高速铁路隧道二次衬砌混凝土裂缝分析 与预防及整治

汤建和

（中铁八局市政公司， 贵州 贵阳 550022）

1 中国高速铁路的发展

高铁改变生活，中国高速铁路最近10年来取得了举世瞩目的伟大成绩，并作为正朝着中华民族伟大复兴的“中国梦”不断前进的中国在世界的一张靓丽名片。目前我国已建成通车的高速铁路已超过2.2万公里（含新建时速250～350km以及时速250km以下客运专线、城际铁路）。高速铁路的质量和安全是“百年大计”，更是关乎人民生命的头等大事。

2 高速铁路隧道工程质量现状

隧道做为高速铁路的线下土建重要结构物，在我国很多条高速铁路线上都占到了较高的比例，隧道工程的质量更是确保高速铁路安全的重要组成部分。但目前由于对高速铁路隧道的认识以及受传统隧道施工观念的影响等各方面原因，我国在建或已通车营运的高速铁路隧道二次衬砌混凝土质量问题还是比较突出，特别是隧道二次衬砌混凝土裂缝病害对行车安全、隧道的稳定和耐久性影响较大，一些高铁隧道这方面造成的经济损失和社会影响都较大。

3 高速铁路隧道衬砌裂纹成因分析

高速铁路隧道与普通铁路隧道相比，有其显著的特点，对二次衬砌混凝土有更多更高的要求。一是与低速普通铁路隧道相比，为了减轻高速行车条件下隧道瞬间气压变化产生的空气动力效应，高速客运专线隧道采用了大断面的双线隧道，一般断面积都达到了100m2，甚至120 m2以上，由于隧道断面积较大，受力比较复杂，初期支护和二次衬砌混凝土强度等级都较一般铁路隧道有所提高，需要配置高性能混凝土，才能保证结构的稳定性和耐久性。二是相对于普通铁路隧道，高速铁路隧道对结构防水提出了更高要求，隧道防水要达到一级防水标准。

混凝土裂缝是混凝土结构由于内外因素的作用而产生的物理结构变化，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。隧道二次衬砌混凝土裂缝的形式，单独来看一般有纵向裂缝、环向裂缝和斜向裂缝等，同一部分隧道二次衬砌裂缝多是这三种裂缝的组合形式。其中纵向裂缝危害最大，隧道掉拱、边墙剪断等多由纵向裂缝发展严重导致。环向裂缝和斜向裂缝要视其裂缝发育程度、裂缝宽度和深度综合来判断对隧道的防水及稳定性和耐久性的影响。

3.1 隧道开挖及初期支护阶段

隧道施工的初期支护是新奥法隧道施工的主要承载结构，初期支护既是保证开挖施工过程的安全，也是复合式衬砌的主要承载结构。因此，隧道初期支护设计不到位和施做质量不好也是隧道衬砌裂缝产生的重要因素之一。在实际的隧道开挖及初期支护施工阶段，往往由于以下原因，造成初期支护质量存在隐患，从而为衬砌混凝土裂纹产生埋下祸根，并且不容易引起足够的重视：

（1）设计不到位或没有根据隧道开挖揭示的实际围岩级别，变更优化初期支护参数；

（2）施工时没有严格按照设计或变更设计认真施做初期支护或开挖后造成欠挖，二次衬砌厚度不足。

（3）隧道边墙基础开挖后存在虚碴，也是容易造成衬砌开裂。

以上几方面造成衬砌施工完后初期支护继续变形过大，混凝土二次衬砌受到的围岩压力过大或应力集中，从而造成二衬混凝土开裂。

3.2 隧道二次衬砌施工阶段

目前高速铁路隧道二次衬砌施工大都采用自建拌合站搅拌、整体式模板台车、泵送混凝土施工工艺。衬砌混凝土原材料、配合比设计、搅拌、运输、浇筑、台车刚度及脱模时间控制、养护及压浆等混凝土施工的关键过程，没控制好，从而造成混凝土自身开裂。

原材料：目前混凝土原材料中，地材（砂石）的质量，特别是含泥量过大，会影响混凝土拌合物的和易性和混凝土的强度和耐久性，另外砂石料来源广泛，波动较大，也是控制的难点。在原材料这一方面是造成混凝土开裂的主要因素。

混凝土配合比：现代高性能混凝土品种的多样，原材料组分的选择和配制较繁杂，迄今仍没有一个公认的简单的配合比设计方法，混凝土配合比设计是一道复杂技术题。配合比设计必须要经过计算、试配和调整三个阶段，根据所用的原材料的实际质量状况，科学地确定合理的配合比。配合比设计必须要有科学性和针对性。混凝土配合比选择不当，从而给隧道二次衬砌混凝土开裂也容易埋下隐患。

