Ｖａｌｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ・１２７・ 高速铁路隧道衬砌裂缝病害与整治技术 Ｌｉｎｉｎｇ Ｃｒａｃｋｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌ Ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ 李建军ＬＩ Ｊｉａｎ－ｊａｎ （中铁三局集团桥隧－１－程分公司，邯郸０５６０００） （Ｂｒｉｄｇｅ＆Ｔｕｎｎｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ，Ｈａｎｄａｎ ０５６０００，Ｃｈｉｎａ） 摘要：本文就高速铁路隧道衬砌裂缝的成因、扩展规律进行分析，并提出了其防治措施和施工工艺。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ ｃｒａｃｋｓａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｉｔｓ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ．ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． 关键词：衬砌裂缝；成因分析；扩展规律；整治措施；施＿Ｔ－．Ｔ－艺 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｉｎｇ ｃｒａｃｋｓ；ｃａｕｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｌａｗ；ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 中图分类号：Ｕ４５９．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－－４３１１（２０１３）２０—０１２７—０２ １隧道衬砌裂缝病害成因分析和扩展规律 当隧道两侧的外围覆土厚度不同或者不均匀时，产生 深度最深、间距最密的位置。 当隧道穿过节理裂隙或者某一侧靠近地质断层、破碎 的（地形）偏压导致隧道两侧的衬砌结构承受不对称的围 带时，使隧道局部位置承受较大的主动围岩荷载，产生的 岩压力。在此种情况下，隧道两侧的衬砌拱腰位置会出现 （地质）偏压导致隧道两侧的衬砌结构承受不对称的围岩 数条间距在０．２５ｍ左右，深度在ｌＯｃｍ左右的裂缝，而且在 压力。在此种情况下，隧道一侧会产生比其它位置大的结 隧道覆土较深衬砌位置的裂缝数量、深度均高于隧道覆土 构变形并造成裂缝的产生。靠近节理、裂隙或者侧断层围 较浅的衬砌位置。裂缝的分布情况是造成衬砌变形的直接 岩主动荷载大小、倾角不同会直接导致衬砌变形和裂缝分 原因，在上述条件下，一般会在覆土较深的衬砌拱腰部位 布的不同。在荷载逐渐增大的情况下，裂缝产生的情况是： 发生结构的最大变形，拱腰部位也是裂缝分布数量最多、 首先是靠近节理、裂隙和侧断层衬砌部位产生裂缝；然后 作者简介：李建军（１９８２一），男，河北张家口人，助理工程师，本科 主要研究方向为隧道施工技术及施工管理。 是当荷载大小超过一定值时，裂缝向隧道无节理、裂隙和 侧断层的部位发展。而荷载倾角的作用正好相反，在荷载 倾角小于４５ｏ时，隧道无节理、裂隙和侧断层的部位会产 ３．５填沙开挖结束后，需进行地基承载力试验，达到 要求后，使用中粗砂进行回填。所有填料需事先经实验室 水外泄速度，在围堰实施前事先安排湿地挖掘机对纵向围 堰外侧区域进行疏浚清理。 ３．３表层垃圾清理在井点降水实施的同时，组织挖 掘机对围堰框格内垃圾进行清理并安排自卸车运到业主 指定的堆放点，统一处理，对超出普通挖掘机作业范围的 检测，其中含泥量宜为３％一８％、有机质含量不应超过５％、 细度模数宣为２．０ ３－２、上路基（０．８ １．５ｍ）填料最小强度 （ＣＢＲ）８．０％、下路基（＞１．５ｍ）填料最小强度（ＣＢＲ）７．