高速铁路隧道衬砌裂缝病害整治技术

摘要： 本文就高速铁路隧道衬砌裂缝的成因、扩展规律进行分析，并提出了其防治措施和施工工艺。

abstract： this paper analyzes the causes and propagation law of high-speed railway tunnel lining cracks， and presents its prevention and control measures and the construction technology.

关键词： 衬砌裂缝；成因分析；扩展规律；整治措施；施工工艺

key words： lining cracks；cause analysis；propagation law；remediation measures；construction technology

中图分类号：u459.1 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）20-0127-02

1 隧道衬砌裂缝病害成因分析和扩展规律

当隧道两侧的外围覆土厚度不同或者不均匀时，产生的（地形）偏压导致隧道两侧的衬砌结构承受不对称的围岩压力。在此种情况下，隧道两侧的衬砌拱腰位置会出现数条间距在0.25m左右，深度在10cm左右的裂缝，而且在隧道覆土较深衬砌位置的裂缝数量、深度均高于隧道覆土较浅的衬砌位置。裂缝的分布情况是造成衬砌变形的直接原因，在上述条件下，一般会在覆土较深的衬砌拱腰部位发生结构的最大变形，拱腰部位也是裂缝分布数量最多、深度最深、间距最密的位置。

当隧道穿过节理裂隙或者某一侧靠近地质断层、破碎带时，使隧道局部位置承受较大的主动围岩荷载，产生的（地质）偏压导致隧道两侧的衬砌结构承受不对称的围岩压力。在此种情况下，隧道一侧会产生比其它位置大的结构变形并造成裂缝的产生。靠近节理、裂隙或者侧断层围岩主动荷载大小、倾角不同会直接导致衬砌变形和裂缝分布的不同。在荷载逐渐增大的情况下，裂缝产生的情况是：首先是靠近节理、裂隙和侧断层衬砌部位产生裂缝；然后是当荷载大小超过一定值时，裂缝向隧道无节理、裂隙和侧断层的部位发展。而荷载倾角的作用正好相反，在荷载倾角小于45°时，隧道无节理、裂隙和侧断层的部位会产生裂缝，在荷载倾角大于45°时，靠近节理、裂隙或者侧断层的部位会产生裂缝。

当隧道衬砌背后有空洞存在时，该位置会产生凸向围岩一侧的自由变形，同时空洞部位的衬砌裂缝分布集中。空洞的大小是决定裂缝数量和深度的直接因素，空洞的尺寸越大，衬砌结构发生变形的区域就越大，裂缝的数量和深度就越高，使该位置的混凝土劣化严重，可能产生混凝土掉块的现象。空洞处于不同位置产生的影响不同，在空洞处于隧道拱顶时，除了衬砌结构会产生裂缝外，隧道的左右两侧墙角也会产生裂缝；在空洞处于隧道右侧衬砌拱腰时，隧道右侧衬砌拱腰、隧道左侧墙角、过渡部位、隧道右侧仰拱部位都会产生裂缝；在空洞处于右侧边墙时，裂缝只会产生于空洞位置。 当隧道衬砌拱顶部位厚度不够时，导致拱顶衬砌结构变形大于其它位置衬砌结构变形。在拱顶厚度为原有设计厚度的90%时，该位

置会产生数条间距为0.25m左右，深度为7.5cm左右的裂缝；在拱顶厚度为原有设计厚度的80%时，该位置会产生数条间距为0.25m左右，深度为15cm左右的裂缝；在拱顶厚度为原有设计厚度的70%时，裂缝的数量、深度明显增加，间距明显减小，该位置会产生数条间距为0.2m左右，深度最深可达28cm左右的裂缝，甚至可以产生贯穿该部位的衬砌截面。当隧道衬砌拱腰厚度高于原有设计厚度80%时，衬砌结构并不会产生裂缝，但是当其低于原有设计厚度80%时，衬砌结构会产生于拱顶部位相似的裂缝情况。当边墙部位的厚度低于原有设计厚度的90%时，会产生会拱顶部位相似的裂缝情况并且在隧道的过渡段也会出现裂缝现象。

高速铁路隧道衬砌结构的裂缝扩展过程可分为三个阶段，前期迅速扩展阶段，中期缓慢扩展阶段，后期加速扩展阶段。其中，随着裂缝的扩展进程，已有裂缝部位的周围也会产生新的裂缝，新裂缝会朝着混凝土中薄弱的位置进行扩展，并且和已产生的混凝土裂缝贯通、结合、扩展，造成混凝土的宏观破坏。另外，当列车高速通过隧道时，引起的空气压力波动会增加裂缝尖端的应力强度因子，加剧裂缝的扩展速度，可能会造成衬砌混凝土结构瞬间失稳断裂，最终导致裂缝贯穿衬砌截面，造成隧道的局部变形、失衡垮塌等安全事故。

