摘  要………………………………………………………………………..……3

第一章  前 言 ......................................................................................................4

   1.1  研究的背景及意义 .......................................................................................4 

1.2  国内外隧道发展概况 .............................................................................4

1.3  工程概况 .................................................................................................6

1.4  本文的主要内容 .....................................................................................6

第二章   隧道产生开裂的主要原因 .................................................................7

2.1  地质问题隧道施工中的地质问题 ........................................................7

2.2设计问题主要 ............................................................................................7

   2.3施工质量问题 ............................................................................................8

2.4环境影响问题  ...........................................................................................8

2.5自然灾害或其它原因 .................................................................................8

第三章 二次衬砌带裂缝隧道的稳定性分析 ....................................................10

3.1力学模型 ....................................................................................................10

   3.2裂缝位置确定 ............................................................................................11

第四章  富寮隧道有关施工裂缝的控制 ............................................................14

4．1、隧道排水的处理 ..................................................................................14

4．2、隧道的锚杆加 ......................................................................................17

4．3隧道的二次衬砌的砼强度、配合比、厚度 .........................................20

4．4、隧道的超欠挖 ......................................................................................23

第五章、裂缝治理技术 ........................................................................................25

5．1．拆除重建法 ..........................................................................................25

5．2．锚固注浆法 ..........................................................................................25

5．3．挂网喷浆法 ..........................................................................................25

5．4．套衬补强法 ..........................................................................................26

5．5．骑缝注浆法 ..........................................................................................26

5． 6．凿槽嵌补法 ........................................................................................26

 5．7．直残徐环法 ..........................................................................................27

第六章   结论与建议 ..........................................................................................28

6．1隧道开裂的一般规律 .............................................................................28

6．2避免隧道的施工裂缝的主要要注意点 .................................................28

参考文献 ................................................................................................................30

摘  要

   隧道衬砌开裂将影响隧道的承载能力和使用安全。文章主要分析了富寮隧道开裂状况及原因，研究了衬砌开裂隧道的稳定性，并提出了相应的裂缝治理技术,并就隧道施工中引起的裂缝控制进行研究。

关键词：  富寮隧道  衬砌开裂  裂缝开裂标准  稳定性  治理技术

          施工  裂缝

第一章  前 言

§1.1研究背景及意义

世界上许多国家和地区都很重视公路隧道的建设，特别是北欧国家和日本由于其自身地形和地貌条件，大力发展公路隧道，在国际上处于领先地位。挪威国内已建成公路隧道800座，日本连拱隧道自1974年的伊祖隧道，到2005年为止，已建成几十座。国内公路连拱隧道的建设中，较有代表性的有相思岭隧道、金竹林隧道、五龙岭隧道、福州象山隧道及广东莲花山隧道等，仅在福建省的福泉高速公路、罗长高速公路和三福高速公路中已建成和正在修建的连拱隧道就有25座。

 随着我国国民经济的发展和地面空间日益紧张，基础设施建设投人不断加大，隧道与地下工程正在迅猛发展。由于大部分隧道结构设计基准为100年，因此对其承载能力、使用安全要求很高。然而，由于运营年限、地质条件、气候条件、设计、施工及造价、维修管理等方面的原因，致使病害隧道数量越来越多，具体表现在：开裂、渗漏水、变形侵限、掉块、坍塌、基底翻浆冒泥、下沉、底鼓、冻胀等。其中开裂是比较严重的病害之一，有的隧道开裂以后因没有及时治理，致使突然掉块和坍塌，影响了承载能力，危及使用安全。

随着我国基础建设的发展我国的捡出建设以基本上达到了饱和状态，但是由于我国在前期的基础建设过程中，由于我国的经济等各方面的原因，工程的质量方面也不是很有保证，就如在我国早期修建的隧道由于当时的不同原因导致隧道到现在以存在不同程度的病害（就如隧道的排水，隧道的裂缝，隧道的衬砌强度不够等等的一些问题）。因此我们应认真分析隧道的病害，对隧道的开裂稳定状况，研究其产生的主要原因和治理技术。

§1.2  国内外隧道发展概况

    据现在资料记载，我国最早的交通隧道是位于汉西县的“石门”隧道，建于公元66年，是供马车和行人通行的。世界上最早的隧道是公元前2200年，巴比伦国王为连接宫殿和神殿而修建的隧道。

    隧道技术的进步，是在进入罗马时代以后，测量技术的出现，人们利用棚架支撑岩层和卷扬提升土石，从两端洞口开挖隧道，数量较多的各种用途的隧道和水工隧道开始增多，尤其是公元7世纪发明了火药，1679年用于法国拉恩开得克运河隧道开挖，获得极大成功，隧道挖掘技术得到飞速发展。19世纪的产业，隧道开挖出现了各种新方法。迎来了近代隧道开挖的新曙光。1818年布鲁内尔发明了盾构，意大利物理学家欧拉顿(Erardon)提出以压缩空气平衡软弱地层涌水压力防止底层坍塌的方法后，英国的科克伦（Co-chrane）利用这个原理，发明涌压缩空气开挖水底隧道的方法，第一次应用压缩空气和盾构修建水底隧道建设开始，最先开始应用凿岩特黑德（Greothead）实现的。在欧洲自贯穿阿尔卑斯山的辛普伦隧道建设的开始，最先开始应用凿岩机消化甘油（TNT）炸药来开挖岩石隧道。

我国古代在地下工程方面具有悠久的历史和辉煌的成就，远在几千年前就能开采矿石，是世界上采矿工业发展最早的国家。公元前1122年金属矿石开采已相当发达，公元1271－1368年就有深达数百米的盐井。奴隶为封建统治者修建的墓颉，如长沙的楚墓、洛阳的汉墓、西安的唐墓、明十三凌之一的定陵等都是规模较大的地下工程，这些历史古迹都显示出我国古代在隧道建筑方面卓越的水平。

1949年以前的近百年，由于长期处于半殖民地半封建社会，经济落后，地下建筑发展速度极其缓慢，隧道修建屈指可数，而且主要依靠人力开挖。1949年以来，为改变国家的经济布局，发展内地的经济，先后修建了几十条隧道比重较大的山区铁路，使得我国在铁路隧道的数量和施工技术上都有了较大发展，逐渐掌握了隧道建筑的近代技术，从人力为主题的施工转向已机械开挖为主体的施工，技术上有了质的飞跃。

