摘要：众所周知，我国的公路交通在交通运输方面占据重大作用，但是公路运营隧道衬砌病害问题突出且处治困难，本文通过对某公路隧道衬砌病害产生原因进行多方面因素的分析，探明了隧道病害产生原因，并提出了针对性的临时加固措施，相关研究可为同类衬砌裂缝处置提供借鉴和参考。
关键词：隧道；衬砌病害；临时加固
1.工程概况
某隧道位于甘肃省陇南市武都区黑坎里北侧上没水山山体内，该隧道为中型分离式岩质隧道，净宽10.25m，净高5.0m，设计时速80km/h，单向双车道。隧址区涉及地层主要为志留系中、上统千枚岩夹板岩、碳质千枚岩、灰岩等，岩质软弱；并穿越大院—殿沟里断层（F5），为志留系内部逆冲断层，属于武都山字形构造体系白龙江大断裂次生断裂，其中2处次生断层与隧道出口800m处大角度相交；同时，受构造影响，揉皱、褶皱发育，主要为Ⅳ、Ⅴ级围岩，开挖过程易产生围岩大变形，其流变在应力较高的情况下产生了塑性变形，表现为二衬局部出现微裂纹、小裂缝。
该隧道主体完工初期由于围岩应力释放强烈，导致仰拱部分隆起、二衬局部破裂，当时采取仰拱、二衬返工处理措施。处理过程中二衬、仰拱单元长度不一致（即施工缝不连续），两者变形不一致、不协调，进而拉裂混凝土。现场调查发现环向裂缝长度不一致也说明了这一点。隧道围岩是一个巨大的蓄热体，开挖打破了围岩原有的热平衡，大量释放热量（岩层表面温度35℃~40℃）被衬砌结构背墙混凝土吸收，导致背墙混凝土水化反应加速，快速凝结硬化。而此时洞内大气温度只有2℃~4℃（主体施工后期），墙面混凝土硬化速度较慢，即内外墙面温差大，变形不一致，较大的拉应力导致混凝土开裂。
2.公路隧道衬砌裂缝危害分析
2.1 边坡稳定性影响分析
根据现场钻探结果显示，隧址区坡体中存在两个可能导致坡体产生滑移的软弱带。其中，上层软弱带位于土石界面附近，软弱带主要为黄土和泥岩，含水量较高。岩体破碎，节理裂隙发育，岩质较软，遇水易分解，部分软弱带中土石混杂，扰动明显。下层软弱带主要位于泥岩中，主要成分为黏土矿物，节理裂隙发育，岩质较软，有扰动痕迹。经过专家多方论证，最终认为隧道上方坡体为潜在不稳定滑坡体，对隧道变形产生一定的影响。但认为该坡体较为平缓，且坡脚前缘存在规模较大的稳定土体作为支撑，隧道设计服役期限内基本不会再产生显著滑移，可认为一定时间内边坡是处于稳定状态的，对隧道影响较小，因此可暂时不考虑坡体滑移的影响。
2.2 隧道周边围岩影响分析
通过在隧道内钻芯取样发现，隧道衬砌病害最严重地段隧道底板下部存在较厚的中风化泥岩，含水率较大，岩质较软，岩体破碎，节理裂隙发育。结合隧道排水边沟的不均匀沉降变形裂缝，推断隧道可存在较大安全隐患。
2.3 隧道施工质量影响分析
为探明衬砌施工质量对隧道病害产生的影响，现场采用美国劳雷公司生产的 GSSI SIR30 地质雷达对衬砌拱顶、左右拱腰以及左右边墙 5 个位置进行扫描。探测结果显示，隧道衬砌背后存在较多的空洞或脱空段，每条测线上均存在不同程度的缺陷，其中拱顶处衬砌背后空洞或脱空缺陷最多，达 23 处，最大脱空长度达到 8 m。说明隧道混凝土施工时，多处混凝土浇筑质量不合格，衬砌背后空洞导致衬砌受力不均匀，局部地区会出现明显的应力集中，在高应力作用下，混凝土产生不同程度的开裂。
3.公路隧道衬砌裂缝解决措施
3.1 预埋注胶嘴、封缝
打磨、清洗、干燥后，用JY-A8裂缝测宽仪测量裂缝宽度。测量方法为：沿裂缝走向每30cm选取一个点，测量该点裂缝宽度，然后计算该裂缝各点测量宽度平均值，此平均值为该裂缝的测量宽度值。测量宽度值小于0.2mm的裂缝注胶效果、质量不明显，直接采用封缝胶CCSR-A（B）密封处理。用油灰刀沿裂缝走向往复涂刮一层厚1~2mm、宽3~5cm的胶泥，封闭裂缝。测量宽度值大于0.2mm的裂缝需注胶处理，在裂缝的交错点、较宽处及端部预埋注胶嘴；宽度值0.2~0.3mm裂缝，注胶嘴间距40~50cm；宽度0.3mm以上裂缝，注胶嘴间距30~40cm较为适宜。
