公路隧道衬砌裂缝成因及治理方法

公路隧道衬砌裂缝成因及治理方法

王威

中国葛洲坝集团勘测设计有限公司 ， 湖北省武汉市   430073

摘要：。近年来，我国公路隧道规模不断增加，并且在公路建设当中角色越来越凸显。同时公路隧道受工程地质、水文地质及自然因素等条件的影响，导致隧道在运营过程中各种病害开始不断暴露。根据调查统计，隧道病害中衬砌渗漏水病害较为常见，而且造成的危害非常大，已经引起越来越多相关学者的关注。以伊犁G217线K730+577玉希莫勒盖隧道提质升级改造项目为例，通过现场调查，结合现场检测结果，探讨公路隧道衬砌渗漏水病害的成因;并且探讨隧道衬砌注浆技术在实际工程中的应用，为今后的公路隧道衬砌渗漏水病害处治提供参考。

关键词：公路隧道；衬砌；裂缝；成因；治理

引言

高速公路在运营过程中会受到地质条件、环境因素、车辆载荷等多种因素的影响，容易产生不同类型的路面裂缝病害，这些裂缝病害会对高速公路路面的正常使用造成较大影响。在实际应用过程中需要仔细分析沥青路面裂缝的类型和原因，在此基础上采取针对性的措施进行治理和养护，确保高速公路的正常使用，延长其使用寿命。

1衬砌裂缝类型

衬砌裂缝是由于隧道施工中水化热反应后受隧道外土体等外力导致的，其主要的表现形态可分为：弯曲受压裂缝、剪切裂缝以及拉裂缝。针对上述三点表现形式的具体判断依据如下。（1）弯曲受压裂缝一般情况下会出现在隧道的拱顶部分，主要形成原因为该部分的混凝土长时间受到外力的挤压作用，导致混凝土的负载过大，在达到一定数值时，即会产生弯曲受压裂缝。此裂缝的形态通常为“V”形。（2）剪切裂缝一般情况下会出现在隧道的拱腰部分，主要形成原因为该部分的衬砌混凝土长时间受到剪力的作用，长期处于疲惫状态下，在达到其最大承受范围后，会发生深陷等位移后产生的，导致其裂缝的形态通常为“X”形。结合以往研究表明，此种裂缝的发生往往与围岩的最大承载力低有直接关系。（3）拉裂缝一般情况下会出现在隧道的外侧部分，主要形成原因为该部分的衬砌混凝土在外界环境的影响下，经常会出现冷热不均的现象，由于热胀冷缩的原理，导致该部分的衬砌混凝土出现裂缝。尤其针对衬砌混凝土的内部，由于其内部组织紧密相连，而外部在冬季寒冷的情况下外壁气温低，因此导致衬砌混凝土外部的抗拉强度远低于衬砌混凝土内部的抗拉强度，致使其出现拉裂缝的现象。拉裂缝在冬季寒冷地区出现的概率极高，在冬季温暖地区出现的概率并不高。

2公路隧道衬砌裂缝成因及治理方法

2.1隧道衬砌裂缝的开裂模式

原则上隧道衬砌裂缝是某种单一型或者复合形式组合的裂缝。工程经验表明，纵向裂缝对隧道结构安全性的影响是最大的，而该地区纵向裂缝的数量所占比例高达61．46%。斜向裂缝对结构的安全性影响仅次于纵向裂缝，它一般是由滑坡，岩层的走向和节理等原因造成的，成因较为复杂，而该地区斜向裂缝所占比例较小，仅为4．69%。环向裂缝对隧道结构安全性的影响不大，它一般是由纵向不均匀围压和施工缝处理不当等因素导致的。因此，本文针对隧道结构安全性影响最大的纵向裂缝，采用平面应变模型进行研究分析，而隧道衬砌结构中只有拱顶存在单条纵向裂缝且在对称的荷载和几何条件下属于Ⅰ型裂缝外，其余隧道二衬的纵向裂缝可以认为是平面应变状态下的ⅠⅡ复合型裂缝。

2.2贴缝

当路面裂缝病害比较轻微，裂缝单一，无支缝发生，缝宽不超过10mm时可以采取贴缝方式进行裂缝处治。贴缝带一般由沥青基的高分子聚合物、高强抗材料、耐高温材料复合而成。根据贴缝材料不同可分为热粘式贴缝带和自粘式贴缝带，施工工艺都相对简单，即对路面裂缝基面进行清理干净后，沿裂缝走向粘贴封闭即可。对于裂缝宽度小于5mm的，可直接粘贴；宽度大于5mm的严重裂缝应采用沥青灌缝后再粘贴。两种贴缝带的区别在于热贴式贴缝带需要对贴缝带和路面裂缝采用喷枪加热处理，而自粘式贴缝带可以直接粘贴。施工时贴缝带略长于路面裂缝，贴缝带粘贴后应与路面贴合紧密，无空鼓翘曲。由于此种裂缝处治方式工艺简单，施工便捷，交通恢复快，在近些年沥青路面裂缝处治中被广泛使用^[1]。

