目 录

第一章 目前国内隧道衬砌裂缝研究方法及现状 ............................................................... 1

一、现场原位试验 ......................................................................................................... 1 二、室内模型试验 ......................................................................................................... 1 三、理论与数值分析 ..................................................................................................... 1 第二章 隧道衬彻裂损变形的现状和主要危害 ................................................................... 2

一、现场原位试验 ......................................................................................................... 2 二、隧道衬砌裂缝的主要危害 ..................................................................................... 2 第三章 隧道衬砌开裂的类型 ............................................................................................... 3

一、按裂缝与隧道轴向相互关系分类 ......................................................................... 3 二、按照衬砌受力变形形态和裂口特征分类 ............................................................. 4 第四章 隧道衬砌裂缝观测方法 ........................................................................................... 6

一、纸条测标观测 ......................................................................................................... 6 二、钢钉测标观测 ......................................................................................................... 6 三、标记测标观测 ......................................................................................................... 7 第五章 隧道施工对衬砌裂缝的预控 ................................................................................... 8 第六章 衬砌开裂原因分析 ................................................................................................. 10

一、设计方面的原因 ................................................................................................... 10 二、施工方面的原因 ................................................................................................... 10 第七章 隧道衬砌裂缝的预防和治理措施 ......................................................................... 12

一、预防 ....................................................................................................................... 12 二、治理 ....................................................................................................................... 12 （一）围岩加固 ........................................................................................................... 12 （二）二次衬砌表面补强 ........................................................................................... 21 （三）套衬补强 ........................................................................................................... 22 （四）换拱换衬 ........................................................................................................... 23 结论 ....................................................................................................................................... 26 致谢 ....................................................................................................................................... 27 参考文献 ............................................................................................................................... 28

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第一章 目前国内隧道衬砌裂缝研究方法及现状

与发达国家相比，我国隧道建设起步较晚，针对运营中隧道呈现出越来越多的裂缝状况，国内学者对裂缝形成机理及处治方案进行了一系列的研究，其采用的研究方法主要有：

一、现场原位试验

现场原位试验是地下工程研究最直接的研究方法，现场试验的研究数据不仅可以为科研提供重要的数据，更重要的是通过现场量测数据分析可以直接指导实际工程的建设，同时与数值模拟分析的结果进行对比分析，以验证其计算的正确性。

隧道工程原位试验主要包括：地质和支护状态观察、周边位移和拱顶下沉量测、锚杆轴力量测、初期支护与二次衬砌的接触压力量测、二次衬砌内力量测等。通过对典型断面的现场量测，可以记录隧道结构随开挖过程的实际受力状态，为结构的安全性评价提供可靠的数据；对隧道裂缝治理现场量测，可以为相似地质情况、受力模式、结构尺寸的隧道裂缝治理提供重要参考。

国内学者对隧道裂缝进行现场治理的研究较多，具体可分为结构开裂试验；注浆加固围岩、充填空洞和止水防水现场试验；浅埋偏压裂缝治理试验；软弱膨胀性围岩裂缝治理；高寒隧道裂缝治理；采空区和岩溶区裂缝治理以及隧道塌方的治理等。

二、室内模型试验

模型试验是隧道及地下工程研究中使用较多的一种方法，如西南交通大学王明年、关宝树、何川对渝长高速公路铁山坪隧道在不同构造应力场中破坏模型试验研究；何川、林刚等关于金丽温高速公路20座连拱隧道在竖向压力作用下的破坏模型试验研究；兰州交通大学周立霞等关于昆仑山隧道施工缝、变形缝的模型试验研究等。

三、理论与数值分析

在隧道理论计算中针对不同的情况一般采用荷载-结构模式或共同作用模式。数值计算方法也较多，在隧道工程应用较为普遍的是有限元法(FEM)和有限差分法（FLAC）。

对隧道裂缝进行模拟研究工作可分为：二次衬砌的安全性模拟计算、衬砌背后出现空洞时对结构安全性影响的计算、岩溶区近接施工的影响计算、不同位置溶洞对隧道施工过程的影响计算、双连拱施工的影响分析等。

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第二章 隧道衬砌裂损变形的现状和主要危害

一、隧道衬砌裂损变形的现状

以我国公路铁路隧道衬砌目前裂损变形情况为例（如表1）。

隧道衬彻裂损变形现状 表1

隧道线路 陇海 成昆 襄渝 阳安 宝成 贵昆 焦柳 总座数 232 276 400 148 344 180 436 衬砌裂损 134 58 88 48 17 32 27 裂损比例（%） 0.58 0.21 0.22 0.32 0.05 0.18 0.06 二、隧道衬砌裂缝的主要危害

1.降低衬砌结构对围岩的承载能力；

2.使隧道净空变小，侵入建筑限界，影响车辆行车安全； 3.拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全；

4.裂缝漏水，造成洞内电力水利、通风设施锈蚀、道床翻浆、严寒和寒冷地区产生冻害；

5.铺底和仰拱破损、基床翻浆、线路变形、危及行车安全，被迫降低车辆运行速度，大量增加养护维修费用；

6.在运营条件下对裂损衬砌进行大修整治，施工与运营相互干扰，费用进一步增大。如贵广线某隧道（铁路）运营后衬砌大面积裂缝渗漏水，仅维修工期就近5年，耗费了大量人力物力。

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第三章 隧道衬砌开裂的类型

隧道衬砌裂缝产生的原因是复杂的、多方面的，有设计、施工、地质条件等各方面的因素，从而使隧道衬砌裂缝形成各种各样的类型。

一、按裂缝与隧道轴向相互关系分类

隧道衬砌裂缝按其与隧道轴向相互关系可归纳为纵向裂缝、环向裂缝及斜向裂缝等三种：

1.纵向裂缝（如图3.1）：衬砌裂缝平行或基本平行于隧道轴线，其危害性最大，继续发展可引起隧道掉拱、边墙断裂甚至整个隧道塌方，破坏衬砌断面的整体性。产生裂缝的原因主要是隧道地质条件存在偏压、设计承载力不够、隧道周边欠挖部位未进行处理使衬砌的厚度不够或施工时边墙与拱顶回填不密实等。

图3.1 纵向裂缝

2.环向裂缝（如图3.2）：衬砌裂缝垂直或近似垂直于隧道轴线，主要是由于围岩压力变化、地基不均匀沉降、变形缝、施工缝处理不当等因素引起，大多数发生在洞口、存在不良地质地段及软硬岩层接触地带，环向裂缝对隧道稳定性影响不大。

图3.2 环向裂缝

3.斜向裂缝（如图3.3）：一般和隧道纵轴呈45°左右延伸较长，几条斜向裂缝互相交叉，很容易引起衬砌掉块。斜向裂缝一般是由于混凝土斜截面上的拉应力或剪应力超过混凝土的抗拉或抗剪强度所致，其危害性仅次于纵向裂缝。

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