隧道衬砌裂缝产生的原因分析及预防措施

科技信息　。建筑与工程ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第１期　隧道衬砌裂缝产生的原因分析及预防措施　董亮亮　（甘肃路桥第五公路工程有限责任公司　甘肃　兰州　７３００５０）　【摘要】近年来，随着我国经济迅速发展，国家对西部大开发力度的加大，我国公路建设事业也进行着翻天覆地的变化。在多山区，从以前　的盘山公路到现在的见山打洞遇谷架桥，不但提高了公路等级、缩短了公路里程，而且也加速了经济发展。其中隧道工程显得尤为重要，它相对　路面、桥梁有它独有的特殊性：一是地质条件复杂很难准确预测；二是建成后隧道内部应力变化隐蔽不易察觉；三是在运营过程中很难管理或　维修。最终以裂缝形式表现出来，造成隧道衬砌开裂渗水等现象，严重的经常影响到运营安全。如果是个剐隧道出现一些衬砌开裂的现象，也不　值得大惊小怪．问题是．近年来隧道衬砌发生裂缝几乎已成了普遍现象。这也就值得热爱公路事业和公路事业建设者们为之共同探讨和研究，　杜绝类似现象出现．为建成优质隧道工程贡献一份微薄之力。　【关键词】隧道；衬砌；裂缝；分析；预防　１　对衬砌裂缝的认识　１．１裂缝产生的时问　保证不欠挖．少超挖，控制光面须采用光面爆破，周边光面爆破孔孔距　为５０ｃｍ左右，采用不偶合装药，中间偏下布掏槽孔，掏槽孔按锥形布　置效果最好．光面爆破孔和掏槽孔中间布辅助孔，以掏槽孔为圆心呈　度根据不同围岩的起爆率不同而定，把握的标准是起爆后三种爆破孔　工理论的基本思想：隧道的外部荷载主要是围岩压力，隧道承载抵抗　的孔底在同一掌子面上为宜，掏槽孔的装药量相对光面爆破孔和辅助　力主要是靠隧道初期喷锚支护将隧道周边围岩和初期喷锚支护结构　孔都高，单耗为４－７ｋｇ／ｍ　。视围岩强度、整体性、风化程度差异而调整，　组成综合结构层形成的弧形拱力。《公路隧道设计规范》明确规定：“计　钻孔深度可控制在０．８～３．５ｍ，装药连线采用由内向外分圈扩散，响炮　算复合式衬砌时，初期支护应按主要承载结构计算。在Ⅲ类及以下围　采用毫秒雷管微差逐级引爆，掏槽孔、辅助孔、光面爆破孔逐级爆破的　岩时二次衬砌砼考虑用作部分承载结构，在Ⅳ类及以上围岩时考虑用　时间间隔为０．０５～０．１秒，当中间拉出临空面后周边依次向里面爆破，　作安全储备。”当二衬砼结构受到与设计状态不同的应力，且这个应力　每一轮爆破的强力冲击波都向中部的ｌ　空面方向，这样减少对围岩的　超过二衬砼自身所能承受的应力时，二次衬砌砼表面将出现水平、竖　震动破坏。以此来降低岩体应力的变化，减少隧道衬砌裂缝的产生。　向、斜向等不同方向的裂缝。　２．２．２不同岩层中选用不同的支护形式　支护包括超前支护、初期支护和二次支护。　２隧道衬砌裂缝产生的原因分析　超前支护主要用于隧道开始成洞时和遇到较宽软弱带、断层或褶　隧道衬砌混凝土中产生的裂缝，一方面是由于地质影响因素存在　皱等地质构造带，遇到这两种情况时须提前采取支护措施，打超前小　的不可预见性而不可避免地产生裂缝：另一方面是由于施工管理不当　导管或大管棚。小导管具体长度根据滑裂面的深度和围岩破碎情况而　造成的。它是结构内部受到与设计状态不同的应力的反映．同时也与　定，孔壁打梅花形小孔，以便进入围岩后注浆用，这种支护相对施工条　施工过程中由于人为的因素改变了洞室的受力状态有很大关系。所　件简单，循环快．但支护深度浅，如果滑裂面较深时会遭遇整个小导管　以．施工就要严格按照设计方案，保证每一步骤实现设计的意图。　垮塌的现象。这时就要用到大管棚：大管棚根据施工条件而定，一般在　２．１　不可预见的地质影响因素　大型断层带内施工，拱顶顺洞轴线方向打人，然后注浆，如遇到涌水严　隧道工程属于地下工程，其受力结构与外部荷载均与地质环境密　重可加速凝剂（又名水玻璃），可以起到堵水和固结顶部围岩的作用。　