衬砌裂损原因分析

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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

2、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。1.1.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

3、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。1.2.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

4、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。1.3.地层下沉引起隧道裂损地层下沉大多是由于地下空洞形成，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。1.1.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

5、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。1.2.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，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

6、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。1.3.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

7、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

8、”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。1.1.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