隧道衬砌结构常见的裂损问题以及防治方法分析

李 勇

(1.西南交通大学，四川 成都 610000； 2.中铁城市发展投资集团有限公司，四川 成都 610000)



·桥梁·隧道·

隧道衬砌结构常见的裂损问题以及防治方法分析

李 勇1,2

(1.西南交通大学，四川 成都 610000； 2.中铁城市发展投资集团有限公司，四川 成都 610000)

简述了隧道衬砌裂损缺陷的类型，基于隧道衬砌裂损的防治原则，从嵌补、锚杆、增加套拱等方面，介绍了一些常用的隧道衬砌加固措施，旨在确保隧道的正常运营。

隧道，裂损缺陷，加固措施，岩体

随着我国基础建设要求的不断提高，基础设施的建设进一步完备，我国的隧道也得到了空前的发展。目前，我国已经成为了世界上拥有隧道最多的国家，而且发展速度遥遥领先。隧道已经成为城市中最重要的出行设施，客流量不断上涨，可以预见，如果在这种情况下隧道发生问题，那么就会造成相当严重的生命和财产损失。最近，很多技术人员和研究人员发现，在施工以及运营过程中，隧道会由于周边环境的影响，水体、冻害还有不良地质的侵蚀，逐渐发生开裂、变形等问题，承载能力下降，使用寿命下降，安全不能保证，甚至可能出现坍塌的危险，对隧道裂损进行分析与防治迫在眉睫，因此本文针对隧道存在裂损情况以及如何进行防治进行了研究。

1 隧道衬砌裂损缺陷的分类

根据统计，按照隧道衬砌不同的裂损现象特征，将隧道衬砌的裂损分为三种类型。第一种裂损类型是隧道衬砌变形。这主要是基于隧道受到外力作用产生的结构形变，分为纵向受力变形与横向受力变形两种。纵向变形是由于隧道承受纵向力引起的变形，横向变形是由于横向挤压引起的形变。第二种裂损类型是衬砌的位移。衬砌位移同样也分为两种情况，横向位移与纵向位移，一般是指整个隧道衬砌的整体或者其中一部分结构出现下沉、平移和转动等位置的变化。第三种裂损类型指的是隧道衬砌的开裂。衬砌的开裂是由于衬砌变形造成的结果，表现为在隧道衬砌的表面出现裂纹、裂缝以及裂缝最后导致的结构整体贯穿等。开裂分为张裂、压裂和错台几种。张裂是由于衬砌受到拉力超过混凝土的抗拉导致混凝土结构表面被拉裂从而出现裂缝；压裂是混凝土承担的压力超过极限荷载；错台则是因为结构受到剪力的影响而引起的裂缝，由于剪力是作用在隧道衬砌的整个平面上，就造成结构被劈为两半，结构表面与结构深处的裂缝宽度一样。

2 隧道衬砌出现裂损的防治方法

1)裂损防治原则与岩体加固措施。

隧道衬砌裂损的防治原则要以保证人身安全与生命财产为主，对于已经出现的裂损，要保证裂损情况不会继续发展，消除裂损对衬砌可能造成的危害，采取措施防治裂缝的继续扩大，然后结合采取措施稳定衬砌外部的围岩，将加固围岩与加固衬砌结合起来，共同保证衬砌安全。

想要对岩体进行加固，首先要解决地下水对岩体的加固问题。因为地下水的浸泡对于围岩的安全性影响是最大的，所以在加固之前必须将衬砌周边的地下水疏干，并采取相应的措施。在地下水疏干以后，可以采用锚杆加固的方法对周边岩体进行加固。如果岩体的整体性比较好，可以从衬砌的内部向岩体钉入深度大约为3 m～5 m深的金属锚杆或者砂浆锚杆。这样可以将不太稳定的周边岩体与深处情况稳定的岩体结合在一起，提高岩体的整体性，并形成能够承担更大压力的承载拱，而且通过锚杆可以把水平的不同层的岩体结合形成一个组合梁体，这个组合梁能够分担一部分衬砌受到的荷载。因此采用锚杆加固的方法不仅可以有效地对岩体的变形以及稳定性进行控制，还能够帮助岩体从对衬砌不利的受力状况向有利的受力状况转变，形成新的稳定结构，提高安全性与整体性。如果岩体整体性较差，可以采用注浆加固的方法对岩体进行加固。这种方法是采用加大压力向岩体注入一定量的水泥浆液或者其他化学浆液，将围岩周边的地下水体顶开，然后与破碎的岩体反应生成强度，在隧道衬砌的周围形成一个厚实的水泥固结圈。这个圈可以有效地将水体隔开，也能够增强衬砌的稳定性，防止地下水的再次侵蚀，同时形成受力拱，也可以提高衬砌的抗压强度，使得作用在衬砌上的地层压力大小与受力分布发生变化。