我国公路隧道的建设发展相对迟缓。近几年高速公路建设的加快，公路隧道的数量已开始成倍增长，据不完全统计，到1999年底，我国已建成的公路隧道达1096座，单洞总长超过340km。

隧道技术的发掌表明：今后隧道技术的研究方向为非爆破的机械化施工、合理规划与环境保护、设计可靠合理、使用安全等方面。我国是发展中国，家，经济和技术力量基础海不太强，在隧道技术开发研究应在引进时，立足与国内技术力量，提高我国的隧道技术水平。

§1.3  工程概况

永嘉县富寮隧道修建贯通近6年，因当时资金等多方面原因，仅在隧道口和隧道内一小段进行衬砌，路面一直没有铺筑，排水管叶没有构筑，存在着较大的安全隐患，随着路口之下寮的公路改建完成，为了人们的出入便捷和保证行车应运的安全，富寮隧道的整修工程得非常迫切。

隧道全长696.2米，上塘侧隧道口有衬砌24米、下寮侧隧道口有衬砌2米、次的衬砌要增加很大的开挖和回填工程量。在轴线水准测量上也发现纵坡不顺，有波浪现象，纵波需要较大的填挖调整，为了利用设施。做好排水已有的多处泉水且水量较大，从围岩外观观测围岩已经大体稳定，围岩以三类、四类为主，现对隧道做一下的整修方案：

本隧道设计标准为山岭重丘三级公路标准，行车速度为30千米每小时。隧道宽7.0＋2×0.25米；衬砌统一采用40厘米厚C25砼模筑，在顶部回填较大和测压较大的地段（如桩号为K0+330,K0+350,K0+440）采用钢筋砼模筑衬砌，在围等级较低的地段采用瞄杆支付、1.2毫米的防水板和400克每平方米土工布、纵向PVC管和横向PVC管组成统一的排水系统；安全带中孔直径10厘米永于通讯、电力等管线使用；超挖部分用7.5号浆砌石片回填；

因建设单位未提供隧道围岩的勘探资料；钢筋混泥土模筑衬砌和杆支付的使用地段要根据施工过程实际情况及时调整，以取的最佳的衬砌效果。

§1.4  本文的主要内容

通过永嘉县富寮隧道工程的隧道衬砌施工、隧道的排水设施的施工以及部分衬砌隧道开裂的现象，来研究隧道二次衬砌的以下几点内容：

     1、隧道产生开裂的原因；

     2、在隧道施工中如何更好的控制隧道裂缝；

     3、隧道裂缝的防止方法。

第二章   隧道产生开裂的主要原因

隧道衬砌裂缝一般是指二次衬砌混凝土中的不连续面，肉眼可见的裂缝范围一般以0. 05 mm为界，一般的工业和民用建筑中，宽度小于0. 05 mm的裂缝对防水、防腐、承重都无危险性。对于一般的隧道二次衬砌，宽度小于0. 05 mm的裂缝对隧道的正常使用、承载无太大影响，可以不进行治理。因此，我们研究的裂缝治理技术，主要是指混凝土可见裂缝，即宽度大于0.05 mm的裂缝的加固和修补。

裂缝对隧道稳定性的影响比较复杂，它涉及到裂缝位置、方向、长度、宽度、深度、密度等诸多方面，为了便于实际工作中操作，参照国内有关规范的规定，可采用裂缝宽度进行判断，如果裂缝位置、方向、密度等对结构稳定十分不利，则相应的影响程度应考虑提高一个级别。

( GBJ 10-混凝土结构设计规范》第三章规定，钢筋混凝土结构的一般构件的最大裂缝宽度为0.4 mm。

 ( TB 10003-2001铁路隧道设计规范》第10章规定，钢筋混凝土衬砌结构构件，按荷载基本组合所求得的最大裂缝宽度Wmax不应大于0.2 mm。

根据国内有关的统计资料和参考文献，并结合作者调查有关的工程实例和病害整治经验，我国隧道产生病害的主要原因为地质问题、设计问题、施工质量问题、环境影响及其他因素。

§2.1  地质问题隧道施工中的地质问题

主要有软弱破碎围岩、岩溶、暗河、流沙、滑坡、膨胀性围岩、岩堆体、高应力、偏压、高水位、煤层瓦斯、石油天然气、高地温、地基不均匀沉降等，这些因素往往导致隧道支护结构变形、破坏、渗漏水或坍塌，尤其在深埋、高水位、富水区、岩溶隧道施工方面应引起高度重视。    

§2.2设计问题主要

是隧道位置选择不好，穿越的地质条件和环境条件复杂；设计的地质条件与实际偏差较大；结构形式和断面形式不合理，支护结构强度不够，防排水体系不完善，对混凝土收缩及温度应力未采取措施，细部处理不当，导致隧道使用年限减少

§2.3施工质量问题

主要是开挖和支护方法不合理，欠挖未进行处理，超挖未进行回填，支护结构背后存在空洞，隧道基底未清理干净，回填不合要求，衬砌结构未按要求配筋，混凝土灌注、拆摸、养护不合规定、厚度不够、强度不足、蜂窝麻面现象严重，防排水体系不健全或发生堵塞。   

§2.4环境影响问题

环境影响因素很多，主要表现在以下三个方面:    

①地下水的侵蚀，主要是受地下水的物理或化学作用，导致混凝土碱度降低、水化产物分解或体积膨胀，从而引起混凝土强度降低或开裂、破坏。地下水侵蚀主要有溶出性侵蚀、酸性侵蚀、盐类析晶侵蚀等。   

 ②空气的影响，主要表现在混凝土的碳化。由于空气中的二氧化碳和混凝土的碱性成分氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙等水化产物相互作用，形成碳酸盐，降低混凝土碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，加快钢筋锈蚀;同时碳化还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土结构产生裂缝和破坏。

