隧道襯砌裂損及其防治

前言：作為地下工程的重點(diǎn)項(xiàng)目隧道工程，由于其復(fù)雜性，難維修與難管理，質(zhì)量問題一直困擾著廣大工程技術(shù)人員和科研工作者。本文先對運(yùn)營隧道襯砌裂損進(jìn)行相關(guān)分析，主要對隧道襯砌裂損問題闡述了作者的對策。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的逐步加強(qiáng)，中國已經(jīng)成為世界上隧道工程數(shù)量最多、發(fā)展最快的國家。作為交通運(yùn)輸?shù)难屎?，運(yùn)營隧道結(jié)構(gòu)的安全狀況影響著客貨運(yùn)輸?shù)男б婕鞍踩?。但是，由于水害、凍害、不良地質(zhì)及襯砌材料侵蝕等原因，運(yùn)營隧道的襯砌混凝土出現(xiàn)開裂、變形、疏松、剝落、掉塊等現(xiàn)象，降低了襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力，縮短了使用壽命，甚至導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、遭到破壞。如何對運(yùn)營隧道進(jìn)行健康診斷、病害與災(zāi)害的預(yù)防和控制就顯得極為重要。本文主要針對運(yùn)營隧道襯砌裂損病害及其防治措施進(jìn)行分析。襯砌裂損的類型隧道襯砌裂損的類型主要有襯砌變形、襯砌移動、襯砌開裂3種。

襯砌變形襯砌變形有橫向變形和縱向變形兩種，其中橫向變形是主要變形。橫向變形是指襯砌由于受力原因而引起拱軸形狀的改變。

襯砌移動襯砌移動是指襯砌的整體或其中一部分出現(xiàn)轉(zhuǎn)動、平移和下沉等變化，也有縱向和橫向之分。

襯砌開裂襯砌開裂是指襯砌表面出現(xiàn)裂紋、裂縫或貫通襯砌全部厚度的裂紋的總稱，是襯砌變形的結(jié)果。襯砌開裂包括張裂、壓潰和錯臺3種：

①張裂。張裂是彎曲受拉和偏心受拉引起的裂損。②壓潰。壓潰是彎曲或偏心受壓引起的襯砌裂損。③錯臺。錯臺是由剪切力引起的裂縫，裂縫寬度在表面至深處大致相同。襯砌裂損的防治措施襯砌裂縫的防治原則防治襯砌裂損病害首先要消滅已有的襯砌裂損帶來的對結(jié)構(gòu)及運(yùn)營的一切危害，并防止裂損再加大。其次是采用以穩(wěn)固圍巖為主，穩(wěn)固圍巖與加固襯砌相結(jié)合的綜合治理措施。穩(wěn)固巖體的工程措施

治水穩(wěn)固巖體地下水的浸泡與活動對各種圍巖的穩(wěn)定性削弱最大。通過疏干圍巖含水，并采取相應(yīng)治水措施是穩(wěn)固巖體的根本措施之一。

錨桿加固巖體對較好的巖體，自襯砌內(nèi)側(cè)向圍巖內(nèi)打入一定數(shù)量和深度(3m~5m)的金屬錨桿、砂漿錨桿，可以把不穩(wěn)定的巖塊固定在穩(wěn)定的巖體上，提高破損圍巖的黏結(jié)力，形成一定厚度的承載拱；在水平層狀的巖石中把數(shù)層巖層串聯(lián)成一個組合梁，與襯砌共同承受外荷載。對松散破損的巖體采用錨桿加固不僅可以有效地控制巖體的變形和提高其穩(wěn)定性，而且可以使巖體對襯砌的壓力大小和分布圖形產(chǎn)生有利的轉(zhuǎn)化。

注漿加固巖體通過向破損松動的巖體壓入水泥漿液和其他化學(xué)漿液(如鉻木素、聚氨酯等)加固圍巖，疏散地下水對圍巖的浸泡與滲入襯砌，使襯砌背后形成一個1m~4m厚的人工固結(jié)圈，就能有效地穩(wěn)固巖體，防止地下水的滲入，甚至使作用在襯砌上的地層壓力大小和分布圖形產(chǎn)生有利的轉(zhuǎn)化，有利于襯砌結(jié)構(gòu)的受力和防水。

支擋加固巖體對靠山、沿河偏壓隧道或滑坡地帶，除治水穩(wěn)固山體外，尚可采取支擋措施，包括設(shè)支擋墻、錨固沉井、錨固鉆(挖)孔樁等來預(yù)防山體失穩(wěn)與滑坡，這種工程措施只能用于洞外防治。

回填與換填如果襯砌外周圍存在著各種大小的空隙(如超挖而沒有回填等)，不僅使地層壓力分布圖形產(chǎn)生不利影響，而且使得襯砌結(jié)構(gòu)失去周邊的有利支撐條件，不能使襯砌的承載能力得到更大的發(fā)揮。此時應(yīng)采取回填措施，用砂漿或混凝土將圍巖空隙回填密實(shí)。如果隧底存在厚度不大的軟弱不穩(wěn)定的巖體或有不穩(wěn)定的充填物，可以采取換填辦法處理襯砌更換與加固已裂損的襯砌一般均有相當(dāng)大的支護(hù)潛力，可以充分利用，僅在沒有加固條件或經(jīng)濟(jì)上不合理的情況下，或者根據(jù)長遠(yuǎn)技術(shù)改造規(guī)劃的要求才采用更換襯砌的辦法。加固工程的主要方法如下。

