中铁十四局集团第三工程有限公司 山东省济宁市兖州区 272100
摘要：本文分析了区间隧道衬砌开裂的原因，制定了相应的处理措施，为今后累似工程提供依据、经验。
关键词：城市地铁；暗挖区间隧道；衬砌开裂；原因分析；处理措施
Urban Subway Under ground cut Tunnel Lining cracking Cause analysis and Corresponding Disposal Measures
Zhang Pengshuai
（The No.3 Engineening Co.,Ltd. of China Railway 14th Bureau Group Corporation，Yan’zhou， Shandong 272100，China）
Abstract: This paper analyzes the causes of lining cracking of the interval tunnel, and formulates the corresponding treatment measures to provide basis and experience for the future similar project.
Key words: urban subway; under ground cut tunnel; tunnel lining cracking; cause analysis；disposal measures.
1工程概况
贵阳轨道交通1号线蛮坡站～安云站暗挖区间线路出暗挖车站后，先后下穿尖坡山、市北路、黔灵半山，进入安云路站。本区间隧道整体埋深较大，隧道拱顶埋深38～159m，设计起讫里程为YDK19+415.3～YDK21+263.57，长度1848.27m。全隧采用矿山法施工。
2地质条件
隧道位于贵阳岩溶盆地溶蚀，侵蚀～残丘洼地，河谷地貌区，地形起伏大。地层主要为三叠系下统安顺组（T1a）中风化白云岩、三叠系大冶组（T1d）中风化灰岩以及泥灰夹页岩（Ts）。
按区内地层特性、含水介质特征及地下水动力条件及岩溶发育条件和情况，将场地内地层划分为碳酸盐岩裂隙溶洞含水岩组、基岩裂隙含水岩组和松散孔隙含水岩组。
本区间隧道隧址区大部分地段为可溶性岩分布区，碳酸盐岩分布较广，岩溶地貌较为发育，出现岩溶率约为15%～30%，岩体内主要为溶孔、岩溶管道等，溶洞有无填充或粘土全填充状态，区间隧道岩溶强～中等发育。
3隧道衬砌裂缝情况
YDK19+415.3~YDK19+900段衬砌于2015年12月施工完成。2016年3月检查发现该段二次衬砌中部出现6条裂缝，均为环向通缝裂缝，错动量较小，以小于1mm为主，随后在裂缝两侧各布置9个监控量测点，连续测量4周后，未发现沉降现象后停止监测。
4隧道衬砌裂缝类型
隧道衬砌裂缝类型主要为四种类型：温度裂缝、干缩裂缝、施工缝处裂缝、外力荷载作用裂缝。
1）温度裂缝。隧道衬砌施工时期间混凝土在凝固过程本身为一个散热过程，将产生大量的热量，同时在混凝土内部与外部环境形成一定的温度差，当该温度差存在时就会对混凝土产生一定的影响，即在内外张力超过混凝土内外约束力的情况下，混凝土衬砌产生裂缝。隧道内夏季温度较高，混凝土在高温时处于热胀状态，隧道贯通后随着气流的流通，使隧道内环境温度下降幅度大、速度快。
2）干缩裂缝。隧道衬砌在强度上升过程中，衬砌中含有的水分会随着环境的变化慢慢蒸发而减少，而水泥中凝结胶体失去水分干燥收缩，使混凝土产生一定的徐变应力，当该应力值超过衬砌混凝土的抗拉强度时，就会在衬砌表面出现裂缝，裂缝宽度、长度、发展方向无明显的规律。
3）施工缝。在隧道二衬施工过程中，由于不可预见的突发性外部原因（如停电、机械故障、混凝土供应不及时等）造成迫使混凝土浇注中断时间过长，超过混凝土的凝结时间，从而产生的明显衬砌接缝。另外隧道仰拱施工时需要施作矮边墙（35cm），为保证接触面连接密实，矮边墙表面应进行凿毛处理，表面浮浆需要清理干净，不能有浮浆，然后在矮边墙顶部表面施作水泥砂浆垫层，如未实施凿毛等处理措施，将导致新旧混凝接茬间出现人为裂缝。
4）外力荷载作用裂缝。当衬砌外部环境（埋深、围岩条件等）均衡不一、或者在仰拱或边墙施作前初期支护表面虚渣未清理干净即混凝浇注，可导致由于混凝土浇筑时对衬砌台车的压力原因基底将产生不均匀的沉降，将使整体衬砌台车定位出现不牢固现象，且在衬砌脱模后容易产生变形裂缝。
5原因分析
裂缝处于每模二衬中间部位，且为环向缝，由于该部位埋深较大（＞100m），围岩条件相同，可考虑衬砌受外力影响均匀，无其它外力作用。二衬开裂时间为隧道贯通后产生，且隧道衬砌混凝土存在干缩与热胀冷缩,它们都将导致混凝土的变形。