③混凝土在寒冷气候和地下水的共同作用，宜引起结构冻融破坏。主要是由于在一定的冻结温度下，在混凝土内部或外部形成结构冰或过冷的水，水结冰产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，当温度升高到一定程度时，冰又融化为水，这样引起了混凝土外部压力和内部应力的变化，使混凝土内部出现空隙和微裂隙;当达到产生裂缝的条件时，混凝土内部孔隙及微裂缝增大、扩展，并互相连通，出现裂缝，严重时混凝土发生剥落或破坏。 

§2.5自然灾害或其它原因   

 ①车辆荷载或地震荷载。主要受交变应力和震动作用，混凝土发生疲劳破坏，产生裂缝。    

②相邻洞室的开挖或其它临近构筑物的修建对已建隧道的影响，主要是改变了隧道的受力状况，出现应力重分布或局部应力集中、偏压等，导致结构开裂和破坏。   

 ③隧道年代久远、结构老化、年久失修。

第三章 二次衬砌带裂缝隧道的稳定性分析

§3.1力学模型

    混凝土在外力作用下会产生内力和变形，当荷载水平较低时，并不出现破坏迹象；当载荷逐渐增加到一定水平后，能听到混凝土内部破坏的微弱而清晰的声音，并逐渐发展到混凝土表面出现许多小裂缝;当荷载继续增加，这些裂缝会扩展并贯通；达到极限荷载时，混凝土会产生最终破坏。故采用断裂力学的方法对裂缝进行分析和计算，并假定二次衬砌开裂过程中的外荷载保持不变。  

3.1.1 裂缝在外力作用下的三种扩张方式

裂缝扩展主要有三种类型：张开型(I型)，滑开型(II型)，撕开型(f型)，如图I所示。滑开型或撕开型裂纹都属于剪切裂纹。如果裂纹同时受正应力和剪应力作用时，I型和II型(或m型)同时存在，称为复合型裂纹。由于隧道长度方向的尺寸比宽度和高度方向尺寸大得多，其纵向的变形可以忽略不计。为了重点分析二次衬砌上裂缝宽度和深度对隧道稳定性的影响，采用平面应变状态的有限元计算模型。

3.1.2 近似判据

 对于复合型裂纹，有两个问题要解决:第一，裂纹沿什么方向进行扩展;第二，裂缝在什么条件下扩展。在实际工程中，第二个问题更重要，人们总是比较关心裂纹在什么条件下失稳扩展。因而人们常常根据各种理论判据进行比较，或者根据实验结果进行拟合并求出简化的表达式，这些表达式能满足工程计算的需要，并且往往是偏于安全的。于R中等提出了混凝土拉剪复合裂纹断裂判据〔2〕，如式(I)所示，与实验结果比较接近。

                                   (1)

式中,和为Ⅰ，Ⅱ型裂纹应力强度因子;型裂纹应力强度因子;为I型裂纹断裂韧度。

３.1.3 断裂韧度

常用的混凝土的断裂韧度的测试方法有:①三点(或四点)弯曲梁法;②紧凑拉伸试件法;③直接拉伸试件法;④其它方法，如双悬臂梁试件法、双扭转试件法、立方体劈裂试件法等。一些研究者给出了的实测数据，从实测数据看的离散性较大，一般混凝土的=0. 3一1. 0 MN

§3.2裂缝位置确定

为了分析二次衬砌开裂隧道的稳定性，假定隧道横断面上的裂缝分别为两条和四条，并对称地位于隧道起拱线处和拱腰。

计算和的精度与单元划分，特别是与单元边长L有关。经实际计算研究，取L/h为0.05一0.15(h是裂纹的深度)，对工程应用来讲已有足够的精度。考虑的结构和裂缝的对称性，取一半结构进行计算。

§3.3 有限元计算结果及分析

选择不同的裂缝宽度和深度组合，通过划分单元网格和有限元计算可求出,代人公式来求裂纹隧道稳定性系数f值()。如果衬砌上有若干条裂纹时，彼此会产生相互影响，此时可将每条裂纹的K K。算出再分别代人断裂判据，取其中安全系数最小值作为衬砌稳定性系数。隧道上存在两条和四条裂缝的计算结果如表3和表4所示。

 针对隧道二次衬砌上存在微小裂纹的不利情况，为了对裂缝进行治理，提高二次衬砌的承载能力，我们假定在二次衬砌内施作了20 cm厚的C25钢筋混凝土衬套进行补强，并仅取二次衬砌裂纹深度h=25 cm,30 cm，宽度取ω=10,5,1,0.5,0.3,0. 2, 0. 1 mm的情况为例进行了隧道稳定系数计算，计算结构如表5所示。

(1)从表3和表4中可以看到，在隧道存在A=45。的两条裂纹的特定条件下，随着裂纹深度和宽度的增加，二次衬砌稳定性系数f逐渐减小。同时也看到，裂缝深度对隧道稳定性系数的影响比宽度大，当裂纹深度较小，h≤10 mm时，其宽度和深度对f值的影响较大;而当裂纹深度较大，h≥15 cm时其宽度对f值的影响较小，而深度影响较大。总之，随着裂纹深度、宽度和条数的增加，二次衬砌裂纹尖端应力强度因子增大，衬砌稳定性系数f减小。

 (2)由表3和表4还可以看到，如果裂纹条数由两条增加到四条。在同样裂缝深度和宽度的条件下，衬砌稳定性系数f减小。其原因在于由于裂纹的增多，使得结构的刚度降低，导致裂纹尖端处更容易产生剪切变形，因此,f值显著降低。

(3)从表5可以看出，施作一定厚度的钢筋混凝土套衬后，隧道稳定性系数可大大提高，例如:裂纹深度为30 cm、裂缝宽度为0.5 mm时，在两条裂缝的条件下，施做套衬前后.f值分别由1.31提高为13.86;在四条裂缝的条件下，施做套衬前后.f值分别由。.42提高到4.30。由此可见，从断裂力学的观点来看，混凝土衬套是提高带裂缝隧道稳定性的有效手段。

第四章  富寮隧道有关施工裂缝的控制

在富寮隧道整修工程中为隧道裂缝中所考虑的因素主要有：隧道的排水处理，隧道在地质不好的地段进行打锚杆处理，隧道的二次衬砌的砼强度、配合比、厚度，隧道的欠挖的开挖工作，隧道超挖的回填工作等方面来隧道裂缝的出现。