同时除了对岩体进行加固，还可以同时采取对加固岩体进行支挡的方法增强岩体的安全性与稳定性。这主要是针对存在滑坡问题的地段、沿河或者靠山的地段，因此可以都采用锚固沉井、锚固打桩以及增加挡墙等方法对山体的失稳与滑坡进行预防。如果衬砌周围还存在着大小的空隙，也会造成衬砌受力分布不均，而且空隙的存在也会使得衬砌周围的支撑条件恶化，造成受力集中，最终因为集中受力造成衬砌结构部分开裂，降低衬砌的有效承载能力。因此防治的方法就是要对围岩的空隙采取回填的方法均匀围岩的受力情况，可以采用砂浆或者混凝土。如果在隧道的底部存在受力情况较差的软弱地基或者不稳定的填充物，还应当对地基进行换填，提高隧道底部的承载能力。

2)隧道衬砌的加固措施。

一般隧道中的衬砌即使发生裂损的问题，对于其承载能力的影响也不会太大，如果衬砌周边围岩的加固条件不好或者在经济上对加固存在一定问题的情况下也可以采用对隧道衬砌加固的方法提高衬砌本身的安全性，甚至可以更换衬砌。

对于已经稳定的裂缝，可以采用嵌补的方法进行加固，即采用水泥浆、环氧树脂砂浆或者环氧树脂混凝土对混凝土裂缝进行修补。如果裂缝的发展速度较快，可以先设立钢拱架对周边衬砌进行支撑。如果需要对上部衬砌进行加固可以采用钢拱架对上部衬砌进行支撑，如果隧道内部的空间不足，可以在钢拱架上面直接现浇混凝土形成内支撑，增强隧道衬砌的承载能力，这种方法在衬砌的厚度较薄或者衬砌已经严重碎裂的情况下不适用。

如果隧道内部衬砌发生了空鼓或者移动，则可以采用锚杆对于岩体进行加固，锚杆的设置位置可以沿着裂缝的走向在裂缝两边进行布置，对衬砌的局部进行加固，如果情况比较危险也可以做全断面加固，把岩体与衬砌加固结合在一起，形成一个受力均匀的压缩带，提高结构的支撑能力。锚杆的设置应当在喷浆加固以后的两周进行，锚固段设置在围岩当中，采用喷射混凝土把分裂开的岩体重新组合到一起，将裂缝重新闭合，较大幅度地提高围岩的承载能力，提高结构的抗冲切能力。

如果衬砌的混凝土质量较差，混凝土厚度不足，而且受到侵蚀，混凝土表面掉落严重，采用通常的加固方法效果不大，因此在隧道衬砌的内部净空存在富余的情况下可以在衬砌的内部增加套拱或者在隧道全断面增加套拱。在套拱与隧道衬砌之间采用铆钉进行连接，打入衬砌当中大约50 cm，套拱中采用的骨架可以用钢骨架也可以采用同等强度的钢筋所替代，间距设计为大约80 cm，纵向采用拉杆焊接。然后对钢拱架进行混凝土灌注，灌注混凝土强度不低于C20，套拱进行拆模以后再进行压浆，填充后面的空隙，把新拱圈与旧拱圈结合在一起，如果浇筑混凝土难度较大，也可以采用喷射混凝土进行加固。如果衬砌的破坏情况非常严重，承载能力将要丧失，采用加固的方法已经不能够保证衬砌的承载能力的时候，则可以采用全拱进行更换的方法恢复衬砌的承载力，达到彻底根除病害的目的。

3 结语

隧道衬砌在施工与运营当中出现裂损等病害对于隧道的影响是非常大的，如果不及时进行处理与防治，容易造成更大的影响与问题，因此对于隧道裂损进行分类认知，并采取不同的手段进行防治与处理，及时恢复隧道衬砌的承载能力是至关重要的，本文对隧道的问题与防治措施进行了分析与阐述，提出了自己的见解。

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Analysis on common crack problems and prevention methods of tunnel lining structure

Li Yong1,2

(1.SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610000,China； 2.ChinaRailwayUrbanDevelopmentInvestmentGroupLimitedCompany,Chengdu610000,China)

This paper briefly described the type of tunnel lining crack defects, based on the prevention and treatment principle of tunnel lining cracks, from the patching, bolt, cover arch increasing and other aspects, introduced some common tunnel lining reinforcement measures, to ensure the normal operation of tunnel.

tunnel, crack defect, reinforcement measure, rock mass

1009-6825(2017)06-0172-02

2016-12-13

李 勇(1975- )，男，在读工程硕士，高级工程师

U457

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