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3.2灌胶
3.2.1封缝检验
一般情况，当大气温度在25℃以上时，封缝后1~2d即可进行试漏试验，检测裂缝密封性和贯通情况。通常采用压力水试验法，在众多封闭裂缝中随机抽取20%，然后用相同注胶压力向已预埋好的注胶嘴灌水，灌水过程要求跳槽灌注，最高点注胶嘴保持畅通以便排气，其余空闲注胶嘴一律封闭；如果胶嘴底座或者裂缝封闭处有漏水，需再次封闭；试验结束后，打开所有空闲注胶嘴，用压缩空气吹净积水，并保留足够的干燥时间。检验合格后的裂缝能确保较好的注胶效果，注胶饱满能完全封闭裂缝，阻碍裂缝进一步发展，增强处治耐久性。
3.2.2配置裂缝胶
裂缝胶由主剂CBFR-A和固化剂CBFR-B组成。首先将A、B胶分别盛入容器，搅拌均匀，然后按照2∶1比例倒入混合容器，继续搅拌，直到颜色呈现一致。当大气温度25℃以上时，混合均匀后的裂缝胶可操作时间≤40min，因此一般一次混合1~2kg为宜（注胶班组6人作业）。
3.3粘贴碳纤维布
3.3.1 表面处理
先用小型电动切割机紧贴墙面切除预埋的注胶嘴，同时检查注胶效果。然后用小型电动打磨机清除表面凝固的漏胶、凸凹不平的凝固封缝胶及其他夹杂物。使表面平整、无杂物，然后清洗打磨面的灰尘、污垢，干净、干燥后可粘贴碳纤维布。
3.3.2 裁剪碳纤维布
现场碳纤维布（CFS-Ⅱ-400）规格为长50m、宽1m，重量轻（400g/m 2），基本不增加混凝土结构自重；具有良好的可塑性，能适用于曲面和不规则形状结构物；同时浸胶碳纤维布能与结构共同作用，并具有高强度，可提高混凝土结构力学性能和延性，有效控制隧道衬砌裂缝发展；另外，具有较好的防水性能。裁剪尺寸宽13cm、长100cm，要求线性顺直、边缘整齐，裁剪尺寸误差±10mm。裁剪前将碳纤维布自然铺开，保持平整，无需两侧张拉；先按照长度和宽幅标注划线，然后在宽幅线处横向抽出2条平纹丝，随后即可裁剪。
3.4表面处理
针对墙面裂缝，先用钢丝刷等工具清除混凝土表面的灰尘、浮渣及松散层等污物，然后用角磨机打磨出以裂缝为中心线、宽15cm、深度8mm的槽，最后清洗打磨面浮尘，自然风干后进入下一步处理程序。
3.5其他裂缝处理措施
当裂缝宽度较大，或者影响结构功能的裂缝，可采取结构抽换技术，即将原隧道衬砌混凝土拆除，进行新衬砌混凝土浇筑。抽换范围可以是全断面，也可以只对拱部进行抽换。如果采用该项技术，衬砌混凝土必须要适应轴换地段的地质条件，以及受力要求。原衬砌混凝土可以采用微震控制爆破技术进行拆除，对于非拆除和拆除交界处，应当通过预裂爆破技术完成相应的处理，通过该方式，最大程度避免减少对非爆破混凝土段的破坏，完成相应的拆除后，应当及时完成相应的初期支护作业。
另外也可以采用套衬补强技术，就是在原衬砌混凝土表面灌注混凝土，不仅可以抑制混凝土裂缝的发生，而且能够形成新承载结构。该项技术和应用在原混凝土衬砌的功能为完全失去，套衬后的断面可以满足隧道净空要求。
结束语
公路隧道衬砌裂缝的产生原因往往是多方面的，有自然因素的，也有人为因素的。隧道施工过程中应人为因素而造成的衬砌开裂，遇到地质突变情况及时调整支护参数，确保施工质量，避免后期衬砌开裂而采取的裂缝处理措施，而造成不必要的经济损失。
参考文献：
[1] 刘海京，夏才初，朱合华，等. 隧道病害研究现状与进展[J]. 地下空间与工程学报，2007，3（5）：947- 953.
[2] 李永永. 官道岭隧道病害检测与处治对策研究[J]. 山西交通科技，2017（2）：53- 55.
论文作者:刘军辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：裂缝论文; 隧道论文; 混凝土论文; 病害论文; 围岩论文; 宽度论文; 碳纤维论文; 《基层建设》2019年第1期论文;