§4.1 隧道排水的处理

富寮隧道整修工程中对隧道的排水主要做了一下的一些工作：

隧道整修工程中在隧道渗漏水较严重的地段采取了挂土工布和防水板来防水；

隧道整修工程中采取在隧道纵断面上每5米布置一处的横向排水管来隧道二次衬砌内部的水；

在隧道的两侧布置隧道的纵向排水管。

4.1.1 隧道的部分地段挂防水板和土工布

由于富寮隧道处于多地下水的浙江省温州市永嘉县，故隧道与1997年修建好之后隧道有好几处已经出现了大量渗漏水的现象（如图1就是隧道一个漏水的图片并且没有挂防水板之前的）。

由于隧道的漏水会给隧道的稳定性带来极大的影响，特别是隧道的顶部和隧道的侧壁上的漏水，隧道的侧壁和顶部漏水如果没有经过处理他将会渗漏到隧道二次衬砌的表面，以至隧道二次衬砌的外表非常的难看，并且隧道的二次衬砌还会在隧道长期渗漏水的过程中导致隧道的二次衬砌开裂。久而久之在隧道的衬砌中就会出现较大的漏水洞，而隧道的漏水洞将会对隧道的稳定性有着极大的影响，且对隧道的整体性业造成了极大的影响。

故我们在隧道的渗漏水较大的部位布置了土工布和防水板，布置土工布和防水板主要是用来将隧道顶部和随带侧壁所渗漏出来的水不会流到隧道的二次衬砌中去。其在隧道布置有土工布和防水板处间隔为5米布置有横向的软式套水管，使隧道顶部和侧壁所渗漏处的水顺着隧道中的软式套水管流入到隧道的底部通过隧道的横向排水管将水排入到隧道的排水沟中去，这样的施工有力于隧道的稳定性和隧道的整体性，并且给隧道的外观业带来了极大的好处。（如图2为隧道挂好土工布和防水板后的图片）

如图3、图4分别是富寮隧道两张隧道衬砌后的图片。图3 是隧道在衬砌前没有进行任何排渗漏水处理浇筑后的图片，图4是隧道有较大的渗漏水，但是经过了土工布和防水板处理后进行浇筑的图片。在图3中隧道虽然衬砌好的时间不长，但是隧道在隧道的拱顶已经出现了裂缝，使的隧道的受力结构受到了极大的。故我们要在隧道有出现渗漏水的部位增加土工布和防水板来将隧道拱顶和隧道边墙的渗漏水通过土工布和防水板流入到隧道的纵向排水沟中去。

   图1     隧道漏水图                         图2   隧道经过土工布和防水

板处理后的表面图

图3   隧道渗漏水没有经过任何处理         图4   隧道渗漏水处经过土工布和        

浇筑后的图片                          防水板处理后浇筑后的图片

4.1.2 隧道的横向排水管

永嘉县富寮隧道在整修过程中，二次浇筑时在隧道的底部布置了5米一根的横向φ5PVC管进行排水，其主要的作用是将隧道由顶部和隧道侧壁中所渗漏出来的水由他们进行最后的排出到隧道的纵向排水沟中。将隧道中的漏水断面的土工布和防水板或横向的软式套水管中排出的水排出。

4．1．3、隧道的纵向排水沟

     永嘉县富寮隧道的总长度共由696.2米，隧道中的渗漏水主要就是通过隧道中的纵向排水沟将隧道来的水排出隧道外部去的。故隧道的纵向排水沟业就是隧道排水的主要动脉之一，也是隧道排水的惟一途径。故隧道的纵向排水至关重要，其中主要包括了

1．隧道纵向排水沟的宽度、高度的设置；

2．隧道纵向排水沟的坡度。

4.1.3 隧道纵向排水沟的几何尺寸

隧道纵向排水沟的几何尺寸是隧道内的排水量来决定的，隧道中如果排水量要是较大那么隧道中的排水沟的几何尺寸也就必须将尺寸设置的相对较大，如果隧道中的排水量要是较小的话那么纵向排水沟的几何尺寸也就没有必要设置的较大，而是设置的小点为好。

富寮隧道的纵向排水沟主要是根据隧道的长度，隧道的洞内排水量来确定隧道内纵向排水沟的几何尺寸，故富寮隧道的纵向排水沟是采取现浇的形式在排水沟的上部设置这隧道的通信电缆沟。纵向排水沟的几何尺寸为15×20的尺寸，其中宽度为15cm，高度为20cm。

4.1.4 隧道纵向排水沟的坡度

     纵向排水沟的坡度是隧道排水好坏的主要标准，如果隧道的纵向排水沟的坡度设置不好，不但不能将隧道中的水排出洞外，反而会给给隧道带来根大的不利，甚至会给隧道带来极大的。所以，隧道纵向的排水沟的坡度是排水的关键。故做好隧道纵向排水沟的坡度工作是对隧道工程来说是至关重要。然而，隧道的纵向排隧道往往是跟随隧道的纵向坡度来定。同样，隧道的设计、施工人员在设计、施工的同时也将隧道的排水放在隧道设计、施工的重要位置上来。所以，隧道的纵向坡度基本上是设置从“一”字坡，“人”字坡。

     永嘉县富寮隧道的纵向排水沟也是同样没有脱离其他隧道的设置方式，由于富寮隧道总长度接近700m，故在隧道排水的同时还考虑了隧道的自然通风和隧道的地质、地形，故在设计上富寮设置从“人”字坡。但是隧道设置从“人”字坡的通风效果是没有“一”字坡的通风效果好，所以富寮隧道的“人”字坡的样式设置的长断的长度共有620米，而短的出口的长度就只有60米，这也完全是是为了隧道的通水而设置的纵向坡度。