Ｏ％。填 各类垃圾，安排湿地挖掘机进入围堰框格，采用接力方式 沙需分层进行，每层厚度不超过５０ｃｍ，洒水至沙表层含 水量不低于１０％，再平整并立即采用压路机碾压，碾压速 将垃圾传至普通挖掘机作业范围，然后运走。 ３．４淤泥及软土开挖ｈ，用高频率、低振幅、直线进退法进行 由于沼泽地淤泥普遍呈流状， 度控制在２ ４ｋｍ／不能直接运输，使用挖掘机接力传递的办法将淤泥转运到 碾压。 ３．６边坡防护填沙至设计高程后，为防止雨季暴雨 纵向围堰外侧，较小的颗粒随污水排走，较大的颗粒沉降 下来并随着水分的蒸发、散失逐渐固结，放置一段时间后 对路基冲刷，需要做边坡防护。本项目在实施中，就地取 利用开挖出的泥土进行边坡防护，并在防护土层种植 可作为后续围堰填料及边坡防护材料使用，多余部分安排 材， 运至业主指定弃土场。淤泥及软土开挖深度以承载力达到 杂草等，增强防护层的稳定性，既减少了清理外运工程量、 设计要求为准，机械设备开挖需预留３０—５０ｃｍ保护层采 降低了成本，又提高了工效，一举多得。用人工清理，避免设备扰动，造成下部承载力下降。 ４结束语 巴达格瑞高速公路沼泽地路基施工方法，较充分地考 虑了施工环境、施工条件、市场资源、工费工效等因素，很 好地保证了工程质量、工期进度，做到了工程建设成本的 有效控制，取得了明显的效果，可作为在西非热带雨林地 区进行类似沼泽地路基施工的参考。 参考文献： 『１１柯原．我国公路桥梁建设问题研究叨．科技创新导报２ｏｏ９（１ ３）． 『２１左建春．浅路软土地基处理对策［Ｊ］．中国新技术新产 图２ 品，２０１１（０９）． 『３１罗宇泉．浅谈路基施工方法ｆＪ】．科技经济市场，２００７（０７）． ・１２８・ 价值工程 生裂缝，在荷载倾角大于４５。时，靠近节理、裂隙或者侧断 掺量为水泥重量的１０％左右）。 ２．２较严重裂缝部位（局部衬砌混凝土肃落）此种情 层的部位会产生裂缝。 当隧道衬砌背后有空洞存在时，该位置会产生凸向围 况下一般采用锚杆、布钢筋网、喷射混凝土和灌注细石膨 第一步是向拱后背 岩一侧的自由变形，同时空洞部位的衬砌裂缝分布集中。 胀混凝土等加固方法。具体步骤如下：ＯｍｘＩ．Ｏｍ左右， 空洞的大小是决定裂缝数量和深度的直接因素，空洞的尺 位置进行控制压力注浆，注浆孔间距为１．寸越大，衬砌结构发生变形的区域就越大，裂缝的数量和 按梅花形布置，注浆压力控制在０．５～１．ＯＭＰａ左右；第二步 ａ左右，用钢丝刷刷洗或高压水 深度就越高，使该位置的混凝土劣化严重，可能产生混凝 是凿除原混凝土厚度１４ｅｒ土掉块的现象。空洞处于不同位置产生的影响不同，在空 洞处于隧道拱顶时，除了衬砌结构会产生裂缝外，隧道的 左右两侧墙角也会产生裂缝：在空洞处于隧道右侧衬砌拱 冲洗等方法将凿毛清洗干净；第三步是施作砂浆锚杆，其 间距在１．Ｏｍｘ１．Ｏｍ左右，锚杆为￣２２ｍｍ，长２．５ｍ；第四步 是布设钢筋网，网格间距２０ｅｍｘ２０ｃ１１１，环向主筋为 ｌ２／ 腰时，隧道右侧衬砌拱腰、隧道左侧墙角、过渡部位、隧道 右侧仰拱部位都会产生裂缝：在空洞处于右侧边墙时，裂 缝只会产生于空洞位置。 当隧道衬砌拱顶部位厚度不够时，导致拱顶衬砌结构 变形大于其它位置衬砌结构变形。在拱顶厚度为原有设计 厚度的９０％时，该位置会产生数条间距为０．２５ｍ左右，深 度为７．５ｅｒａ左右的裂缝：在拱顶厚度为原有设计厚度的 ８０％时，该位置会产生数条间距为０．２５ｍ左右，深度为 １５ｃｍ左右的裂缝：在拱项厚度为原有设计厚度的７０％时， 裂缝的数量、深度明显增加，间距明显减小，该位置会产生 数条间距为０．２ｍ左右，深度最深可达２８ｃｍ左右的裂缝， 甚至可以产生贯穿该部位的衬砌截面。当隧道衬砌拱腰厚 度高于原有设计厚度８Ｏ％时，衬砌结构并不会产生裂缝， 但是当其低于原有设计厚度８０％时，衬砌结构会产生于拱 项部位相似的裂缝情况。当边墙部位的厚度低于原有设计 厚度的９Ｏ％时，会产生会拱顶部位相似的裂缝情况并且在 隧道的过渡段也会出现裂缝现象。 高速铁路隧道衬砌结构的裂缝扩展过程可分为三个 阶段，前期迅速扩展阶段，中期缓慢扩展阶段，后期加速扩 展阶段。