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1、1. 衬砌裂损常规原因调查 隧道衬砌裂损既有外力造成的原因，也有衬砌结构内部产生原因。外因包括隧道围岩松弛、偏压、承载力不足、地层下沉、地震荷载和膨胀性土压等，内因有衬砌材料劣化、施工不当、设计缺陷等。衬砌裂损由多方面原因共同联合并且反复作用的结果。衬砌裂损原因如图所示。衬砌裂损原因调查1.1. 围岩松弛引起隧道裂损松弛地压由于围岩自然松弛，无法支持围岩自重而作用在衬砌上的荷载，是以垂直压力为主，隧道拱顶处沿纵向多产生张开性的裂纹。围岩松弛地压在各种围岩中表现为：在硬岩中，岩层节理面受到常年风化，结合力降低；在软岩、砂土中，因干湿和冻融反复导致围岩松弛；在软岩和粘性土中，因地下水增加使围岩粘结
2、力降低。1.2. 偏压引起隧道裂损隧道衬砌作用的围岩压力显著不对称导致衬砌裂损，一般多发生斜坡地形处。洞口的偏压衬砌强度不足、填压土不足、隧道无仰拱以及地表水渗透使土压增加都会导致隧道偏压；从地质因素来说，岩堆地、崩塌地、滑坡地带、河流冲击地带、软岩、强风化地带、硬岩倾斜节理以及断层和岩石破碎带都容易产生隧道衬砌裂损；从人为因素来说，施工中崩塌处回填不足导致偏压是发生裂损的重要原因。1.3. 膨胀性土压引起隧道裂损膨胀性土压挤压围岩使隧道净空缩小的作用于衬砌和支护结构上的土压。主要由于风化围岩或者粘粒成份主要由强条水性矿物质组成,并且具有显著胀缩性的粘性土体积膨胀引起土压力增大。隧道的开挖改变
3、了隧道周边的地层应力状态，当围岩强度小于埋深压力或强度劣化显著，隧道周边的塑性区会扩大，使得作用在衬砌上的围岩压力增加。另外隧道经过长期使用，会产生一些构造上缺陷，比如衬砌背后的空洞，也会扩大隧道的塑性区，增大膨胀土压，引起衬砌结构的裂损。1.4. 承载力不足引起隧道裂损隧道边墙底脚承载力不足会造成隧道不均匀沉降，常见于风化变质围岩和倾斜地形的隧道，而且隧道产生的变异会进一步加速不均匀下沉。造成承载力不足主要原因有：土压力增加、围岩劣化、塑性区扩张到边墙底部、围岩含水量增加、寒冷地区围岩的冻结与解冻作用、边墙底部支持面积不足、基础深度不足等。1.5. 地层下沉引起隧道裂损地层下沉大多是由于地下
4、空洞形成，这种空洞有自然因素造成的，比如溶洞，也有人为因素造成的，比如地下采矿。地层下沉导致隧道在纵向方向发生屈折，并产生环向裂缝。地下空洞不仅造成隧道本身下沉，隧道周围的结构物也会受到影响。1.6. 地震引起隧道裂损地震对围岩地质条件较差的隧道造成影响，这类围岩容易发生坡体滑动、崩塌、断层错动，且隧道本身已经发生的或潜在的缺陷会加剧隧道衬砌裂损。地震灾害的严重程度不仅与地震规模、距震中的距离有关，而且与隧道本身的弱点密切相关。1.7. 材质劣化材料随着时间推移，混凝土发生碳化，不仅影响混凝土的密实性，也造成钢筋腐蚀。混凝土的水灰比和周围环境的温度对碳化速度有重要影响，水灰比越小，混凝土越密实
5、，碳化速度越慢；而温度过高过低都会让碳化速度加快。在寒冷地区，冻害是材质劣化的最重要的原因。冻害发生的主要原因是混凝土中的水分冻结并伴随着体积膨胀，引起混凝土表面集料剥落，冻融反复作用导致隧道衬砌开裂。另外，衬砌背后的地下水含有酸性成分，对衬砌具有腐蚀性。有害的地下水使接触衬砌的内部或表面材质劣化，在钢筋混凝土结构中能使钢筋的强度降低，从而导致隧道衬砌承载能力下降，造成隧道衬砌的裂损。1.8. 施工因素（1）施工时应处理好的施工缝、变形缝(温度缝、沉降缝)，因施工质量问题没有处理好而出现裂缝，它们主要表现为平行于隧道衬砌环，产生的主要因素是施工质量与混凝土结构本身等因素。（2）受施工技术条件限