2.3灌浆法

采用灌浆法进行裂缝处理时，尤其要注重灌浆材料的选择。当前多使用环氧树脂类、甲基丙烯酸甲酯、丙凝、水溶聚氨酯等材料，这些材料的性能各有其特点，在进行裂缝处理时应根据具体需求来选择。比如，贵州省毕节市碧阳二道东环桥，中心K0+756.159，设计为2m×24.96m预制箱梁桥，1~3号墩，墩高8.4m，因工期较紧，水泥直接入罐用于混凝土搅拌，混凝土浇筑后2.5h，模板表面测温达53.4℃，现场采用了浇水降温的方法，但拆模3d后，在中系梁下部2m范围内出现了斜向不连续裂缝，部分形成环向龟裂，此情况就可以采用灌浆处理法。进行灌浆处理时，可以选用压力灌浆的方式，将前期所配备好的浆液用压力注入裂缝中，注入的过程中注意对压力的控制。

2.4扩缝灌浆法

扩缝灌浆法适用于局部裂口较宽的裂缝，技术人员应当先用冲击钻将裂缝阔成1．5cm左右的沟槽，然后用压缩空气将碎屑冲刷干净，并填入直径0．5cm做哟的清洁小石粒，用灌浆材料对填好的裂缝进行灌浆，最后用远红外灯加热3h就可以通车，灌浆材料的选择应当视修补材料而定^[2]。

2.5规范混凝土施工工艺流程

严格按照设计文件中的比例，进行混凝土拌和施工，必须精准检测混凝土的水胶比，通过改变混凝土的用水量，能够打破混凝土的动态平衡，同时改变混凝土骨料用量，并在此配合比的基础上，允许水胶比在±0.03之间浮动，不影响混凝土的力学性能。在公路隧道基底部分，通过混凝土灌入黏结剂加固处理公路隧道基底部分。混凝土施工的具体流程为：首先，可采用的混凝土黏结剂主要包括：异氨酸酯以及固化处理后的多元醇材料，利用材料的聚合反应，并混合在密闭的包装物中。在施工时，将盛放包装物的容器打开，迅速分散介质，待反应完成后，采用直接灌入或钻孔灌入的方式，填充到公路隧道基底部分中，通过在基底中产生的聚合反应，形成网状的分子聚合物，从而完成对公路隧道基底的加固处理。同时，在实际应用时应注意，保证施工的清洁，在灌入前要将杂物清理干净。基层处理完成之后，在混凝土底层涂刷一层树脂胶水^[3]。

2.6灌缝

当路面集中出现较多的裂缝，裂缝边缘轮廓清晰，裂缝宽度小于20mm时可以采取灌缝方式进行裂缝处治。通过对路面裂缝开缝、清缝，采用灌缝设备将加热后的热熔型高分子聚合物密封胶或改性沥青灌入裂缝中，达到封闭防水的处治效果。施工时应注意：①根据裂缝实际情况确定开缝尺寸，开缝深度应大于等于开缝宽度；②清缝时采用高压气流清除缝内的杂物以及松动的骨料；③灌缝一定要连续、饱满，灌缝材料略高于路面。此种处治方式工艺成熟，对裂缝宽度稍宽的裂缝病害处治效果相对较好^[4]。

结束语

混凝土路面开裂会影响美观、缩短公路使用寿命，甚至威胁人们的出行安全。相关公路施工单位应当加强对混凝土路面开裂的原因分析，采取严格控制基层标高和平整度、质检员加强对原材料的监控、添加减水抗裂剂或其他外加剂、按照国家标准进行科学的施工方案设计等措施，有效防止混凝土路面的开裂，提高我国公路建设质量，促进交通运输行业的全面发展^[5]。

参考文献：

[1]闫平.探讨高速公路沥青路面裂缝处治技术管理[J].低碳世界,2021,11(09):193-194.

[2]孙晓飞.公路隧道衬砌渗漏水病害处治技术探讨[J].北方交通,2021(09):78-80.

[3]张云飞.公路隧道衬砌裂缝成因及治理方法[J].交通世界,2021(26):154-155.

[4]宋运超.高速公路桥隧混凝土工程施工技术管理措施[J].四川水泥,2021(09):18-19.

[5]赵伟,黄瑞,曾彬,彭念,寇鸿斌.公路隧道衬砌裂缝稳定性的多因素影响分析[J].地下空间与工程学报,2021,17(S1):419-425.