并做出处治。

2?衬砌裂缝的种类
当公路隧道出现衬砌裂缝时，其表衬砌层会出现开裂、脱落等情况，轻则造成隧道渗水、漏水，表层脱落严重的会影响隧道内壁的承重能力，导致隧道内部结构失稳，甚至造成垮塌等严重的安全事故。

因此，对于公路隧道的衬砌裂缝一定要给予格外的重视，切不可麻痹大意。

隧道衬砌裂缝的形状走向没有一般的规律性，一般呈现多种形态和大小。

根据衬砌裂缝的走向可以将衬砌裂缝分为竖向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝和组合裂缝。

不同种类的裂缝的处理方式不尽相同，为了保障公路隧道的安全，必须首先对隧道衬砌裂缝有一个全面的认识。

(1)竖向裂缝。

竖向衬砌裂缝是指出现在隧道垂直轴线上的裂缝。

这一类衬砌裂缝通常容易出现在隧道的伸缩缝、沉降缝、施工缝等区域。

竖向衬砌裂缝一般自边墙底部开始，向上延伸，随着距离的增长主键变粗，一般截止于隧道拱腰处，部分较严重的衬砌裂缝会一直延伸到隧道拱顶，对隧道整体结构造成过影响。

(2)纵向裂缝。

纵向裂缝一般出现在隧道拱顶和拱腰的连接部分，沿隧道方向延伸。

纵向裂缝的出现几率一般小于竖向裂缝，但是由于其一般处于隧道关键部位的连接部，且延伸距离较长，因此其危害性要远远大于竖向裂缝。

一旦纵向裂缝没有被及时发现和处理，就有可能造成隧道塌方等重大事故。

(3)斜向裂缝和组合裂缝。

随着竖向裂缝和纵向裂缝的继续恶化，就容易出现斜向裂缝和组合裂缝。

斜向裂缝和组合裂缝容易聚集切无规律行，难以判断其发展趋势，因此是公路隧道的潜在威胁。

3 衬砌裂缝成因分析
昭乐高速公路串佛段6座隧道均采用新奥法原理进行设计，支护结构为初期支护和二次衬砌两部分组成的复合式衬砌。

初期支护由锚杆、钢筋网、型钢钢架、钢格栅、喷射混凝土组合而成，二次衬砌为模注混凝土，初期支护和二衬之间铺设土工布、防水板。

促使衬砌产生裂缝的因素很多，最主要的因素为设计、施工、温差、地下水等。

3.1 设计方面
我国早年高速公路隧道，使用JTJ 026—90公路隧道设计规范，同地区、同类型隧道的设计经验偏少。

高速公路隧道由于地质条件较差，围岩压力较大。

初期支护施作后变形较大，从而导致二次衬承受了较大的围岩压力，而且大部分二次衬砌用的是素混凝土，衬砌安全储备不够，隧道运营后出现了较多、较严重的裂缝。

当时设计中采用JTJ 026—90规范，与目前设计规范相比，设计中有以下几方面的不足:1)中空锚杆长度较短;2)钢筋格栅拱架用的多，工字钢型钢拱架用的少。

格栅高度偏小，围岩较好一点时还不使用钢筋网;3)初期支护喷射混凝土厚度偏小，强度较低;4)预留变形量沉落量偏大;5)二次模注混凝土衬砌为素混凝土，强度较低，且厚度偏小;6)隧道设计时永久荷载未考虑地下水的作用。

3.2 施工方面
隧道施工中，没有重视监控量测工作，对测量数据和资料未及时进行分析整理与反馈，从而未能指导设计和施工。

在隧道施工过程中没有充分利用围岩、初期支护及二次衬砌三者之间的关系，施工时引起的变形缝、接槎缝是导致裂缝出现的重要因素。

在施工过程中还存在如下问题:1)二次衬砌模筑混凝土施工工艺有缺陷，竖向分块或堵头模板设置不当，大体积混凝土浇筑中分层连续浇筑做的不好;2)预留拱部下沉量设置不当，边墙基础的虚碴未及时清理;3)过早拆模，混凝土强度还未达到设计强度的75%，就去掉支撑和模板;4)混凝土浇筑施工中有中断现象，且中断时间超过初凝时间，继续浇时，原有混凝土表面处理不当。