§4.2 隧道的锚杆加

4.2.1 锚杆在隧道中的作用

钢筋水泥砂浆锚杆是依靠注入岩孔中的水泥砂浆将锚杆和岩壁固结起来，靠砂浆的粘结对围岩起锚杆作用（如图）。他使岩层的整体联

结作用较好，但只有等砂浆形成一定强度之后，才能起锚杆作用。为了避免这个缺点，可采用楔缝式金属锚杆和树脂粘结型等锚杆。

图1  块状围岩坍塌过程及支护

    1－喷混凝土；2－砂浆锚杆；3－危岩坍塌顺序及方向用数字表示。

锚杆加固可以根据围岩不同围岩层产状和稳定状况灵活进行。其作用原理主要有联结作用、组合作用、整体加固作用。在隧道中以那种为主，要根据地质条件和锚杆的形式综合分析，往往是二种或三种的综合作用。

(1) 锚杆的联结作用

隧道围岩有不稳定的岩块和岩层时，可用锚杆将他们联结起来，并尽可能的深入到稳定的岩层中，隧道锚杆支护以这种作用为主时，应考虑锚杆承担全部不稳定岩石的重量。其在隧道中的主要所使用的。

其中岩石的形状主要是呈现出大块状的的岩层地质出现，在我们的隧道中就有相当一部分的地质就是这样的形态出现，故我们在隧道呈现出大块状时，就采取在这种不稳定的岩层打锚杆来防止表面大块岩石的变形、掉落。导致隧道二次衬砌的变形，以致于隧道二次衬砌中出现裂缝，导致隧道二次衬砌的稳定性受到破坏。

(2)锚杆的组合作用

锚杆组合作用时依靠锚杆将一定厚度的围岩层，尤其是成层的岩层组合在一起，组成“组合拱”或“组合梁”，阻止围岩的滑动和坍塌。

锚杆提供的抗剪力、抗拉力，以及由于锚杆的锚固力使岩层层面摩擦力增加，使将要滑动的岩块得以稳定，阻止层面得互相错动，提高岩层得“岩石梁”或“岩石拱”得整体抗弯、抗剪能力。

布置锚杆时应注意按垂直层面的方向设置。如对锚杆施加预应力，可提高其支护效果。

按组合作用来进行锚杆支护的受力分析和结构计算时，应注意锚杆的组合作用是主要的，喷混凝土仅是封闭和支护锚杆之间的表层岩体，以免局部坍塌，并提高组合结构内表层的强度。

(3) 锚杆支护的整体加固作用

通过有规律布置的锚杆群，将隧道四周一定深度的围岩进行挤压、粘结加固，组成一个承载环。

在锚杆预应力的作用下（或围岩松弛时，在锚杆中产生的拉力每根锚杆周围的岩体形成一个两头圆锥的筒状压缩区，每根锚杆的压缩区彼此联结，形成厚度为t的均匀压缩带。由于锚杆支护力的作用，压缩带获得经向支护力的作用，压缩带获得径向支护力，使压缩带中的岩体处在三向受压状态，使岩体强度大为提高，从而形成能承受一定荷载的稳定岩体，即承载环。

4.2.2 富寮隧道中锚杆的设置

富寮隧道由于各种原因在设置时只考虑了在隧道的部分地段设置了锚杆。

寮隧道的主要围岩类别为三、四级围岩，其中在富寮隧道的围岩状况主要有图5、图6、图7、图8等几种状态。

图5        围岩呈大块状                     图6     围岩呈碎石

图7   围岩表面大量渗漏水                图8    围岩呈完整状态

其中在图5中围岩呈大块的碎石状态出现，这种围岩类型将对隧道的二次衬砌带来极大的不利，在这种情况下附在隧道围岩表面的大块围岩将极有可能在隧道二次衬砌好了之后或是隧道的欠挖开挖之后，随着隧道围岩的变形而使隧道表面的大块岩石掉落，导致二次衬砌在局部发生受力，而导致隧道的二次衬砌发生开裂影响隧道的正常使用，也将严重的影响隧道的外观。

图6中围岩呈现出小块的碎石状态，在隧道的这种围岩地段施工将会带来极大的不便，其中也给隧道的施工安全带来了极大的安全隐患。隧道在没有进行喷浆的情况下，隧道的施工人员对隧道的其他工作时将会出现调石等对安全方面的问题，在本隧道施工期间就发生类似的情况。施工人员在施工过程被从隧道边墙上掉落下来的石头扎中过。

图7中围岩表面出现了大量的落水情况，然而在隧道将出现大量漏水的情况下，围岩要是呈现出图3的情况下将会影响隧道的稳定性，而要是呈现出图4的情况下，将更加的加强了隧道施工的危险性，加快了隧道不稳定岩石的调落。同时也加强了隧道二次衬砌的负担，更加的加长了隧道围岩的变形时间，加强了隧道围岩的脱落。将会加快隧道二次衬砌的变形，裂缝。

图8中围岩将是呈现出的是完整的岩石状态，在这种情况下对隧道的后期变现的时间将是缓慢的，同时，给隧道的二次衬砌带来的负担也就没有前面几种情况来的打了。隧道的二次衬砌也就将不容易发生开裂的情况。

但富寮隧道整修工程的设计中只对图4的这种状况进行了部分的打部分结构性的锚杆，对隧道的其他各部分都没有进行任何的处理。对图4的情况进行处理将会给隧道的施工带来方便。同时也将给隧道的变形提供了很大的有力，将会减少隧道围岩的变形提高隧道的稳定性。增加了围岩的整体牢固性。

§4.3 隧道的二次衬砌的砼强度、配合比、厚度

模筑砼衬砌是道路隧道永久支护之一，衬砌的好坏直接影响整个隧道的工程质量和使用，因此，在施工中必须注意保证质量，符合设计要求。其基本工艺流程与其他道路工程中的模筑砼作业大致相同，下面主要叙述在道路衬砌施工中的一些特点。

4.3.1 清理现场，架设模版

施工现场在灌注砼之前需要清理干净，作好中线、水平及开挖断面的检查工作，对不符合要求的欠挖，则应予以凿除。

拱部模版铺设在拱架上。富寮隧道的拱架是采取用刚摸版台车制成的，拱部模版主要可以分成三块，便于运输，拱架制成设计所需形状，在工点拼装而成，拱脚标高在架立拱架应预留沉落量，因本隧道围岩为Ⅲ，Ⅳ类围岩故在本隧道中所预留的拱架预留沉落量为8cm。但需在施工中通过测量根据实际情况加以调整。由于测量误差、架立拱架的误差及施工中的种种原因，有可能在灌筑时拱脚内挤，故在架设拱脚时拱脚每侧加宽5－10cm，拱顶加高5cm。其富寮隧道的刚摸台车如图所示。