其中，随着裂缝的扩展进程，已有裂缝部位的周围 也会产生新的裂缝，新裂缝会朝着混凝土中薄弱的位置进 行扩展，并且和已产生的混凝土裂缝贯通、结合、扩展，造 成混凝土的宏观破坏。另外，当列车高速通过隧道时，引起 的空气压力波动会增加裂缝尖端的应力强度因子，加剧裂 缝的扩展速度，可能会造成衬砌混凝土结构瞬间失稳断 裂，最终导致裂缝贯穿衬砌截面，造成隧道的局部变形、失 衡垮塌等安全事故。 ２隧道衬砌裂缝整治措施和施工工艺 目前，高速铁路隧道裂缝的整治措施可总结为加强衬 砌自身强度和提高围岩稳定性两种。单独使用其中一种措 施，已经能在一定程度上控制结构变形、抑制裂缝产生，但 是同时采取两种措施则有更佳的效果。实践中对于高速铁 路隧道衬砌裂缝的防治一般会采用锚杆加固、碳纤维加 固、骑缝注浆、凿槽嵌补、直接涂抹工艺的中一种或数种相 结合的措施。下面以裂缝的开裂情况分类说明其施工工艺。 ２．１一般或轻微裂缝部位第一步是向衬砌后背位置 进行控制压力注浆；第二步是在裂缝延伸范围内凿出楔形 槽，槽深约为８ｅｒａ，里口宽约８ｅｒａ，外口宽约６ｃｍ，第三步 是用钢丝刷刷洗或高压水冲洗等方法将槽内清洗干净：最 后用由环氧树脂、磷苯二甲酸二丁脂、丙酮、乙二胺配制成 配合比为１：０．１：０．１２：０．０５的环氧基液进行槽壁涂刷，用配 合比为水泥：砂子＝１：２的２００＃膨胀水泥砂浆作为槽内嵌 衬（注意事项：水泥砂浆中必须以ＪＰ型膨胀剂掺和料，其 １６ｍｍ，纵向连接钢筋为 ８ｍｍ，并且将网格与锚杆焊接成 整体：最后是喷射２００＃混凝土厚６ｃｍ，并灌注６ｅｍ厚细石 膨胀混凝土即可。 ２．３严重裂缝部位虽然原有衬砌开裂严重，但其结 构变形不大，尚未完全丧失承载能力和稳定性。因此采用 钢架、网喷混凝土来加强原衬砌稳定并控制裂缝的扩展。 具体步骤如下：第一步是向拱后背位置进行控制压力注 浆，保证衬砌混凝土与岩层的粘结性，改善衬砌混凝土的 受力情况，控制裂缝的扩展趋势。因为隧道各部分的岩性、 节理、渗透系数、扩散半径均存在差异。在综合考虑各种因 素之后，确定注浆孔间距２．Ｏｍｘ２．Ｏｍ，梅花形布置，注浆压 力控制在０．５ １．０ＭＰａ（防止压力过高，造成原裂缝扩大或 产生新的裂损）。注浆采用配合比为１：１的水泥砂浆，压浆 遵循“由下至上，先稀后稠”的原则。在施工过程中，须指定 专人对布孔进行编号、记录压浆量、压力、部位等工作。压 浆材料使用４２５＃普通硅酸盐水泥和细砂。第二步是对裂 缝部位凿除混凝土厚１４ｅｒａ，并对裂缝延伸位置凿出楔形 槽（槽宽不大于８ｅｍ，槽深深于裂缝深度１，用钢丝刷刷洗或 高压水冲洗等方法将槽内冲洗干净 第三步是施作砂浆锚 杆。锚杆间距１．Ｏｍｘ１．Ｏｍ，梅花形布置，锚杆￣２２ｍｍ，杆长 ３．Ｏｍ；第四步是布设钢管钢架。钢管直径５８０ｍｍ，管内灌 注２００＃水泥砂浆，以增强其刚度，钢架之间用￣２２ｍｍ钢 筋连结（间距为１．Ｏｍ即可）焊牢；第五步是布设钢筋网，网 格间距２５ｃｍｘ２５ｅｍ左右，并与锚杆、钢架连接成整体，网 格环向筋￣ｂ２Ｏｍｍ，纵向筋ｑｂ８ｍｍｉ最后则是混凝土作业， 即加固层厚１６ｃｍ，向其中喷射２００＃混凝土厚１０ｃｍ左右， 为增强外表美观效果，可在其表面灌注６ｃｍ厚的２００＃细 石膨胀混凝土即可。 ３结语 因为设计、施工、地质等方面综合因素，高速铁路隧道 的衬砌裂缝病害现象时有发生，首先，必须防患于未然，即 在施工过程中必须严格按照设计强度、设计图纸施工，另 外必须加强施工的监督、检查工作的力度，确保工程的施 工质量达到预期要求。然后在发现衬砌裂缝病害时必须及 时处理，其整治措施需结合隧道的实际情况选择合理的施 工工艺。最后，衬砌裂缝病害的整治是一种综合性的技术， 其在科学技术日新月异的更新下会取得长足的发展。 参考文献： ［１１郑长俭．隧道病害整治方法探讨．中国科技博览『Ｊ］．２０１０ （１８）：３２７—３２７． 【２］５０福．某铁路隧道病害整治的技术探讨．铁道工程学报ｆＪ１． ２００５，８８（４）：５５—５８． ［３］５０均红．既有铁路隧道衬砌开裂病害整治技术探讨ｆＪ１．北方 交通，２０１１（６）：１２９—１３１．
