高铁隧道衬砌混凝土裂缝处理措施及建议

高铁隧道衬砌混凝土裂缝处理措施及建议
摘要：隧道二衬裂缝属严重病害，对运营后的高铁安全构成极大威胁。

现对某高铁项目隧道施工中出现的裂缝问题进行归类研究，并对产生原因进行分析，提出裂缝处理的技术措施和建议。

关键词：衬砌裂缝；成因分析；措施；建议
中图分类号：tu528文献标识码： a 文章编号：
0 引言
近年来铁路建设的迅猛发展，山岭地区新建高速铁路逐年上升，隧道工程所占比例也越来越大。

铁路隧道衬砌在施工中会因各种原因产生一系列裂缝，对这些裂缝若不进行控制或及时处理，将会逐步发展，严重威胁施工作业人员的安全，处理不当不仅会影响隧道衬砌结构的耐久性，大大缩短隧道结构物的使用寿命，而且运营后，会发生渗水、腐蚀、掉块等病害，给高铁运输带来极大的安全隐患。

现结合某高铁隧道施工阶段中遇到的二衬裂缝和开裂情况进行简
要分析与归类，提出相应的预防措施和处理方法，以供参考。

1裂缝类型
某新建高铁隧道工程比例高，在施工过程中发现有多座隧道段落集中出现超标裂缝，个别隧道甚至衬砌裂损、压溃，病害较为严重，拱顶、拱腰、边墙不同部位出现混凝土剥落、掉块、钢筋弯曲、混凝土错开等现象，归纳整理后发现裂缝主要分为一般性衬砌裂缝和承载力不足引起开裂两大类。

一般性衬砌裂缝：多数隧道的衬砌裂损均属于一般性衬砌裂缝。

常见的隧道裂缝包括单缝、双缝、环形缝、x 形缝、树枝斜缝、龟裂等等。

按裂缝走向及其与隧道纵向的相互关系，大致可分为纵向裂缝、环向裂缝、斜向裂缝三种。

需要按照规定方法的进行修补。

承载力不足引起的开裂：承载力不足引起的开裂现象包括衬砌（仰拱）移动和衬砌变形两大类。

衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动、平移、上抬(或下沉)等变化。

衬砌变形是衬砌受围岩应力的作用引起拱轴形状的改变，多数为横向变形，造成衬砌开裂，严重的可导致部分衬砌侵入限界，引起隧道衬砌张裂、压溃、错台、坍塌。

2成因分析
2.1一般性衬砌裂缝产生原因分析
一般性衬砌裂缝产生原因包括原材料质量差、配合比设计不合理的干缩、温度裂缝、施工工艺及现场操作不当引起的裂缝等。

⑴水泥品种选择不当，安定性不良，不同批次的水泥混用。

碎石、砂级配不良，含泥量超标，碎石中石粉含量超标，影响了水泥与骨料的胶结。

⑵混凝土生产时原材料计量误差超标，未按照砂石料的实际含水量调整施工用水，造成实际水灰比偏大，配合比设计时，忽视水泥用量增多对水化热影响，且对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导。

⑶隧道洞口段混凝土受环境温度变化影响明显，多数温度裂缝出现在了隧道洞口段。

因此，应尽量避免在冬季施工洞口的衬砌混凝
土，如确要施工则混凝土搅拌时可加入防冻剂，并采取保暖设施。

⑷施工中衬砌混凝土模板台车反复顶撞拱部，当拱部有空洞区时裂缝较为明显或在隧道衬砌抽拔pvc排水管时，操作不当使泄水孔处混凝土受损。

2.2承载力不足引起开裂原因分析
⑴隧道开挖时欠挖控制不严，初支、防水板、仰拱填充侵入到二衬断面，模板台车定位不准等原因，造成混凝土厚度严重不均匀，特别是软弱围岩地段的二衬厚度不足，造成承载力不足产生开裂。

⑵未按规定开展围岩监控量测，仅凭经验来确定二衬施作时间，或者由于工期原因及隧道安全步距规定，围岩未稳定就施作二衬造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。

⑶盲目追究施工进度，二衬混凝土未达到拆模强度时，提前拆除模板，脱模后也未按要求及时对混凝土进行养护，致使低强度混凝土过量承受荷载，破坏了混凝土结构。

⑷由于隧道纵向穿过不同地质岩层，地基承载力差异大，开挖仰拱后清底不彻底或衬砌背后未对称回填等原因，导致了隧道纵向的不均匀沉降，引起了纵向弯矩，产生裂缝。

洞口浅埋，洞外地表为湿陷性黄土，地表发生开裂和下沉，雨水下渗导致地表不均匀变形造成衬砌偏压。

⑸勘察设计单位对高地应力软岩，隧道变形量大、变形持续时间长的特点认识不足，未采取特殊措施予以加强。

3 混凝土裂缝处理
3.1一般性衬砌裂缝处理
对于已稳定的、不影响结构使用和耐久性的由于温度或干缩因素形成的一般性衬砌裂缝，应认真观测，分析裂缝产生原因，对于稳定的一般性衬砌裂缝，可采用贴纸条法或采用裂缝宽度观测仪观测裂缝发展趋势。