拱架或墙架的间距应根据围岩的情况、跨度大小及衬砌厚度等因素确定，因本隧道的围岩类别为Ⅲ，Ⅳ类围岩，又根据隧道的相关规定中所提供的参考数据，在Ⅲ，Ⅳ类围岩中拱架及墙架间距为1.2-0.8m，故在富寮隧道整修工程中，隧道的拱架在拱架间距设置为1m。同时，因为在富寮隧道整修工程中用的台车长度是10m长的，故在本隧道的台车中设置了部分临时支撑（例如在台车的边板到拱架1m距离中就增加了每排7根死杠各边俩排和部分临时的支撑杠）。

4.3.2 混凝土工艺

砼应按配合比配料，拌合均匀，采用砼拌合楼进行拌合。因隧道在隧道洞口设置混凝土搅拌站，故用混凝土输送车进行输送混凝土，在输送过程中，为了防治混凝土是否发生等现象，故混凝土在浇筑前还进行混凝土的二次拌合。

富寮隧道的二次衬砌的砼强度是采用标号为C25砼进行浇筑的，在隧道中砼的强度主要受到隧道渗漏水等因素的影响。隧道衬砌混凝土的配合比主要以隧道的配合比试验报告为准（衬砌混凝土配合比试验结果附后）。隧道衬砌的厚度在本隧道中都采取等厚的混凝土进行浇筑的，其混凝土的厚度为40cm。

隧道中砼的强度、厚度将会影响到隧道衬砌稳定性的主要因素，如果隧道砼的强度要是提高，那么隧道衬砌的厚度也就相应的阿可以减少。当然，随着砼强度的降低隧道衬砌的厚度也就要相对的加厚。同样也不只是考虑砼的强度来定衬砌的厚度，主要还是要看隧道的衬砌结构以及隧道的受力结构等等的因素。

§4.4 隧道的超欠挖

隧道工程中，隧道的超挖会给隧道的开裂带来极大的影响。在隧道施工过程中如果隧道的超欠挖没有进行很好的处理就会改变隧道围岩整体的受力情况。改变隧道安全性和隧道的稳定性。

围岩对衬砌变形的约束，对改善衬砌结构受力状态是有利，不容忽视。衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓的“抗力区”如图9所示。在抗力区内，约束着衬砌变形的围岩，相应地产生被动抵抗力。抗力区的范围和被动抵抗力的大小，因围岩性质、围岩压力大小和结构变形的不同而不同。

图9

当隧道中超挖较大但又没有回填，那么隧道的围岩压力中的抗力区也就起不了作用。同时隧道中的抗力区的衬砌也九的不到隧道围岩压力的有利作用。将会在隧道在抗力区因为隧道衬砌的重力和隧道脱离区所传下来的水平力和垂直压力的作用下很快出现裂缝。然而隧道衬砌过厚也会给隧道衬砌带来不利，就如隧道衬砌太厚了会增加隧道衬砌自身的重力。在隧道衬砌过重的情况下隧道衬砌往往会因为衬砌自身重力和隧道回填自身重力而引起隧道衬砌开裂。

富寮隧道为了避免隧道因为衬砌回填不足和隧道回填重力给隧道衬砌带来开裂，影响隧道整体性和隧道的耐久性。在隧道回填时做了以下工作。在隧道边墙超挖时，隧道回填采取了用片石砼回填，因为隧道在边墙上基本上不受垂直压力的作用。在隧道拱部回填时分两中情况，第一种就是在隧道超挖不大的地段采取用和衬砌同等强度的混凝土回填；在拱部超挖较大的部位为了减少回填自身重力，由于隧道围岩不稳定引起的围岩开裂而掉落时的引起的衬砌受力，使隧道衬砌开裂。在此富寮隧道整修工程中将采取旧轮胎回填，这样即能减少回填物的自重又能反冲调石的冲击力。

第五章、裂缝治理技术   

综观国内外隧道裂缝的治理技术，主要有拆除重建法、锚固注浆法、挂网喷浆法、套衬补强法、骑缝注浆法、凿槽嵌补法、直接涂抹法等。根据作者的研究和经验，几种主要整治方法的适用范围、施工方法、注意事项如下。

§5.1 拆除重建法

适应范围主要有：是裂缝宽度大于0.5mm。裂缝宽度较大（裂缝宽度大于0.5mm），数量较多，结构破坏严重，隧道基本丧失了承载能力，不能正常使用的隧道。主要的施工方法有：架设临时支撑、逐段拆除原结构、施作临时支护、施作新的衬砌结构。其注意事项主要有：防山隧道坍塌、减小爆破震动对既有衬砌的影响

§5.2 锚固注浆法

适应范围主要有：裂缝宽度较大（裂缝宽度大于0.5mm），但数量较少，对隧道的承载能力和稳定性影响较小，对隧道正常使用影响较大。主要的施工方法有：在裂缝两侧钻孔、安装中孔锚杆、注浆，安装垫板、防水砂浆找平。其注意事项主要有：防止突然掉块、严格控制注浆压力、注意行车安全。

§5.3 挂网喷浆法

适应范围主要有：围岩较好，岩石强度较高，裂缝宽度和数量均较小，对隧道的承载能力和稳定性影响较小对隧道正常使用影响不大。主要的施工方法有：.凿除局部破坏部位，打钎钉、挂钢筋网，喷混凝土或钢纤维混凝土，防水砂浆找平。其注意事项主要有：防止突然掉块，注意喷浆均匀性和强度达到设计。

§5.4 套衬补强法

适应范围主要有：围岩较差，岩石软弱破碎，裂缝宽度和数量均较小，对隧道的承载能力和稳定性影响较小，对隧道正常使用影响不大。主要的施工方法有：将裂缝严重部位进行锚固注浆，将原衬砌凿毛，施作钢筋混凝土套衬。其注意事项主要有：套衬应和边墙基础连接成整体，套衬拱部应回填。

