建筑设计 ２０１３年（第４２卷）第９期 关山隧道衬砌裂缝病害分析与防治措施研究 邓玉国 （甘肃省平凉公路总段，甘肃平凉７４４１００） 摘要：本论述对甘肃省关山隧道的衬砌裂缝病害进行实地勘察分析。按照病害的性质和形态，把该衬砌裂缝病害分成干 ｔ 缩裂缝病害、温差裂缝病害、荷载裂缝病害、沉降裂缝病害、施工缝开裂病害五类，并对各类病害的形成原因进行详细分析。 结合目前隧道衬砌裂缝防治中常用的措施与经验，提出了加强衬砌自身强度和提高围岩稳定性两个方面对关山隧道衬砌 裂缝病害的防治措施。 关键词：关山隧道；衬砌裂缝；病害分类；原因分析；防治措施 一 ’ 近年来，伴随着我国经济、科技的持续快速发展， 甘肃省的公路建设也得到了飞速的发展。特别是西部 大开发以来，甘肃省各地掀起了一场前所未有的公路 大建设热潮。当公路通过地形复杂的山区时，隧道往往 成为必然的选择。由于隧道所处的地质条件和自然环 件表面出现了干缩裂缝病害，运营阶段也出现了几处 干缩裂缝，宽度在０．０５—０．１ｍｍ，长度约０．５～２ｍ。干缩裂 缝病害主要是由于混凝土硬化过程中气温过高，水份 过度散失，使干缩产生的拉应力大于混凝土的抗拉强 度，致使混凝土产生裂缝病害。其特征是表面开裂，缝 宽和长度都很小，走向没有规律，多为平行线状或龟纹 状。 境较为复杂，隧道的修建和运营过程中常出现一些病 害，如衬砌裂缝、渗漏水、路面断板等。其中，衬砌裂缝 是影响较为严重的病害之一，若不及时治理，经过扩展 后会导致掉块和坍塌，危及隧道结构的安全。 关山隧道位于甘肃省平凉市华亭至庄浪交接的关 山，总长２８２５ｍ，最大埋深３１０ｍ，是甘肃省第二长单洞 公路隧道，其进口位于两冲沟交汇部位，出口位于桥子 沟口，进、出口地形均较陡。根据实地勘察，关山隧道的 衬砌出现了一些裂缝病害，这给隧道的安全埋下了隐 患。因此，探讨和分析衬砌裂缝病害的主要形成原因， 干缩裂缝病害产生的原因主要包括混凝土材料属 性方面、混凝土硬化过程水分蒸发程度和外部约束条 件。混凝土材料属性方面包括水泥品种、用量及水灰 比，砂石骨料的大小及其他夕Ｉ－￣Ｊｎ剂种类和数量。混凝土 硬化过程中外表面水分蒸发程度比内部大，水分损失 快，收缩变形到一定程度就产生干缩裂缝。混凝土梁、 板受到支座等外部约束，不能自由伸展，产生的约束应 力也容易造成干缩裂缝。 １．２温差裂缝病害 并采取相应的防治措施，延长关山隧道路面的使用寿 命，具有重要的意义。 关山隧道的海拔高，地下水位高，昼夜温差大，容 易造成温差裂缝病害。通过调查发现，关山隧道在混凝 １ 衬砌裂缝病害分类及原因分析 关山隧道在运营过程中产生的衬砌裂缝病害受到 土浇筑初期和拆模后出现了多处不同程度的温差裂缝 病害。温差裂缝病害在关山隧道的衬砌裂缝病害占很 大的比重。 多方面因素的影响，包括当地气候条件、关山的地形地 质、隧道的围岩结构等。按照病害的性质和形态，把该 衬砌裂缝病害分成干缩裂缝病害、温差裂缝病害、荷载 裂缝病害、沉降裂缝病害、施工缝开裂病害五类。 １．１干缩裂缝病害 温差裂缝病害是由于混凝土在硬化过程中产生大 量的热量，使得混凝土表面与内部呈现一种梯度式温 差，进而形成温度应力。当温度应力超出混凝土本身的 内外部约束力时，容易产生温度裂缝病害。温度裂缝病 害由于受Ｎ￣＇ｔ－界温度的影响，呈现出冬季较宽、夏季较 关山隧道在混凝土浇筑完毕后一段时间内局部构 作者简介：邓玉［￣（１９７２一），男，汉族，甘肃平凉人，工程师，主要从事公路＿Ｔ程和公路养护管理丁作。 ７６ ２０１３年（第４２卷）第９期 建筑设计 窄的现象。 １．３荷载裂缝病害 关山隧道在设计阶段充分考虑了各种地质、围岩 荷载等因素，开通至今暂未出现荷载裂缝病害。 