南城隧道裂缝检测及原因分析

摘要：近年来，既有隧道病害问题日益突出，本文以重庆市南城隧道为实例，研究运营期隧道衬砌裂缝检测方法，确定病害现状，分析病害原因，为隧道整体病害评估提供依据，同时为其它运营期隧道的病害检测提供了经验和借鉴。

关键词：隧道；裂缝；病害检测

中图分类号：U456.3+1文献标志码：A文章编号：

Abstract： In recent years the disease problems of the existing tunnels have become increasingly prominent.taking Chongqing south tunnel as an example, research the method of detecting the lining crack of the existing Tunnel, determine the disease status ,Analysis Disease reason, provide a basis for the tunnel overall disease assessment and Provide Experience and lessons for detecting the lining crack of other Tunnels.

Keywords:tunnel; crack; disease detection

前言

随着我国交通运输事业的发展，运营隧道的数量和里程不断增加，隧道穿越的地质条件越来越复杂，病害问题也日益突出。衬砌裂缝作为既有隧道中最常见的病害之一，其产生及发展对运营期隧道结构稳定性产生了一定的影响。通过对隧道裂缝进行检测，确定病害的成因机理及相互关联性，才能提出相关的治理措施，确保隧道的安全运营。本文以南城隧道为例，阐述裂缝的检测方法，研究裂缝产生的原因，为隧道的安全评估及病害治理提供了依据和参考。

1 工程概况

南城隧道北起菜园坝长江大桥南端苏家坝立交主线桥台台尾，南端与刚架地道相连。为单向双洞4车道，左线隧道全长1150米,右线隧道全长1163米，隧道横断面为10.5m，建筑限界净高5m。采用曲墙截面衬砌形式，隧道衬砌混凝土设计强度等级为C25。该隧道2007年建成，于2012年3月发现有衬砌混凝土开裂等病害现象，遂开始进行相应病害检测。

2 裂缝检测

裂缝检测主要包括宽度及深度检测两部分。现有的裂缝宽度的测量方法主要有以下几种：游标卡尺、裂缝显微镜、图像显示人工或自动判读的裂缝宽度测试仪器，本次采用图像显示自动判读的裂缝宽度测试仪器进行裂缝检测。裂缝深度检测主要采用超声波法进行，利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间、接收波的振幅、频率和波形等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷，从而判断裂缝的深度。裂缝检测结果如下：

（1）裂缝以环向裂缝及纵向裂缝为主,斜向裂缝较少，以左右两拱腰上居多，少数已发展到拱顶；（2）裂缝在隧道全长范围内分布较为广泛，以AYK2+350及AYK2+750处较为集中，其它位置处散落分布，并不密集；（3）裂缝宽度多在2mm之内，最宽处为1.8mm。衬砌裂缝分布情况示意图见图1。

图1 南城隧道裂缝示意图

3 裂缝原因分析

既有隧道产生裂缝变异现象主要受到以下因素影响：1、地质与环境因素，主要包括外力作用，如松弛土压，突发性崩塌、偏压滑坡等2、材质劣化因素，主要包括经年劣化、冻害、盐害及钢铁腐蚀等因素3、设计因素，如设计衬砌厚度不足，无仰拱等4、施工因素，如二衬与初期支护间脱空、不密实。隧道衬砌裂缝是在以上一个或多个因素作用下的变异结果，要准确判断裂缝产生的原因需要综合考虑各方面因素。限于篇幅，本文对AYK2+505~ AYK2+525处裂缝产生原因进行分析，为其它部位裂缝提供指导和借鉴作用。该段隧道病害示意图见图2。

图2 AYK2+505~AYK2+525处隧道病害示意图

通过使用地质雷达探测仪对隧道二次衬砌及仰拱厚度进行检测，结果显示：（1）AYK2+505～AYK2+518左拱腰处设计厚度二次衬砌厚度不足，缺陷长度为13m，缺陷深度为3～9cm。（2）AYK2+518～AYK2+522左拱腰处存在衬砌空洞，空洞范围为0.9m²。通过超声回弹综合法对混凝土强度进行强度检测，发现此处混凝土强度满足设计规范要求。

通过对该处隧道衬砌所处环境的综合分析，得到该处衬砌裂缝原因如下：

3.1 衬砌厚度不足

隧道二次衬砌是与初期支护一起，承受各种荷载并使隧道支护体系具有足够安全储备的重要结构物。由于隧道施工过程中开挖成型差、欠挖及初期支护侵入衬砌限界等原因，将造成二次衬砌厚度不足，进而导致隧道衬砌承载能力明显降低。根据资料显示，在同样位移条件下，如满足设计厚度的承载力为1，则衬砌厚度为设计厚度的3/4时，其承载力为0.4，衬砌厚度为设计厚度的1/2时，其承载力仅为1/12。由此可见，衬砌厚度不足严重影响了二次衬砌结构的承载能力，病害区域安全系数降低，在围岩荷载作用下导致局部弯矩、剪力和轴力显著变化，从而促使裂缝的产生，示意图见图3。

3.2 衬砌空洞

在隧道施工过程中，在地质条件，施工方法等多种因素的影响下，衬砌背后留有空洞的现象非常普遍。研究表明，空洞对结构承载力的影响是明显的，当空洞较小时（小于0.5m）对其影响不大，随着空洞直径的增加对安全系数的影响也随之增大。衬砌背后空洞的存在将导致该断面产生偏压，一侧为主动土压，另一侧为被动土压，主动土压侧在拱肩部位产生纵向的开口开裂，被动土压侧产生环向或斜向开裂，示意图见图4。

图3 衬砌纵向裂缝示意图 图4 衬砌环向裂缝示意图

3.3 材料劣化及其它施工因素

材料劣化主要包括混凝土碳化、盐害、有害水及钢铁腐蚀等，隧道自建成起，洞内交通量大，车辆排放尾气对衬砌混凝土造成一定影响；另一方面，由于施工原因，如混凝土拌合时间过长，捣鼓养护不充分，过早拆除模板等也是造成衬砌混凝土开裂的原因。

4 结论

运营期隧道由于其自身独特的结构特征和所处的地理环境．发生裂缝病害是在所难免的，通过对裂缝的检测以及开裂原因的综合分析，得到该研究段衬砌裂缝的产生原因是由衬砌厚度不足、衬砌背后空洞、材料劣化等造成的，为隧道整体病害评估及病害整治提供依据。

参考文献:

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