切相关。首先，隧道地质环境受地壳运动的影响是在不断地变化，但具　初期支护包括喷钢纤维混凝土，工字钢架和锚杆支护。在围岩好　衬砌裂缝产生的时间各有差异，可能出现的时间分别为砼拆模　环向布置，间距７５～ｌＯＯｃｍ，在孔深小于２ｍ时光面爆破孔、辅助孔、掏　后、砼浇筑后５－６天、隧道贯通后，最长的可能几个月甚至几争。　槽孔轴向深度相同，如深度超过２ｍ时掏槽孔深度在轴线方向适当加　１．２衬砌受力状况分析　深１０～３０ｃｍ．因为掏槽孑Ｌ的起爆率一般为８５％左右，所以具体加深深　根据目前较先进、并被广泛采用的隧道新奥法（ＮＡＴＭ）设计及施　体如何变化？变化量多大？我们就难以精确地把握；其次，隧道施工时　的情况下＋可以在开挖后直接喷混凝土．为了保证喷射混凝土的标号　需爆破开挖，施工后要通车运营，那么势必会破坏隧道区域内原有岩　达标，回弹率在控制的范围以内，必须使用湿喷机喷射，喷射的平均厚　体内的内力、水文地质等的原有平衡。虽然我们在施工和运营阶段都　度要大于设计值。Ⅱ类以下围岩的支护形式中，格栅变成工字钢，锚杆　可以采取各种措施，在一定程度上监控隧道地质环境的各种变异，但　长度可根据实际需要采购，必要时也可用张拉锚杆，以减少稳定变形。　地质因素仍不可避免地影响隧道工程，当这个影响超过二衬砼自身所　如遇到大型断层带，在初期支护完成后，还须加强边墙的稳定强度。在　能承受的应力时，就不可避免地产生一些裂缝。　２．２施工过程中的影响因素　整个初期支护的过程中．须打排水管进行引水．然后喷射混凝土。初期　支护完成后，不允许喷射混凝土有开裂，拱架不许有较大变形，不能有　从现阶段的理论和实际来看，新奥法理论仍是目前地下洞室设计　成线状的漏水现象。否则，会严重影响后期二次衬砌的整体性．导致二　和施工的最好的指导理论。但在大量的隧道施工过程中．新奥法并未　次衬砌开裂和渗水。　被正确完整的贯彻，大多数工程的施工并未按新奥法的要求进行动态　二次支护是初期支护的加强，也是彻底防止洞体开裂和渗水的重　的设计和施工管理。尤其在施工的过程中没有认真的对待量测环节，　要保证。二次支护施作的时间至关重要，它直接关系到衬砌结构的安　当然也就不能以量测资料指导施工。有的工程在最关键的收敛稳定的　全，过早施作会使二次衬砌和初次衬砌承受较大的围岩应力；过晚又　判别上也往往以人眼观察代替量测，这些对新奥法的断章取义或认识　不利于初期支护的稳定，施工时应满足以下几点：　不清最终导致了各种各样的工程事故的发生，也导致了最终的工程质　（１）监控量测的位移速率明显减慢，围岩基本稳定。　量问题。本人通过实践对相关资料的收集并分析认为．施工中主要存　在以下几个方面可能会导致衬砌混凝土出现裂缝：　２．２．１　隧道开挖工艺　（２）产生的位移已达预计总位移的８０％～９０％。　（３）边墙的位移速率小于０．１～０．２ｍｍ／ｄ，拱顶的下沉速率小于　０．０７－０．１５ｍｍ／ｄ。　（４）稳定性很差的围岩，在较长时间不能达到以上要求，喷混凝土　多变，很难完全了解。为了及时掌握变化的情况，指导施工．就要重视　后出现大量裂缝，应用较强的二衬支护形式及早施作二次衬砌，以改　测量和地质超前预报。地质超前预报的方法有：打超前探孔法，地震波　善围岩的变形条件。　隧道开挖的最大困难就是：隧道围岩、地质构造、渗水等情况复杂　法和超声波探测法。隧道开挖光面爆破的效果将直接影响到隧道初期　２．２３　防水卷材和二次衬砌混凝土的关系　支护的强度和稳定性，这也是造成是否出现裂缝的重要因素。所以，隧　二衬混凝土起到对初衬的加强和防止渗水的作用，它是防水卷材　道开挖的工艺也至关重要：一般都采用全断面爆破形式的开挖，为了　和二衬混凝土构成。二衬混凝土为钢筋混凝土，通过（下转第３１０页）　２０１１年第１期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｏ建筑与工程。　