同时应采用《铁路混凝土结构耐久性修补及防护》（tbt3228-2010）的相关要求对裂纹进行闭合处理。

对于表层性裂缝宜采用灌浆法，即利用压送设备(压力0.2 mpa～0.4 mpa)将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，确保衬砌的整体性、耐久性，满足正常使用要求。

如使用ab环氧树脂进行修复，其技术指标可参照下表：
ab环氧树脂性能表
对于贯通性裂缝危害大，应对裂缝进行发展观测，如围岩较好地段，裂缝属稳定性裂缝，可以采用凿槽补浆法处理。

一般步骤为：首先，沿裂缝方向凿成宽5cm、深3cm的v形槽，在槽体内骑缝每隔0.5m钻一孔，孔深为衬砌厚度的1/2或2/3，一般不少于15cm，不得穿透衬砌。

其次，要洗净槽体内的杂物及粉尘，在孔内插入压浆管，利用环氧树脂水泥砂浆锚固，并用砂浆压实抹光，为保证修复效果，应严格按产品说明书配比环氧树脂砂浆。

最后，待环氧树脂砂浆有一定的强度后，以0.2mpa压力压入水泥一水玻璃浆液或环氧树脂浆液，压浆结束后在0.2mpa压水检查压浆效果，裂缝表面用刮抹料和调色料处理。

3.2 承载力不足引起开裂的处理
对于已稳定，不再进一步发展的边墙部位的环向裂缝可按照一般裂缝的处理方法进行解决，对于施工质量或不良地质情况造成的开裂、掉块一般要拆除重建，并采取加强措施。

对于二衬厚度不足引起的开裂，采取拆除处理，步骤包括：⑴确定二衬厚度不足的范围，可采用地质雷达对裂缝处衬砌厚度不足位置进行加密探测，详细探测出厚度不足的范围，依据范围大小确定衬砌拆除方法；⑵根据确定的混凝土厚度不符合设计要求的范围，对其进行深孔注浆加固。

深孔注浆采用长度4m的φ42mm小导管进行，注浆采用单液浆，注浆最大压力控制在1mpa，在注浆完成72h 后进行二次衬砌的拆除；⑶考虑防水板的焊接及保护，在整体拆除范围外放0.5m，考虑二次衬砌外观质量，拆除范围的外边距二次衬砌不合格处最小应不小于0.5m。

确定完需要拆除的范围后，为确保安全，对整体拆除的衬砌进行段落划分，依次进行拆除。

依据现场实际情况选用微药量爆破进行衬砌拆除。

爆破钻孔深度不超过混凝土厚度的2/3。

当拆除至接近边缘约0.5m时，采用破坏器人工配合进行拆除。

⑷重新施作初期支护及二次衬砌。

此段应考虑衬砌加强措施，或提高一个围岩等级的支护参数，在施作衬砌之前要确认断面净空，确保衬砌厚度满足设计。

对于在软弱及其他不良地质地段的裂缝，经过雨季、冻融循环等仍然为稳定的，仍需要对裂缝进行分段打孔注浆，必要时可采用暗锚杆进行混凝土连接裂缝。

位于拱腰或位于拱顶纵向连通，或衬砌
裂损严重，已基本丧失承载能力的，拆除重做。

并对重新施做的衬砌结构进行补强处理，如可采用长锚索（杆）、两次初期支护或双层衬砌结构。

同时衬砌拆除应严格按批准的方案实施，加强工艺过程控制和管理。

4 结论与建议
⑴对于一般性衬砌裂纹，严格按照规定进行了封闭处理，经过一个雨季的监测，未出现变化，分析原因采取措施后，后续施工的衬砌裂缝明显减少。

⑵对于承载力不足引起的开裂，必须返工的，应进一步加强初期支护强度及刚度，配合径向长锚杆(索)，或采取两次初期支护或双层衬砌结构等措施。

同时考虑高地应力软岩隧道变形量大、变形持续时间长的特点，选择合适的衬砌施做时机，加强初期支护，二次衬砌紧跟。

同时在高地应力地段选择代表性断面，对围岩压力、支护结构受力及变形状态进行长期监测，据以对结构的稳定性进行评价。

⑶对未开裂地段衬砌结构的变形以及隧道二衬结构受力进行监测，并由第三方进行必要的综合检测，同时要考虑运营后高铁列车周期性正负压荷载作用，对隧道结构的安全性进行评价，根据评价结果，组织研究采取相应的加强措施。

参考文献
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