6、制，施工质量管理松弛和不善，混凝土材料检验不力，施工配合比控制不严，水灰比过大，混凝土捣实质量不佳，拱部浇注间歇施工形成水平工作缝，混凝土模板不平等因素，修成的隧道衬砌在施工缝处产生裂缝，以及衬砌混凝土表面产生蜂窝麻面等衬砌质量不良，降低承载能力。（3）施工测量放线发生差错、欠挖、模板拱架支撑变形、塌方等原因，造成局部衬砌厚度偏薄或衬砌结构受力不对称，降低了衬砌承载能力。（4）由于施工方法和施工组织不当，在施工过程中各工序紧跟不上不能及时成环，如落中槽挖马口时拱部衬砌悬空段过长、支撑段长度过短，支撑的稳固条件和强度不足，都会造成不均匀沉降和拱脚内移，常在拱顶和拱腰处出现裂缝。（5）模筑混凝土衬
7、砌拱背部位常出现拱顶衬砌与围岩不密贴的空隙，不及时回填密实，就形成拱腰承受围岩较大荷载，拱顶在一定范围存在空载，从而形成对拱部衬砌不利的“马鞍型”受力状态，正是导致拱腰内移张裂、相应拱顶上移、内缘受挤压等常见病害产生的荷载条件。1.9. 设计因素隧道设计时，因围岩级别划分不准、衬砌类型选择不当，造成衬砌结构与围岩实际荷载不相适应而引起衬砌裂缝病害。隧道穿过偏压地段、断层破碎带、褶皱区等局部围岩松散压力或结构力较大的地段，衬砌结构没有相应地采取加强措施。2. 隧道衬砌裂损常规整治方法一般来说，隧道衬砌的裂损，多为年久劣化并与漏水有关、此外，有围岩松弛、偏压、膨胀性土压、地震等外因也起一定作用。作
8、为内因，混凝土的水泥用量不够、施工缝填充不良等材质问题、碱性反应等也将促进劣化。在衬砌的裂损调查中，关于裂损的原因、裂损的范围，都要正确地了解。这对选择合适的处置方法是很重要的。对裂损衬砌的整治，需正确地掌握裂损原因及其程度、范围，并考虑措施的效果、施工性等，安全而经济地进行。在整治裂损衬砌时，首先要选定与裂损程度和原因相适应的整治措施，其次要考虑劣化部位、衬砌块体的掉落、限界的余裕量等。此外，对渗漏水、腐蚀等病害，一并综合进行整治，贯彻彻底整治的原则。如何选用整治方法，要考虑衬砌裂损原因、裂损程度、隧道净空、对运营干扰限度(封锁时间)、整治费用等因素，现在，国内外对隧道衬砌病害的加固方法有很
9、多，但由于受到净空以及运营条件的限制，因此在不同阶段、不同隧道、不同地质条件、不同的病害形式、不同应力场所采取的加固方法都是不同的。目前，隧道维护加固方法主要有嵌缝法、开裂压注法、防护板补强法、金属网补强法、内衬补强法、拱架补强法、内表面补强法、局部改建及改建。2.1. 表面清扫、凿除及开裂压注一、表面清扫衬砌表面被各种附着物污染时，需要进行清扫。表面清扫也适用于其他对策的前处理。表面清扫是当衬砌表面被煤烟、游离石灰、晶花、霉菌、油脂等附着物污染时，清除这些污染物的方法。表面清扫作为其他对策的前处理也是必须进行的作业。特别是在内表面补强，部分改建中，为了既有衬砌和补修材料确实地附着，要特别仔细
10、地进行表面清扫。表面清扫作为补修方法的前处理作业，必然与凿除劣化部分作业同时进行，尤其是进行嵌缝、喷锚加固和局部改建时，务必使补修材料与既有衬砌确实附着。该项工作要特别精心地进行。在表面清扫中应注意以下事项：用目视检查等，事先掌握附着物的种类、范围、深度、衬砌的劣化状况等；除去煤烟、游离石灰、晶花等;煤烟、游离石灰等的清除，视工地的状况可采用喷砂器、射水、压缩空气、钢丝刷等进行；劣化部分要敲落；清除霉菌时，要作为产业废弃物处理，废弃时要注意。视需要对局部劣化部分加以凿除。劣化部分范围很大、局部劣化显著时，要研究采用其他方法的必要性。霉菌、污泥作为产业废弃物处理时要注意：用药品清除的方法正在开发
11、，日本东北新干线有些隧道已实证其效果；但经济性还有些问题。尚不能实用化。二、凿除凿除适用于衬砌块有掉落的可能和衬砌表面局部劣化的场合，或其他对策的前处理时采用。进行凿落时，应根据状况用补修材料修复断面。当修内衬而富余量不够时，衬砌不受地压的情况下，亦可在其范围内加以凿除。设计、施工上的注意事项：施工前，应用目视检查、打击声检查，确实地掌握衬砌的劣化状况。劣化和剥落显著、凿除可能损害衬砌功能时，应研究采用其他方法。凿除作业：视当地的情况用喷砂器、高压射水、压缩空气、电动锤、锤、钢凿刀等，力求将劣化部分完全除去。由于凿除，衬砌内面形状变为极端凹凸，对衬砌的有效厚度有所妨碍时，要视衬砌的材质、妨碍的
