张奇兵
中铁一局集团第四工程有限公司，陕西 咸阳 712000
摘要：导致隧道衬砌砼开裂的原因多且较为复杂，管控不好会对隧道主体结构的承载能力、抗渗性、结构稳定性、使用年限等带来不利影响。本文主要从现场施工及管理等方面对造成隧道衬砌砼开裂的诸多原因与相应防治对策展开探讨，以供借鉴参考。
关键词：隧道衬砌 开裂 原因 预防 结构受力 注浆
1隧道衬砌砼开裂的原因分析
1.1地质勘察不详细
设计前未进行全面的地质勘察或勘察深度不够，对围岩地质情况掌握不准确，导致衬砌支护参数选择不合理，衬砌实施后局部集中受力或衬砌受力不均匀而产生变形、开裂。
1.2设计不合理
（1）洞室受力计算时没有考虑水、高地应力、偏压等不良地质对围岩受力的影响，计算模型和实际情况存在偏差，选择衬砌支护参数时针对性不强或安全系数偏低。（2）施工中隧道围岩受力处在不断变化、调整以形成新的稳定结构的过程，建立的静态计算模型和相关计算忽略了动态的受力过程，无法保证衬砌结构在动态受力过程中有足够的承载力和安全系数，造成衬砌混凝土开裂。
1.3衬砌砼质量不达标
（1）水泥、粗细骨料、外加剂和水等原材料质量不达标，水泥稳定性差等因素导致混凝土质量不满足施工及规范要求。（2）拌合站计量设备未按期校准或精度差，无法保证混凝土严格按照施工配合比拌制。（3）没有及时测定粗细骨料含水率，并调整施工配合比。（4）碱集料反应导致开裂。（5）外加剂与水泥相容性不好。（6）混凝土运输时间过长，运输过程不规范，导致混凝土泌水、离析，现场浇筑前没有再次搅拌。（7）混凝土私自加水。
1.4施工工艺不规范
（1）未严格执行爆破设计，钻眼、装药随意，导致隧道开挖轮廓线型差，超欠挖明显且不处理，造成衬砌混凝土厚度偏差大，产生应力集中而变形或开裂。（2）初支变形还未稳定或因进度需要，提前施做衬砌，衬砌结构受力超过设计荷载。（3）对基面上松动的喷砼，岩块未清理，形成的软弱夹层不但影响二衬混凝土均匀受力，还降低了围岩对衬砌的约束力，导致衬砌砼开裂。（4）仰拱开挖深度不足，基底虚渣清理不彻底或仰拱存在软弱部位没有加固处理，衬砌因不均匀沉降而变形，开裂。（5）防水板固定点不足，平整度差，甚至出现防水板下坠进入混凝土中，以致混凝土夹杂防水板，厚度不足等问题。（6）混凝土下料高度过大造成离析，混凝土振捣不规范。混凝土供应不及时，前面浇筑的混凝土初凝造成施工冷缝。混凝土强度形成期出现扰动。（7）混凝土内外温差过大产生温度裂缝。养护时间不足，没有达到规范强度拆模，使混凝土提前受力而开裂。（8）没有防水板的情况下，初支表面干燥且变形已稳定，对新浇混凝土形成约束，新旧混凝土变形不同步引起开裂。（9）混凝土对钢筋握裹力不足导致受力不同步，钢筋保护层过大或过小，导致衬砌混凝土出现开裂。（10）地质条件变化处，不同衬砌类型交界处没有设置沉降缝。仰拱和衬砌沉降缝不在同一断面内，衬砌不均匀沉降而开裂。（11）二次注浆压力过大，浆液中膨胀剂掺量过大引起衬砌混凝土开裂。（12）衬砌安全步距太小，掌子面爆破对衬砌多次扰动造成开裂。
1.5其他
地震、泥石流、山体滑坡等不良地质灾害导致隧道衬砌开裂变形。人为的开山采石造成山体稳定性破坏或造成偏压使衬砌受力变化导致开裂。隧道开挖引起的水系变化造成围岩应力重新分配，导致衬砌混凝土开裂。