荷载裂缝病害主要是由于当混凝土构件受拉区受 到的主拉应力大于其抗拉强度或主拉应变大于其极限 拉伸应变时，导致受拉区混凝土被拉开，从而产生裂 缝。在工程项目设计阶段对构件抗拉强度、模板及支撑 刚度设计过低，在施工阶段不严格按照施工规范进行 操作，都有可能造成荷载裂缝病害。 １．４沉降裂缝病害 关山隧道在洞口、不良地质地带出现了轻微的沉 降裂缝病害，主要表现为剪切裂缝和弯曲裂缝两方面。 沉降裂缝的宽度较宽，且常有扩展的趋势，严重影响隧 道的结构安全。 ， 沉降裂缝病害可能有下面几个方面造成：由于结 构地基土质不匀、松软或浸水，造成了基底不均匀沉 降而出现沉降裂缝；在施工阶段，混凝土浇筑之前未 彻底清除基础部位的虚渣，致使浇筑后基底产生不均 匀沉降而出现沉降裂缝；混凝土浇筑后，初期支护与 墙顶之间的虚渣或空洞若未及时处理，也极易出现沉 降裂缝。 １．５施工缝开裂病害 施工缝又称接茬缝，可以看作是一种特殊的二次 衬砌裂缝。关山隧道施工过程中，也出现了几处施工缝 开裂病害，宽度约为０．１—０．２ｍｍ，长度约为３￣５ｍ。 施工缝开裂病害主要是由于在施工过程中因停 电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过了 其初凝时间，又没有对接茬部位的混凝土基础表面进 行凿毛处理，或者凿毛后没有用水冲洗干净，也没有铺 水泥砂浆垫层，就在原混凝土表面浇筑 昆凝土，致使新 旧混凝土接茬间出现较大的裂缝。同时，若挡头板不 严，漏浆严重也会使施工缝处混凝土强度降低，在温度 应力等条件下容易产生施工缝开裂病害。 ２衬砌裂缝病害防治措施 由上述可知，关山隧道的衬砌裂缝病害可能由多 个因素引起。根据我国《公路隧道养护技术规范》 （ＪＴＧＨ１２—２００３）中，隧道衬砌裂缝的评定标准见表１ 所示。 表１ 隧道衬砌裂缝评定标准 等级 裂缝状态 安全程度 措施 因此，为了有效地控制或消除衬砌裂缝病害问题， 提出了加强衬砌自身强度和提高围岩稳定性两个方面 对路面病害的防治措施。 ２．１ 加强衬砌自身强度 （１）在设计阶段，根据关山隧道的地形地质、气候 温度、围岩荷载等条件，选用适宜并经严格检查后的原 材料，严格控制衬砌混凝土的配合比、拌合时的水灰 比，使其满足弯拉强度、工作性、耐久性三项设计指标。 （２）在施工过程中，要求施工队伍严格按照规范操 作流程进行隧道衬砌施工作业，并衬砌厚度、强度、质 量都满足设计要求。 （３）在养护阶段，加强衬砌强度方法包括直接涂抹 法、锚喷加固法、碳纤维加固法、凿槽嵌补法。直接涂抹 法是将水泥基渗透结晶型材料直接涂抹到衬砌混凝土 基面上，使材料渗入填满衬砌裂缝。锚喷加固法是将混 凝土喷射到隧道的衬砌裂缝上，使新旧混凝土粘结形 成组合拱，后抹平衬砌表面、封闭裂缝，从材料强度与 结构刚度上加强衬砌强度。碳纤维加固法是将碳纤维 布粘贴至隧道衬砌裂缝处，通过碳纤维布和混凝土梁 之间的粘结效应来提高隧道衬砌的承载力。凿槽嵌补 法是沿裂缝凿宽为２－５ｅｍ的槽，后用接缝材料进行填 缝，并捣固密实，并用防水砂浆抹平衬砌表面。 （４）关山隧道养护部门应该定期进行隧道安全检查， 及时发现衬砌裂缝病害，并作出合理的解决方案，确保 隧道的养护质量。按照“有缝必灌，灌早灌好”的养护理 念，将病害遏制在萌芽状态。 ２＿２提高围岩稳定性 提高围岩稳定性主要是通过加固围岩，提高围岩 岩体的刚度、完整性、整体强度。 （１）在设计阶段，详细勘察分析关山隧道的地形地质、 围岩类型、地下水位、隧道外侧地压分布等条件，精确计算 围岩压力，设计适合的开挖方法、围岩的支护类型。 （２）在养护阶段，提高围岩稳定性的措施主要包括 锚固注浆法、深孔注浆法。锚固注浆法（下转９６页） ７７ 财经与法 款等落不到实处。二是法律障碍。当前要对已 有的法律、法规、地方做一个梳理和清理，防止出 现“法律互消”的现象。