§5.5 骑缝注浆法

适应范围主要有：裂缝有明显的剪切错动和渗漏水迹象，且裂缝范围较小‘数量较少、大部分为环向裂缝。主要的施工方法有：沿裂缝布孔，将水集中引排，埋管注浆，先堵小水，后  堵大水，割管，防水砂浆找平。其注意事项主要有：合理选择钻孔参数和注浆材料，严格控制注浆顺序和注浆压力。

§5.6 凿槽嵌补法

适应范围主要有：裂缝无明显的剪切错动和渗漏水迹象且裂缝范围较小、数量较少、大部分为环向裂缝。主要的施工方法有：沿裂缝凿倒梯形沟槽，将浮尘刷净，涂刷底胶，嵌人高强粘和材料，防水砂浆找平。其注意事项主要有：正确选择嵌缝材料，严格施工工艺。

§5.7 直残徐环法

适应范围主要有：裂缝无明显的剪切错动和渗漏水迹象，不影响结构安全和正常使用。使基面粗糙、于净，分层喷射或涂抹结晶、渗  透性混合料，加强养护，防止淋、晒。其注意事项主要有：注意基面清理，重视材料配比，严格施工工艺，满足养护条件。

    除要严格要求不允许出现宏观裂缝的隧道以外，裂缝宽度在0. 2 mm(有严格防水要求时为0. 1 mm以下)不会对隧道的承载能力、正常使用和安全带来危害，可考虑暂不处理，但应注意观察，必时进行处理。但有的学者认为，对于有抗渗要求的水工建筑物或水底隧道，若裂缝宽度超过0. 05 mm，必然会渗漏水，应进行处理。

总之，对于裂缝的控制标准，不同的规范、规则有不同的规定，很不统一裂缝处理方法很多，难以一一列举，但总的来讲，应根据隧道的地质条件、气候条件、环境条件及开裂情况，认真分析其开裂原因，通过对比、分析，选用适当的处理方法进行综合治理，以确保结构承载能力和正常、安全使用。

第六章   结论与建议

§6.1 隧道开裂的一般规律    

（1）运营隧道衬砌开裂除少部分与设计、地质、环境、结构老化等方面的因素有关外，大部分都与施工质量有关，因此，严格施工管理、依靠科技进步、提高施工水平、提高施工质量、完善质量控制和监督体系、加强维修养护是减少隧道开裂、提高隧道承载能力和稳定性的重要措施。   

（2）开裂的隧道从力学上讲为不连续体，在变形不大的情况下，其有可能从开裂部位发生突然破坏，危及行车安全，因此深人研究隧道开裂的机理、裂缝发展的规律，并对结构的稳定性进行分析和评价，建立隧道安全性等级或标准十分重要。    

（3）隧道使用一定年限后，出现开裂是难免的，因此，应加强运营隧道工作状态调查，针对隧道的开裂状况，建立定量的检测、分析、判定和维修标准，并定期检查，及时进行病害治理和维修养护，确保其在使用年限内的承载能力和使用安全。

§6.2 避免隧道的施工裂缝的主要要注意点

（1）隧道工程中是交通工程中属隐蔽工程较多的工程，所以在隧道施工中严格的控制隧道的控制好隧道隐蔽工程的质量。

（2）隧道工程的各方要严格控制好隧道工程的程序，施工方要有严格质检体系，监理单位要严格的控制好隧道施工的质量。

（3）隧道工程要严格按照施工规范进行施工。

总之，在隧道工程中要严格的控制好施工过程和施工质量，施工方要按照施工规范和施工合同进行施工决不能在施工过程中投工减料，严格做好施工方的自检工作。监理单位要做好监督施工方的工作严格按照施工的程序来监督施工方，监理好工程的质量。

隧道施工中要施工单位，监理单位，业主共同来完成隧道的施工，控制好施工的质量。使隧道不要因为施工而出现施工，出现裂缝。

参考文献:

1）林天健(桩基础设计指南)北京：中国建筑工业出版社，1999

2）王国强(实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践(西安：西北工学出版社，1992

3)王铁梦.工程结构裂缝控制    北京:中国建筑工业出版社，1997一08

4)尹双增.断裂、损伤理论及应用    北京:清华大学出版社，1992一12

5)张平等.滋洪道匣墩裂缝危害性及处理措施分析   岩石力学与工程学报，2003,22(1);81一85

6）金丰年 孙尚业 王波 蒋美蓉 双连拱隧道二次衬砌施工数值分析  建筑工业  2006

7李治国 张玉军   衬砌开裂隧道的稳定性分析及治理技术   现代隧道技术  2004年2月

8）覃仁辉  隧道工程  重庆大学出版社  2001年12月

 9）覃仁辉  隧道工程    重庆大学出版社 大学出版社2005年

10）方利成 杜彬等    隧道工程病害防治图集   中国电力出版社  2001年

11）顾军  翅膀沟隧道开裂整治加固技术   中铁五十六处  2001年

12）张治国 张玉军   衬砌开裂隧道的稳定性分析及治理技术  现代隧道技术   Vol. 41  No. 1  Feb.2004   26－31

13）荣耀，蔡晓鸿   海底隧道开裂衬砌的渗漏量计算分析   南昌工程学院学报  第25卷第3期2006年8月

14）蔡叶澜  吴启勇   碳纤维布在连拱隧道衬砌裂缝病害治理中的应用    现代隧道技术  第43卷第6期2006年12月

15)赖金星 谢永利 赵严峰   公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策    

阳建筑大学学报(自然科学版)   2007年01第23卷第1月期

16)孙连平 刘宏伟   隧道衬砌混凝土施工裂缝的预防  四川水力发电  第26卷第1期’2007年2月

17)祝和意  隧道二次衬砌变形及开裂原因分析与处理   山西建筑  2007年3月

            公路隧道二次衬砌开裂产生机理与对策

                                    ―――开题报告

一、研究的目的和意义

隧道衬砌裂缝病害既影响衬砌的美观，又影响衬砌结构的稳定性;衬砌裂缝还往往伴随着衬砌漏水，不但影响洞内设备功能和衬砌极限强度，而且影响行车安全。因此，必须对衬砌裂缝采取防治措施，以避免其发展及出现漏水现象。目前对隧道衬砌裂缝病害的处理通常采用粘钢法、二次浇注混凝土法、体外预应力法、双液注浆及其它加固方法等，各种加固方法均有各自的优缺点和适用范围。