2隧道衬砌砼开裂的预防对策
（1）地质勘察力求详细，准确。重视设计前的地质勘察工作，强化地勘阶段对隧道地区的围岩、地下水、不良地质等因素的调查和勘察工作，准确掌握隧道穿越区域的地质情况，再结合经验选择支护参数和进行针对性设计，确保衬砌结构的承载能力满足要求。
（2）优化设计模型，提高设计针对性。结合前期的地勘资料，对可能出现的各种不利影响进行组合，找出最不利组合，再进行针对性设计。充分考虑隧道施工过程中的动态受力情况，对设计模型进行调整和优化，追求设计计算与实际施工过程中荷载变化的一致性。提高施工过程围岩辨识，发现与设计不一致时提请变更设计。
（3）严控混凝土质量。加强原材料质量管控，做好水泥、粗细骨料、外加剂和施工用水质量检测，其中水泥的水化热、稳定性、粗细骨料含泥量和含碱量、水泥与外加剂相容性、氯离子含量等是管控的重点。严格执行混凝土施工配合比，定期校准拌和站计量设备。按测定的粗细骨料含水率及时调整施工配合比。在保证混凝土强度的原则下，通过增添外加剂改善混凝土性能。加强混凝土运输过程管控，严禁私自加水，不合格的混凝土严禁使用。
（4）加强施工工艺管控。①推广光爆和导爆索爆破，提高爆破钻眼和装药精度，保证开挖轮廓线型平顺。
明显超欠挖部位进行凿除或补喷，岩石完整，石质坚硬时，个别突出部分（每1㎡不大于0.1㎡）欠挖不应大于5cm。②加强监控量工作，采集的数据及时分析，确认初支稳定后方可施做衬砌。初支未稳前施工衬砌时，需对初支进行加固，有必要时提请设计单位调整衬砌施工参数。③对基岩面松动石块或喷砼进行清理或加固，杜绝软弱夹层。④保证仰拱开挖深度，基底虚渣清理干净，不得有积水和淤泥，仰拱软弱部位进行加固或提请变更设计，避免出现不均因沉降。⑤初支表面平整度应符合D/L≦1/10（D为初支基面相邻两凸面凹进去的深度；L为基面相邻两凸面间的距离，且L≦1m）。按照规范要求布设防水板固定点，凹面部位适当加密。⑥分层、分仓浇筑，振捣，不得漏振，过振。左右侧混凝土高差不能超过50cm，台车前后混凝土高差不能超过0.6m，混凝土最大下落高度不能超过2m。⑦混凝土内外温差控制在规范要求范围内。养护时间满足强度要求，气温低于5℃时不得洒水养护。⑧初支稳定后施工的，拆模混凝土强度应达到8MPa;初支稳定前施工的，拆模混凝土强度应达到设计的100%。⑨没有防水板的情况下，要对初支面进行洒水湿润或设置滑动层，减少初支对衬砌混凝土的约束。
（5）加强施工过程管控。①加强对钢筋表观质量控制，提高混凝土对钢筋的握裹力。通过设置垫块或定位钢筋，控制钢筋保护层厚度。②根据设计图纸和现场实际设置沉降缝，保证仰拱和衬砌沉降缝在同一断面。③注浆浆液中合理添加膨胀剂，控制注浆压力，注浆压力达到0.2MPa或排气孔出浆时，即可结束注浆，推荐采用隧道衬砌带模注浆工艺。④合理组织施工，控制衬砌安全步距。⑤拌合机加强日常保养，泵车，运输车辆都要备用，确保混凝土供应顺利。
3隧道衬砌砼开裂的处治对策
衬砌砼裂缝处治前，先对开裂情况进行调查，并观测裂缝发展，根据检测结果、结构受力影响程度和裂缝渗水情况进行综合评估，在裂缝发展情况稳定以后，采取针对性的处治对策。