3.3 环境方面
1)温差影响。

温差较大，冬季特别冷，温度非常低，气温突然下降时，封闭环状衬砌结构表面温度下降很快，而衬砌内侧与围岩密贴，温度基本保持稳定，且变形受到围岩约束，内外侧剧烈的温度差使衬砌结构产生较大的拉应力，导致衬砌混凝土开裂。

2)地下水影响。

部分隧道均有渗水痕迹，但是旧公路隧道设计规范中隧道的永久荷载没有考虑水的影响，水压力对隧道衬砌结构的作用是很大的。

如果地下水不能排出，地下水将作用于支护结构，使得衬砌侧向压力加大，导致隧道从拱部到边墙出现水平裂缝以及环状开裂。

除此之外，地下水还会使初期支护中的格栅钢筋锈蚀，降低初期支护承载能力，从而加速二次衬砌裂缝等病害的发生和发展。

4?公路隧道衬砌裂缝的治理
(1)对衬砌裂缝的预防措施。

目前治理衬砌裂缝问题的常用手段是在裂缝出现后及时进行修补、加固，这种措施虽然能够在一定程度上减轻衬砌裂缝的危害，但是需要投入大量的人力物力进行前期的监控，并且在维修过程中降低隧道的通行效率。

因此，预防和控制就成为了治理公路隧道衬砌裂缝最好的方法。

预防和控制的核心要求的就是在前期的设计、施工过程中就有针对性的采取有效的措施预防和控制。

对于衬砌结构设计、隧道掘进技术等方面应当加强技术创新和设计调研，对于后期隧道使用过程中可能产生的形变等问题给出较大的设计冗余度以此来减少后期隧道衬砌裂缝的发生概率。

通过前期的预防来减少隧道衬砌裂缝的发生能够极大的降低隧道的运营养护成本，减少后期维修对交通运输的影响。

(2)隧道衬砌裂缝的修复技术。

一旦出现了衬砌裂缝，就必须及时进行处理和加固，防止裂缝蔓延影响隧道主体结构。

对于局部密集的裂缝可以考虑通过拆换衬砌的方法进行对裂缝部位进行维修加固。

对于分散在隧道各处的裂缝可以根据实际情况采用多种方式进行加固维修，例如钢带加固、套拱加固、锚杆加固、盆混凝土加固等方法都能够较好的处理一般情况的衬砌裂缝，并且具有良好的效果。

一旦隧道衬砌结构出现严重受损、剥落掉块的情况，就说明隧道的衬砌裂缝已经到了比较严重的程度，可以考虑采用套拱加固的方法进行处理。

套拱加固能够极大的提高隧道裂缝部位的承载能力，并且具有较强的耐久性，不易反复出现裂缝，是一种非常有效的结构加固方法。

结语：综上所述，本文对高速公路隧道衬砌缺陷修复工作前的准备和施工技术做了系统的分析，并对修复工作的开展做了详细介绍，按技术要求严格执行操作步骤，并要求工作人员做好进度、安全、质量与成本的监督管理工作，希望能够更好地促进高速公路施工建设发展。

高速公路隧道衬砌缺陷修复工作非常重要，直接影响高速公路的整体质量，关系公路行业的发展，因此，一定要做好高速公路隧道衬砌缺陷修复工作。

预防性养护应贯穿到高速公路养护的所有阶段，并在不同阶段设计合理的预防性养护组合方案，对路面进行定期修复、保养，使其能够保持良好的服务水平，保证驾驶人的行车安全。

希望相关单位在质量安全方面一定要足够重视，不断优化生产工艺，加强质量管理，促进我国的高速公路事业进一步发展。

参考文献
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