贯通后，通风竖井→暗挖区间隧道→施工斜井之间形成自然通风流，致使该段区间内温度骤降，由于热胀冷缩原理，温度降低混凝土将收缩，并且洞内水分蒸发致洞内干燥，也能引起混凝土收缩徐变。
1）混凝土的干燥收缩变形
混凝土停止养护后，置于未饱和空气中的混凝土因失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩，即为干燥收缩。影响混凝土的干燥收缩变形的因素较多，如环境空气湿度、衬砌形状、尺寸和原材料及配合比等。
混凝土在潮湿的环境中（湿度可接近100%）养护时，混凝土内部基本无水分蒸发，能够保证混凝土的养护条件，在衬砌混凝土结束湿养后，衬砌周边环境改变，随着通风量增大，隧道内环境水分减少，空气变干燥，待混凝土衬砌裸露于较干燥环境后从结构表面开始蒸发脱水并引发渐进式干缩现象。
蒸发水分由外而内。混凝土内部水分是从裸露表面蒸发散失的，随后是较粗毛细孔水蒸发，再依次是较细、更细孔里的水蒸发， 脱水量依次减少，但收缩量依次增大。可见，混凝土的干燥收缩主要受其内部的细孔含量和孔径分布影响。因此, 大气湿度是影响混凝土干缩的重要因素之一。
2） 混凝土的温度变化引起变形
混凝土的温度变化受周围环境温度变化和水泥水化放热两个因素影响。环境温度变化视衬砌所处的位置等条件各不相同。水泥水化热的多少取决于水泥的矿物组分、混合材料和细度等化学因素。
若独立衬砌混凝土在温度升降阶段不受外界约束, 将能够在纵向方向自由伸缩，即热胀冷缩原理，混凝土内部将不会产生引起贯穿性裂缝的拉应力。
实际，隧道衬砌纵向方向较长，衬砌受温度变化不仅要在纵向方向变化，同时要在横向方向变化，但由于隧道衬砌为环形，且由于衬砌外侧围岩阻碍了衬砌的横向的自由胀缩, 所以衬砌混凝土内部与环境之间产生了一定的温度差，相应的产生了温度应力，并对衬砌产生了一定的影响。混凝土是抗拉强度远远低于抗压强度的材料,故能抵抗升温时产生的压应力, 而难以抵抗降温时产生的拉应力。当衬砌内部的拉应力超过衬砌混凝土的抗拉强度时, 隧道衬砌将发生开裂, 这种开裂一般先从隧道的中部或者与其它结构连接位置开始。
6主要处理措施
分析裂缝的形成原因，需对隧道裂缝进行充填、加固处理。
1、对不影响衬砌结构受力的裂缝就可以直接对裂缝进行处理，常用的处理方法有三大类：充填法、注浆法和表面覆盖法。采用注浆方法如下：
1）检查清理：仔细检查裂缝部位，清理裂缝部位附近的污物，以备灌浆。同时用钢丝刷及毛刷清理表面的浮灰或浮渣，裂缝表面应保持原状态，无需开凿。不得用水清洗裂缝表面，并保持裂缝内部干燥。
2）注浆孔位设置：在裂纹部位用电钻打孔，孔径为16~22mm，对深层裂纹可钻斜孔穿过缝面，一般孔距为20cm～30cm。
3）埋设灌浆嘴封缝：埋设灌浆嘴时，先在灌浆嘴的底盘上抹一层厚约1~3mm的环氧胶泥，将灌浆嘴的进浆孔粘贴在预定的位置上。用腻子刀将配置好的聚合物水泥刮在已处理好的裂缝表面，对裂缝表面进行封闭，封闭宽度以4～7 cm为宜，以避免灌浆时出现漏浆现象。
4）注浆：将按要求配制的注浆液倒入特殊的注浆机中，加压至一定压力，将浆液压入混凝土缝中，待临近注浆嘴出浆，立即连通第二个注浆嘴。按上述方法依次连通其余注浆嘴，并完成一个注浆循环过程。
5）修补：完成注浆2~4天后，清楚表面浮浆，并对裂缝表面进行打磨，保证表面光滑平顺。
2、对隧道承载力有影晌的裂缝
对隧道承载力有影响的裂缝．根据裂缝情况进行喷钢纤维混凝土、中空锚杆注浆、锚网喷砼、嵌入钢拱架等进行特殊处理。
7结语
混凝土产生裂缝作为施工过程中的一种通病，它出现的原因是多方面的，是不可避免的，但裂缝有害程度是可以有效控制的，施工过程中通过各种控制来预防减少裂缝的产生，对已经产生的裂缝认真分析原因，采取合理有效的措施进行处理，以保证混凝土的质量。
鉴于蛮安区间隧道衬砌为全包防水，裂缝治理不能存在明水，该隧道裂缝处理措施为以后施工提供了一定的借鉴经验。
参考文献：
[1] 张三贵. 铁路隧道二衬开裂机理及处理预防措施.
[2] 刘元臣. 隧道二衬混凝土裂缝分析、预防与处理.
[3] 邵广宁. 同寨隧道二衬开裂原因分析及处理方案浅议.
[4] 陈书彬.论隧道二衬混凝土裂缝产生的原因分析及处理措施.
论文作者:张鹏帅
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/14
标签：裂缝论文; 混凝土论文; 隧道论文; 表面论文; 温度论文; 区间论文; 岩溶论文; 《基层建设》2017年第8期论文;