科技信息　配合统计工作，以了解项目及企业的资产状况。　管理，控制支出，防止目项目亏损。　４．２加强合同管理。项目管理应从源头上开始，也即从项目承接时开　４．５完善项目成果资料按程序签发提交制度并及时催收欠款。项目　始，无论勘察、测绘还是地灾项目，必须有书面合同。合同又称契约，是　完成，形成最终成果资料，是全体施工人员劳动成果和集体智慧的结　指平等主体的自然人、法人、其他组织之间设立、变更、终止民事权利　晶，在提交成果时，应当得到相应的劳动报酬。而这些报酬均来自项目　义务关系的协议。虽然合同订立的形式有多种，但作为企业管理，必须　的结算收入。没收入，所有的辛苦付出均付之东流。因此，提交资料时，　有书面合同，才更有利于分清双方责任，也有利于保护当事人的合法　首先对合同执行进行审核，完善统计报表的全部内容，其次，对没有结　权益和约束当事人的行为。没有合同，在权利受到侵害时，很难维护自　账的项目，不予签发。或经领导审批或经业务人员人员同意。作为业务　已的利益，即使通过其他形式能维护了自已的利益，但付出的代价太　人员，应负起应有的责任，及时开票催要欠款，保证资金回笼，必要时，　大。如果项目开始实施时没签订合同，也须在施工过程中尽快签订，最　可采取法律手段维护企业的权益。业务人员不仅要具备相应的专业技　迟也得在提交成果资料前签订。退～步说，即使没有合同但必须有对　术知识，熟悉项目核算，同时还要具备有关法律法规知识和强烈的责　方签字认可的工作量及结算费用总额凭证。合同签订是合同管理的先　任感，既要保证承接业务时有赢余，又要保证应收资金到位，严禁单位　决条件。合同签订是第～步，业务人员根据项目的大小经过核算与建　利益受到损失。　设单位签订合同，在管理中，业务人员收益应与其签约项目数量及效　４．６加强发票管理，提高资金回笼，减少垫支金额，促进企业良性发　益相挂勾，并对项目款结算承担相应责任。没有合同，特别是几千元的　展。在项目实施或者结束后，业务人员应及时开票催要帐款。开出的发　小项目，时问一长，即没合同又没有收入，拖时间再长，对方领导或人　票应按项目及人员进行登记，财务人员应定期清理开出发票的到帐情　员更换，连承办人都找不到。而有合同，就可以找到对方单位．即使人　况，避免久拖不结。同时，财务与统计部门应及时对接，核对每个项目　员更换，由对方单位承担责任，有利于问题解决，也避免了很多麻烦。　合同额及到帐和开出发票的数额。对项目合同全部履行完毕的作一终　对于信誉较差的个体及私企老板，宁肯不作，也不要淘神费力，浪费时　结．对没有履行完的提交业务人员或管理层督促。　间及精力。合同管理主要是检查合同履行过程中的漏洞和错误、合同　以上所述，笔者只是从建立内部项目核算统计管理部门，加强项　变更、合同纠份以及索赔和反索赔等事项。一般主要是对合同内容的　目核算统计管理的角度．寻求有利于企业良性发展的管理思路和办　变更审查。　　・法，而对于外部市场，需要企业自觉遵守国家的法律法规，共同创造良　４．３严格执行项目核算统计管理制度。项目统计是管理的必要手段，　好的市场环境，公平竞争。因水平有限，不足之处，望同仁同行批评指　没有统计就不可能全面了解项目运行状态，也不可能了解单项目的运　正。也希望所有工勘企业都有良好的收益。在此非常感谢我的同事领　行结果，以及企业整体的财务资产运行状况，完全是一笔糊涂帐。只有　导对我的支持与帮助。　按项目管理。才能明晰收支，找出管理不足，使企业走上良好的运行轨　道，同时也有利由对个人业绩的考核评定。　【参考文献Ｊ　测绘工程监理学．武汉大学出版社，２００５，３　４．４加强项目计划、预算、核算、借支及按项目报帐列支明细的登记　［１］孔祥元，主编．［２］谭道明，主编．企业管理概论．武汉大学出版社，２０００，３．　制度。