二、隧道产生开裂的主要原因：    

根据国内有关的统计资料和参考文献，并结合作者调查有关的工程实例和病害整治经验，我国隧道产生病害的主要原因为地质问题、设计问题、施工质量问题、环境影响及其他因素。   

 (1)地质问题    隧道施工中的地质问题主要有:软弱破碎围岩、岩溶、暗河、流沙、滑坡、膨胀性围岩、岩堆体、高应力、偏压、高水位、煤层瓦斯、石油天然气、高地温、地基不均匀沉降等，这些因素往往导致隧道支护结构变形、破坏、渗漏水或坍塌，尤其在深埋、高水位、富水区、岩溶隧道施工方面应引起高度重视。  

  (2)设计问题    主要是隧道位置选择不好，穿越的地质条件和环境条件复杂;设计的地质条件与实际偏差较大;结构形式和断面形式不合理，支护结构强度不够，防排水体系不完善，对混凝土收缩及温度应力未采取措施，细部处理不当，导致隧道使用年限减少。   

(3)施工质量问题，主要是开挖和支护方法不合理，欠挖未进行处理，超挖未进行回填，支护结构背后存在空洞，隧道基底未清理干净，回填不合要求，衬砌结构未按要求配筋，混凝土灌注、拆摸、养护不合规定、厚度不够、强度不足、蜂窝麻面现象严重，防排水体系不健全或发生堵塞。

 (4)环境影响问题，  环境影响因素很多，主要表现在以下三个方面: 地下水的侵蚀，空气的影响，混凝土在寒冷气候和地下水的共同作用。

(5)自然灾害或其它原因，列车荷载或地震荷载，相邻洞室的开挖或其它临近构筑物的修建对已建隧道的影响，隧道年代久远、结构老化、年久失修，其它因素的影响，诸如山体采空区、泥石流、洪水、滑坡等自然灾害也会引起隧道不同程度的开裂，隧道附近大型爆破及深基坑开挖的影响，战争引起的隧道和地下工程的破坏。

三、工程概况

富寮隧道全长696.2米，建设时因各种原因，仅有一小时段进行了衬砌，路面一直未铺筑。隧道合计已衬砌的61.4米，还需要衬砌的有634.8米。

本隧道设计标准为山岭重丘陵区三级公路标准，行车速度为30m/h，隧道宽7+2×0.25米，衬砌统一采用40cm厚C25砼。本次研究的对象；本隧道的全断面裂缝产生的机理和提出裂缝的处理方式。

四、隧道二次衬砌的裂缝处理研究

1．拆除重建法：适应范围主要有：是裂缝宽度大于0.5mm。裂缝宽度较大（裂缝宽度大于0.5mm），数量较多，结构破坏严重，隧道基本丧失了承载能力，不能正常使用的隧道。主要的施工方法有：架设临时支撑、逐段拆除原结构、施作临时支护、施作新的衬砌结构。其注意事项主要有：防山隧道坍塌、减小爆破震动对既有衬砌的影响

2．锚固注浆法：适应范围主要有：裂缝宽度较大（裂缝宽度大于0.5mm），但数量较少，对隧道的承载能力和稳定性影响较小，对隧道正常使用影响较大。主要的施工方法有：在裂缝两侧钻孔、安装中孔锚杆、注浆，安装垫板、防水砂浆找平。其注意事项主要有：防止突然掉块、严格控制注浆压力、注意行车安全。

3．挂网喷浆法：适应范围主要有：围岩较好，岩石强度较高，裂缝宽度和数量均较小，对隧道的承载能力和稳定性影响较小对隧道正常使用影响不大。主要的施工方法有：.凿除局部破坏部位，打钎钉、挂钢筋网，喷混凝土或钢纤维混凝土，防水砂浆找平。其注意事项主要有：防止突然掉块，注意喷浆均匀性和强度达到设计。

4．套衬补强法：适应范围主要有：围岩较差，岩石软弱破碎，裂缝宽度和数量均较小，对隧道的承载能力和稳定性影响较小，对隧道正常使用影响不大。主要的施工方法有：将裂缝严重部位进行锚固注浆，将原衬砌凿毛，施作钢筋混凝土套衬。其注意事项主要有：套衬应和边墙基础连接成整体，套衬拱部应回填。

 5．骑缝注浆法：适应范围主要有：裂缝有明显的剪切错动和渗漏水迹象，且裂缝范围较小‘数量较少、大部分为环向裂缝。主要的施工方法有：沿裂缝布孔，将水集中引排，埋管注浆，先堵小水，后  堵大水，割管，防水砂浆找平。其注意事项主要有：合理选择钻孔参数和注浆材料，严格控制注浆顺序和注浆压力。

 6．凿槽嵌补法：适应范围主要有：裂缝无明显的剪切错动和渗漏水迹象且裂缝范围较小、数量较少、大部分为环向裂缝。主要的施工方法有：沿裂缝凿倒梯形沟槽，将浮尘刷净，涂刷底胶，嵌人高强粘和材料，防水砂浆找平。其注意事项主要有：正确选择嵌缝材料，严格施工工艺。

7．直残徐环法：适应范围主要有：裂缝无明显的剪切错动和渗漏水迹象，不影响结构安全和正常使用。使基面粗糙、于净，分层喷射或涂抹结晶、渗  透性混合料，加强养护，防止淋、晒。其注意事项主要有：注意基面清理，重视材料配比，严格施工工艺，满足养护条件。

本次的研究主要是针对富寮隧道二衬开裂产生的原因及裂缝的的特点，选用挂网喷浆法来研究隧道二衬开裂的处理。

浙江大学高等教育自学考试

毕业论文（设计）评阅

专家评阅意见：

评阅专家             （签名）

毕业论文（设计）考核

一、指导教师的评语及平时成绩