三是征收障碍。由于房产税属于 个性化征收，因此无论国内外，房产税都是征收成本很 高的税种。 ４．２展望 ２０１３年（第４２卷）第９期 中国财税体系完善过程中的制度选择。当前，我国不能 因为房价等原因而过分期待“一步到位”的在全国范围 内推出房产税，房产税的广泛开征还面临着一些难点 和问题。我国应从试点城市中吸取经验和教训，为今后 进行全面的房产税税制改革夯实基础。 建立不动产统一登记制度。建立以公民身份证号 我国正处在城市化快速发展中期，真实的城市化 率不足４０％，这个阶段，住房刚性需求和改善型需求巨 码和组织机构代码为基础的统一社会信用代码等制 度，从制度上加强和创新社会管理，并为预防和惩治腐 大。只要社会稳定，未来一二十年房价上涨仍是大概率 事件。开征房产税，真正感到有压力的还是中低收入的 普通百姓。 败夯实基础。但同时要看到，在全国联网未实现的背景 下，不动产统计登记制度又将成为不给力的纸老虎！ 参考文献： 就我国当前的国情而言，要想控制房价，促进房价 回归到合理水平，最有效的办法不是征收房产税，而是 大量增加供应，除此别无良法。在不增加供应的情况 ［１］刘芳．房产税的终极改革目的为物业税［Ｊ］．赤峰学院学报 （自然科学版），２０１１，２７（５）：６１—６２． ［２］魏勇．我国开征房产税的可行性研究［Ｊ］．云南农业大学学 报，２０１１（０３）． 下，任何类似限购、限价等，最终都无法阻挡 房价上涨的步伐。 开征个人房地产税并不是一朝一夕的改革，而是 ・［３］刘恒．物业税的开征及其难点透析［Ｊ］．涉外税务，２００４（０４）． 一． －— ”—・ “＋－＋一＋一＋ 一＋一＋一—＋－一—－卜一—＿卜 —・卜 ＋＊—・卜－—－卜・ （上接７７页） 针对的是围岩级别较高的岩体，方法是先用风钻打深 度约４～６ｍ的孑Ｌ，后打人金属锚杆并压注水泥砂浆，使 衬砌周围破碎的岩体相互粘结，形成一定厚度的承载 拱，来有效地稳定围岩。深孔注浆法是用风钻打深度约 ４～６ｍ的孔，向衬砌周围破碎不稳定的围岩压浆，使围 岩形成一个固结圈，来提高围岩的稳定性。 （３）平凉市森林资源管理部门应尽量保护好关山 上的地质地貌，禁止在关山上进行大型开采活动，来增 治措施经验，提出了从加强衬砌自身强度和提高围岩 稳定性两个方面对关山隧道衬砌裂缝病害的防治措 施。实践证明，同时采用这两方面措施，可以有效的防 治关山隧道的衬砌裂缝病害，进而提高隧道的使用寿 命和安全通行。 关山隧道的衬砌裂缝病害防治是一项长期性、综 合性的工作，应采取预防为主、综合治理的原则，采取 科学有效的措施，来保证关山隧道的安全畅通。 强山坡地的水土保持能力，减少地质灾害对关山隧道 的围岩稳定性的破坏。 参考文献： 针对关山隧道出现的衬砌裂缝病害情况，同时采 ［１］ 曲铭山，杨俊仓．甘肃关山环境水文地质问题及防治建议 ［Ｊ］．甘肃科学学报，２００３，１５（２）：２０６—２０８． ［２］乔衡，宋卫忠．前岭隧道衬砌混凝土裂缝成因分析［Ｊ］．甘 肃科技纵横，２００３，３２（５）：２６—２７． ［３］张晓航．公路隧道衬砌裂缝产生原因和整治措施［Ｊ］．路基 工程，２００７，２７（４）：１６６—１６７． 用加强衬砌自身强度和提高围岩稳定性两方面的措 施。采取措施后，衬砌基本无裂缝病害，衬砌结构变形 明显得到控制。 ３结束语 本文通过对关山隧道的衬砌裂缝病害的现状进行 ［４］ＪＴＧ Ｈ１２—２００３．公路隧道养护技术规范ＩＳ］．北京：人民交通 出版社，２００３． 详细调查并分类，分析得到各种病害的主要形成原因。 充分考虑到关山隧道的总体情况、地形地质、自然气候 等条件，并结合目前国内外对隧道衬砌裂缝病害的防 ９６ ［５］ 陈东桂．高速铁路隧道衬砌裂缝病害及其整治措施研究 ［Ｄ］．长沙：中南大学，２０１２．