对于竞争激烈的测绘、勘察项目．利润微薄．基本处于薄利多收　的一种状态，加强成本核算控制，是管理的重要手段。项目经理要搞好　施工现场的组织与协调，控制工程成本、抓紧工期，确保安全，确证质　量、按时或提前完成工作。对于项目费用支出，当借支或报帐超过合同　一作者简介：王春来。测绘高Ｉ，从事测绘管理工作。　定比例时．计划统计部门应起动预警提示，告诉项目负责人应加强　［责任编辑：翟成梁】　（上接第３２９页】矮边墙、仰拱和路基混凝土连为一体，形成完整的环　并通过全面细致的试验．保证砼外加剂的使用安全；保证拆模时最后　向拱。　浇筑的衬砌混凝土强度至少达到２．５ＭＰａ，同时减少拆模时对砼的挠　防水卷材是界于初期支护与二衬砌混凝土之间的一个结构层。防　动：及时对衬砌混凝土进行洒水养护，并采取必要措施严格控制砼温　水卷材具有的一定厚度及光滑面能为衬砌混凝土提供一定的自由伸　度的急剧变化，要求砼拆模时的内外温差不得大于２００Ｃ，养护期内砼　缩度，防止衬砌混凝土出现裂缝；同时衬砌混凝土出现裂缝后，防水卷　表面温度的变化速度不宜大于５０ＣＰａ；认真贯彻新奥法施工要求，进行　　材将发挥起防渗漏水的作用。如果防水卷材的厚度过薄，一方面降低　及时、详细的施工量测，以量测的数据及时修正设计并指导施工。了衬砌混凝土自由伸缩度，另一方面防水卷材又容易被挤压破坏，导　致隧道渗漏水。　２．２．４混凝土的养护　加强施工管理．保证工程质量。在洞室开挖管理、混凝土质量管　理、量测控制管理、施工工序等方面加强管理，杜绝塌方事故的发生，　以严格的管理制度保证工程质量。　必须保证拆模时的砼强度，如果拆模时的衬砌混凝土强度过低，　４结论　极易使衬砌混凝土在拱顶（抗拉）与边墙中部（抗压）的位置出现水平　围岩中开挖洞室虽然有很长的历史，但我们对围岩中的应力变化　拆模后必须及时对衬砌混凝土进行洒水养护，如不及时洒水养护，将　至今仍不清楚．今后应在这个方面进行广泛的基础研究，特别是应加　导致混凝土内部因收缩应力增大而出现裂缝。　强对围岩在洞室修成后的长期应力变化的研究，加强洞室修成后在自　２．３施工管理方面不善，工程质量不高　然降水作用下洞室周围应力的研究，搞清洞室修成后土中物理、力学　施工过程的管理没有严格按国家相关规范规程程序执行　具体表　参数的变化规律．对现行的施工进行指导。在施工中一定要针对不同　现在混凝土配合比达不到强度要求；施工振捣不密实导致衬砌中有蜂　的地层情况、不同的地层参数进行细化分析，加强量测工作，使结构层　裂缝。同时拆模时如有较大的挠动将直接影响衬砌混凝土内在强度；　窝使混凝土强度降低；坍方处理不当衬砌背后留有孔洞或空洞；超挖　能适应围岩应力的变化：改进施工工艺、加强施工管理，实现信息化施　回填不密实、欠挖不修整导致衬砌受力不均匀；不能完全理解新奥法　工。总之，应采取各种措施控制隧道衬砌产生裂缝，减少财产的浪费，　思想，在初衬变形未收敛的情况下施做二衬；拆模时间过早导致衬砌　改善隧道的运营安全，营造一个安全舒适的交通环境。ｌ　早期强度不足：冬季施工管理不善导致混凝土达不到强度要求；施工　用水管理不善，导致基底被水浸泡，使衬砌产生不均匀沉降等。　【参考文献】　［１］公路隧道施工技术规范．人民交通出版社，１９９５—７－１．　［２ｊ公路隧道设计规范．人民交通出版社，１９９０—６一１．　３预防及减少衬砌裂缝的措施　　改进爆破工艺，控制炸药量，以减少开挖爆破时炸药对围岩的扰　［３］凤懋润．中国公路和隧道建设ｌ中华人民共和国交通部．［４］吕康成，等．隧道复合式衬砌防水层损伤预防探讨．公路，２００１，１０（１０）　动，降低外部应力对衬砌混凝土的影响；必须保证初期支护的平顺度　及衬砌混凝土的结构层厚度；衬砌混凝土每模长度不宜超过９ｍ，以减　少砼内部的收缩应力；衬砌混凝土宜采用较大的骨灰比，降低水灰比，　［责任编辑：常鹏飞】　３１０