12、范围、厚度等对断面加以修复。此外。当其范围很大时要研究同时采用其他方法的必要。视当地的状况，凿除不适当的地点(例如锚杆附近、把衬砌凿除会形成力学上的不稳定地点)应研究采用防护板等方法。凿除后，劣化部分是否完全除去，应用打击声检查确认。断面修复。三、开裂压注开裂压注适用于有可能块状化的开裂地点。一般来说，开裂压注是向开裂处压注注浆材料，使因开裂而降低的刚性得到某种程度恢复。在素混凝土衬砌的场合，即使发生开裂通常认为结构体也是十分安全的。因此，开裂压注的目的是用压注注浆材料确保衬砌的一体性。要注意这与钢筋混凝土结构的目的是不同的。1、开裂压注的方法（1） 手动式压注方法手动式压注方法是在开裂处安设
13、压注管，采用泵进行压注。该方法比较简单，但掌握压注量比较困难。（2） 自动式压注方法自动式压注方法是利用橡胶、弹簧、空气压力等，用一定压力(低压)把树脂压入。该方法能够压注微细的开裂(例如0.02mm)，压注量的管理是通过压注器具进行的，比较容易。（3） 机械式压注方法机械式压注方法是在开裂处安设压注管，用自动混合机进行压注。因为是机械压注，能够采用比较高的压注压力，但掌握压注量也比较困难，而且压注材料易于泄漏。（4） 其他方法把压注材料按配比进行混合搅拌，并充填到压注机具中(自动压注的场合)，进行压注。2、施工步骤一般来说，开裂压注的施工步骤如下：（1） 沿开裂5m左右的宽度，用器具把灰尘等
14、除去；（2） 将压注管安设在开裂部位的中心；（3） 开裂部位安设板材并进行养生；（4） 把压注材料按配比进行混合搅拌并充填到压注机具中(自动压注的场合)，进行压注；（5） 进行养生；（6） 拆除压注机具、压注管等，并整平表面。（7） 低压自动压注方法，一般压注压力约40MPa，一次压注量约40-60 3、注意事项在设计、施工上应注意以下事项：注浆材料一般有无机和有机两种，各有特色。游离石灰和钢筋混凝土衬砌出现锈迹的地点，也可能出现附着不良的情况，要加以注意。施工时，也可能从背后流出，要对压注压力和压注量进行充分的管理。有机系注浆材料从与混凝土的附着性和耐碱性来看，环氧树脂、聚脂树脂是比较好的。
15、同时也能够压注到微细的开裂中，但要注意根据衬砌表面的干湿状态选择注浆材料。无机系注浆材料，因为粘度低，用低压力进行压注，即可能获得所要求的附着力。2.2. 防护板补强法防护板适用于开裂处和部分混凝土施工缝处，适用于由于局部的材料劣化，在比较狭小的范围内衬砌块有可能掉落的场合或设置拱架或内衬净空没有富裕的场合。防护板是在比较狭小的范围的衬砌表面用锚栓等固定L型钢、平钢和钢板等以防止剥落的方法。由于与既有衬砌一体化，而在某种程度上使衬砌的承载力得到加强。一般用于紧急补强和补修。防护板的施工例和施工状况示于图1-1和图1-2。图1-1 防护板的施工例（断面修复+防护板+锚杆）图1-2防护板的施工状况
16、（L型钢+锚栓）采用L型钢时，要充分考虑补强部位，补强范围，以决定构件长度、安装距离等。图1-3表示各处防护板实例，视变异况有多种方法。其应用原则如下：a )是把劣化部分用平钢和型钢紧急补强例。为了防止小片剥落，最好与b)中所示金属网等合用。a)和b)都不能增加衬砌的强度，但能对变异进行追迹调查，是有利的。c )是使用兼有导水功能的半透明FRP(玻璃纤塑料)预制板。d )是用钢板的实例。钢板与衬砌成为一体，在一定程度上可增加衬砌的强度。e )是劣化部分用平钢和型钢补强。尤其是锚杆加强，适用于开裂等集中、劣化和剥落特别显著的地方。对于明显地段的混凝土结构物，可采用钢板补强的方法（图1-4、表1-1）。