2 隧道衬砌裂缝整治措施和施工工艺

目前，高速铁路隧道裂缝的整治措施可总结为加强衬砌自身强度和提高围岩稳定性两种。单独使用其中一种措施，已经能在一定程

度上控制结构变形、抑制裂缝产生，但是同时釆取两种措施则有更佳的效果。实践中对于高速铁路隧道衬砌裂缝的防治一般会采用锚杆加固、碳纤维加固、骑缝注浆、凿槽嵌补、直接涂抹工艺的中一种或数种相结合的措施。下面以裂缝的开裂情况分类说明其施工工艺。

2.1 一般或轻微裂缝部位 第一步是向衬砌后背位置进行控制压力注浆；第二步是在裂缝延伸范围内凿出楔形槽，槽深约为8cm，里口宽约8cm，外口宽约6cm，第三步是用钢丝刷刷洗或高压水冲洗等方法将槽内清洗干净；最后用由环氧树脂、磷苯二甲酸二丁脂、丙酮、乙二胺配制成配合比为1∶0.1∶0.12∶0.05的环氧基液进行槽壁涂刷，用配合比为水泥∶砂子=1∶2的200#膨胀水泥砂浆作为槽内嵌衬（注意事项：水泥砂浆中必须以jp型膨胀剂掺和料，其掺量为水泥重量的10%左右）。

2.2 较严重裂缝部位（局部衬砌混凝土肃落） 此种情况下一般采用锚杆、布钢筋网、喷射混凝土和灌注细石膨胀混凝土等加固方法。具体步骤如下：第一步是向拱后背位置进行控制压力注浆，注浆孔间距为1.0m×1.0m左右，按梅花形布置，注浆压力控制在0.5～1.0mpa左右；第二步是凿除原混凝土厚度14cm左右，用钢丝刷刷洗或高压水冲洗等方法将凿毛清洗干净；第三步是施作砂浆锚杆，其间距在1.0m×1.0m左右，锚杆为ф22mm，长2.5m；第四步是布设钢筋网，网格间距20cm×20cm，环向主筋为ф12/16mm，纵向连接钢筋为ф8mm，并且将网格与锚杆焊接成整体；最后是喷射200#

混凝土厚6cm，并灌注6cm厚细石膨胀混凝土即可。

2.3 严重裂缝部位 虽然原有衬砌开裂严重，但其结构变形不大，尚未完全丧失承载能力和稳定性。因此采用钢架、网喷混凝土来加强原衬砌稳定并控制裂缝的扩展。具体步骤如下：第一步是向拱后背位置进行控制压力注浆，保证衬砌混凝土与岩层的粘结性，改善衬砌混凝土的受力情况，控制裂缝的扩展趋势。因为隧道各部分的岩性、节理、渗透系数、扩散半径均存在差异。在综合考虑各种因素之后，确定注浆孔间距2.0m×2.0m，梅花形布置，注浆压力控制在0.5～1.0mpa（防止压力过高，造成原裂缝扩大或产生新的裂损）。注浆采用配合比为1∶1的水泥砂浆，压浆遵循“由下至上，先稀后稠”的原则。在施工过程中，须指定专人对布孔进行编号、记录压浆量、压力、部位等工作。压浆材料使用425#普通硅酸盐水泥和细砂。第二步是对裂缝部位凿除混凝土厚14cm，并对裂缝延伸位置凿出楔形槽（槽宽不大于8cm，槽深深于裂缝深度），用钢丝刷刷洗或高压水冲洗等方法将槽内冲洗干净；第三步是施作砂浆锚杆。锚杆间距1.0m×1.0m，梅花形布置，锚杆ф22mm，杆长3.0m；第四步是布设钢管钢架。钢管直径580mm，管内灌注200#水泥砂浆，以增强其刚度，钢架之间用ф22mm钢筋连结（间距为1.0m即可）焊牢；第五步是布设钢筋网，网格间距25cm×25cm左右，并与锚杆、钢架连接成整体，网格环向筋ф20mm，纵向筋ф8mm；最后则是混凝土作业，即加固层厚16cm，向其中喷射200#混凝土厚10cm左右，为增强外表美观效果，可在其表面灌注6cm厚的200#细石膨胀混凝

土即可。 3 结语

因为设计、施工、地质等方面综合因素，高速铁路隧道的衬砌裂缝病害现象时有发生，首先，必须防患于未然，即在施工过程中必须严格按照设计强度、设计图纸施工，另外必须加强施工的监督、检查工作的力度，确保工程的施工质量达到预期要求。然后在发现衬砌裂缝病害时必须及时处理，其整治措施需结合隧道的实际情况选择合理的施工工艺。最后，衬砌裂缝病害的整治是一种综合性的技术，其在科学技术日新月异的更新下会取得长足的发展。 参考文献：

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