3.1不影响结构受力的非结构裂缝
（1）浅表裂缝处治。对于宽度＜1mm且长度小于5m的裂缝，可采用沿缝针管注浆封堵处理，沿缝表面涂刷环氧树脂封闭。除针管注浆封堵外，还可以涂刷高性能环氧胶泥材料进行封闭。把裂缝两边各10cm范围内衬砌表面洗刷干净并清除松动混凝土块；沿裂缝走向在两侧各10cm范围内的衬砌表面涂刷两次渗透性材料，涂刷时间间隔20~40分钟，使之渗透，粘结紧密；涂抹三次环氧胶泥，涂抹间隔60分钟左右，保证环氧胶泥深入缺陷内部，与既有砼粘结密实，涂抹环氧胶泥时洞内温度不低于5℃。
（2）宽深裂缝处治。①对于宽度＜1mm且长度大于5m的裂缝，以及宽度大于1mm且小于5mm的裂缝，采用沿缝凿孔压浆封堵处理。沿裂缝凿楔形孔，孔口宽视裂缝大小为5~10cm（一般为缝宽+4cm），孔底宽大于孔口宽，孔深8cm，孔应正对裂缝，凿孔间距30~50cm，冲洗干净后埋入ф10塑料管，注浆管外露8~10cm以便连接注浆设备，缝宽两侧各10cm范围洗刷干净并清理松动砼块后用环氧树脂封缝。先做压水试验，确定参数后，由裂缝两端向中部注浆，设集中排水孔并对其封闭时，在相邻两孔注浆后，顶水注浆。浆液终凝后，清理外露部分，以环氧树脂将孔口抹平，待其凝固后沿缝涂环氧树脂一遍。②宽度大于5mm的裂缝采用沿缝凿槽，压浆封堵后用环氧砂浆嵌补。沿裂缝长度方向凿倒梯形槽，槽口宽视裂缝大小为5~10cm（一般为缝宽+4cm），槽底宽度大于槽口宽，槽深8cm，正对缝按间距30~50cm布置注浆管并用环氧砂浆封闭嵌缝槽，材料按填充槽深一半考虑。做压水试验，确定参数后，由裂缝两端向中部注浆，设集中排水孔并对其封闭时，在相邻两孔注浆后，顶水注浆。待浆液终凝后，割除外露部分，沿缝采用环氧砂浆压实嵌缝，待其固结后沿缝涂环氧树脂一遍。
（3）注浆材料：无水裂缝采用环氧浆液，有水裂缝采用水溶性聚氨酯浆液。
（4）注浆压力根据裂缝大小、衬砌质量等，综合确定为0.2~0.6MPa,一般不超过压水试验压力即0.4MPa左右。
3.2影响结构受力的非结构裂缝
对于影响衬砌结构受力的非结构裂缝的整治，根据裂缝受力分析后单独制定处理措施，需进行专业结构受力计算并分析原因后，方可制定处理措施。
3.3结构裂缝
整治前应对裂缝进行观测，分析裂缝形成原因，待裂缝发展稳定后，再针对结构裂缝进行整治。深层结构裂缝形成原因复杂，需结合实际情况进行单独设计。
4结语
隧道衬砌砼开裂不仅影响衬砌结构承载能力、使用耐久性，且处治难度大，若处理不当还会适得其反。因此对开裂原因分析，并采取有效的预防措施，根据开裂的宽度、长度、是否渗水等情况综合考虑，采取有效的处治措施，双管齐下才能保证衬砌的施工质量、承载力和耐久性。
参考文献
[1]张为民.甘塔斯隧道衬砌开裂原因探究[J].铁道建筑技术,2017(08):80-83.
[2]杨明举,黄景林.隧道衬砌开裂探析及处治措施[J].公路,2014,59(08):304-307.
[3]铁路隧道工程施工质量验收标准（TB 10417-2018）
[4]高速铁路隧道工程施工技术规程（Q/CR 9604-2015）