混凝土的搅拌：配置隧道衬砌高性能混凝土，规范里都有对搅拌方面的相应规定，如搅拌方式，搅拌时间，加料顺序等，但在现场施工中，特别是搅拌时间，控制不好，造成混凝土和易性不好，从而影响混凝土的质量。

混凝土的运输：混凝土在运输及现场等候方面，因施工组织等原因发生时间滞后，造成混凝土塌落度损失较大，甚至往混凝土拌合物里加水，这些都对混凝土质量造成了非常不利影响。

混凝土的浇筑：现代高速铁路客运专线隧道施工，二衬混凝土基本都采用泵送和台整体式模板台车施工。目前在这一环节，存在以下问题：台车混凝土入模开仓数量不组，布置不合理，从而造成混凝土连续搭接不好，加上混凝土振捣不密实以及防水板铺设松弛度控制不好，造成衬砌混凝土厚度不足等都给混凝土开裂埋下隐患。

台车刚度及脱模时间控制：隧道二衬台车若刚度偏小以及隧道施工过程中因受工期或安全距离控制影响，造成现场二衬混凝土脱模过早，都可能造成衬砌混凝土开裂。

养护：二衬混凝土脱模后，施工单位现场往往忽略衬砌混凝土的养护，也是容易造成混凝土收缩开裂。

背后压浆：隧道二次施工完后，现场很长一段时间，不对衬砌背后进行压浆，使隧道初期支护与二次衬砌长时间没有形成一个整体，共同承受围岩压力，就容易造成二次衬砌因受力不均，造成混凝土开裂。

另外二衬混凝土施工缝处理不当，也是容易造成混凝土裂缝。

3.3 隧道衬砌裂缝产生其他原因分析

（1）在开挖及初期支护施作中，对岩溶塌方等不良地质处置不彻底，二次衬砌施工完后，不良地质继续发展变化。

（2）二衬混凝土施工封闭完后，洞身周围岩体整体性降低，地下水非常发育，而隧道排水又不畅，衬砌受到的水压力过大。

（3）以及较大的地质活动甚至地震。

（4）开挖爆破掌子面太近，爆破震动过大都可能造成已施工完的衬砌开裂。

（5）隧道二次衬砌施做的时间，没有严格根据对隧道的监控量测数据分析上，在最佳时间（围岩基本稳定）进行施做或。

4 隧道二次衬砌裂缝的预防

针对隧道二衬混凝土在各个阶段开裂的原因分析，找出相应的预防措施，就能很好地预防隧道混凝土裂缝的产生。4.1隧道开挖及初期支护阶段

（1）是做好超前地质预测预报，按照揭示的隧道围岩情况，完善初期支护和二衬设计参数，现场施做必须严格按照设计或变更设计进行，坚决杜绝偷工减料现象，同时提高对初期支护和二衬混凝土共同承受围岩压力的理念的认识。

（2）是认真开展隧道的监控量测，掌握好隧道二次衬砌施做的最佳时间，若与有关安全距离控制规定冲突，要确保安全步距，提前进行隧道衬砌施做时，必须对初期支护或二次衬砌进行加强处理。

4.2 隧道二次衬砌施工阶段

（1）从混凝土原材料质量的把关、配合比设计的优化、现场混凝土搅拌及运输的合理组织、模板台车多窗对称浇筑、加强振捣、模板台车刚度加强及脱模时间经试验确定、加强养护以及带模同步压浆等混凝土施工的关键关节上进行有效控制和管理，从技术手段、管理措施上加强，对预防混凝土开裂更是非常重要。

（2）另外，处理好二次衬砌混凝土施工缝、做好隧道的防排水以及隧道二衬混凝土优化设计进行配筋设计，也是预防混凝土开裂的重要措施。

5 隧道裂缝的主要整治措施

目前高速铁路隧道二衬混凝土裂缝主要有以下整治措施：

（1）环氧树脂灌浆料直接涂抹法：该方法主要针对裂缝宽度≤0.3mm的细微裂缝。

（2）环氧树脂灌浆料埋管注射法：该方法主要用于裂缝宽度＞0.3mm或贯通性裂缝。

（3）中空锚杆注浆法：该方法主要用于衬砌背后空洞或厚度不足引起的大面积裂缝。

（4）碳纤维粘贴法：此法可以对以上处理过的衬砌混凝土进行再补强。

（5）换拱法：对大面积混凝土贯穿裂纹，需进行换拱等整治。

高速铁路隧道二次衬砌混凝土裂缝整治具体方案和技术措施必须要经设计、监理、建设单位以及铁路工务部门批准同意，方能实施。

6 结束语

隧道衬砌混凝土裂缝若不及时整治将对隧道结构安全造成质量隐患，也影响结构的耐久性。隧道裂缝整治的原则,要根据隧道裂缝的成因及形式来综合分析研究，刚柔相济、因地制宜、综合治理，确保安全性、可靠性、耐久性并兼顾操作性和经济性。

[1]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753-2010.