壓漿與加固①圬工體內(nèi)壓漿。襯砌裂損發(fā)展非常緩慢或者已呈穩(wěn)定時，可以進(jìn)行圬工體內(nèi)壓漿，一般以壓環(huán)氧樹脂漿為主，并選擇在無水季節(jié)施工。②襯砌背后壓漿加固。主要是針對襯砌的外鼓和整體側(cè)移。在拱后壓漿增加拱的約束可以提高襯砌剛度和穩(wěn)定性。一般可以局部應(yīng)用，主要在發(fā)生外鼓變形的部位使用。如果襯砌同時存在外鼓與內(nèi)鼓部位，首先采取臨時措施控制內(nèi)鼓繼續(xù)變形，然后在外鼓變形的部位壓漿加固之后再對內(nèi)鼓采取加固措施，最好再對全斷面進(jìn)行整體加固。

嵌補(bǔ)加固對已呈穩(wěn)定、暫不發(fā)展的裂隙，如果不能采取壓漿加固者可以采取嵌補(bǔ)，即將裂縫修鑿剔深，在縫口處用水泥漿、環(huán)氧樹脂砂漿或環(huán)氧樹脂混凝土進(jìn)行嵌補(bǔ)。對發(fā)展較快的裂損，為確保安全，可以采取鋼拱架臨時加固，只加固拱部時用上部拱架加固，拱架腳可以嵌入墻頂或支撐于埋在墻頂?shù)呐Ｍ壬?，并加縱向連接。如果要全斷面加固則可用長腿鋼拱架。為了增加縱向抗彎能力，支撐縱向應(yīng)加強(qiáng)連接，如果隧道內(nèi)部凈空條件不足，鋼拱架可以部分或全部嵌入被加固的圬工體內(nèi)，并在鋼拱架之間再加縱向連接，然后灌注混凝土，做成薄套拱形。此法在襯砌厚度太薄或襯砌嚴(yán)重破損碎裂時不能采用。

噴錨加固裂損襯砌的所有內(nèi)鼓變形和內(nèi)向移動的裂損部位，采用(預(yù)應(yīng)力)錨桿加固巖體是有效的，此時錨桿既可沿內(nèi)緣張裂紋的走向兩邊布置，做局部加固，也可做全斷面加固，將襯砌與巖體嵌固在一起，形成一個均勻壓縮帶，以增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。采用此法時應(yīng)檢查襯砌厚度、背后超挖回填及圍巖整體性情況。錨桿的設(shè)置應(yīng)在襯砌的背后壓漿后兩個星期進(jìn)行。錨桿的錨固段應(yīng)設(shè)在穩(wěn)定圍巖中。對于襯砌上的裂紋及時嵌填。噴混凝土可以使所有已裂損的圬工塊體緊密結(jié)合，阻止這些塊體的松動，同時在噴射壓力作用下嵌入裂縫內(nèi)一定深度，使裂縫重新閉合，增強(qiáng)裂損襯砌的整體性，較大幅度的提供裂損襯砌的承載能力，達(dá)到加固的目的。必要時也可以在噴層中加入鋼筋網(wǎng)，用于防止收縮裂紋，提高加固結(jié)構(gòu)的整體性和抗震、抗沖切能力。噴錨加固是較為常用的加固襯砌裂損的措施。

套拱加固果混凝土質(zhì)量差，厚度不夠，或受機(jī)車煤煙侵蝕，掉塊剝落嚴(yán)重，并且拱頂凈空有富余時，可對襯砌拱部加筑套拱或全斷面加筑套拱。如果隧道內(nèi)凈空條件不足，可以采用落道套拱的辦法。套拱與原襯砌間用Ф16mm~18mm的鋼筋釬釘錨接，釬釘埋入原拱20cm左右作為鋼筋的生根處。套拱中的主筋也可用鋼拱架、格柵來代替，其間距為50cm~80cm，縱向用拉桿焊接。套拱用強(qiáng)度等級不低于C20的混凝土灌注，其厚度為20cm~30cm。套拱拆模后要進(jìn)行壓漿，以填充其背后空隙，使新舊拱圈連成整體。當(dāng)拱部灌注混凝土難度較大時，可以采用噴混凝土、網(wǎng)噴混凝土和噴鋼纖維混凝土進(jìn)行加固。事實(shí)上，套拱加固已日益被噴錨加固所代替。

更換襯砌拱部襯砌破壞嚴(yán)重，已喪失承載能力，用其他防治補(bǔ)強(qiáng)手段難以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，或者襯砌嚴(yán)重侵入限界，采用其他防治措施有困難時，可采用全拱更