5.6.2 衬砌裂损及整治措施
5.6.2.1 衬砌裂损的类型
隧道衬砌裂损的类型主要有衬砌变形、衬砌移动、衬砌开裂三种。
衬砌变形有横向变形和纵向变形两种，其中横向变形是主要变形。衬砌横向变形是指衬砌由于受力原因而引起拱轴形状的改变。
衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动（倾斜）、平移和下沉（或上抬）等变化，也有纵向与横向移动之分。对于大多数已发生裂损的衬砌，往往是纵向与横向移动同时出现。
衬砌开裂是指衬砌表面出现裂纹（或龟裂）和裂缝（宽度较大）或贯通衬砌全部厚度的裂纹的总称，是衬砌变形的结果。衬砌开裂包括张裂、压溃和错台三种。张裂是弯曲受拉和偏心受拉引起的裂损，其特征是裂纹、裂面与应力方向正交，缝宽由表及里逐渐变窄。压溃是弯曲或偏心受压引起的衬砌裂损。裂纹边缘呈压碎状，严重时受压区表面产生鱼鳞状碎片（中间厚，四周薄）或剥落掉块等现象。错台是由剪切力引起的裂缝，裂缝宽度在表面至深处大致相同。
5.6.2.2 衬砌裂损的特点
衬砌结构受力（轻微变形、移动）→局部出现少量裂纹（变形范围、变形量增大；移动部位、移动量增大）→裂纹宽度、密度增大，隧道净空变小（严重变形，移动显著增大）→隧道净空严重缩小，衬砌破碎，失去承载能力→局部掉块、失稳，甚至拱坍墙倒。
衬砌的裂损发展一般有缓慢变化、急剧变化、相对稳定三个不同的阶段。这三个阶段往往是呈周期性交替地出现。①节段衬砌没成环之前出现的裂损，在成环之后可能渐趋稳定。②由于衬砌背后回填不及时造成的裂损，在回填之后可能渐趋稳定。③因拆模过早造成的裂损，待圬工强度提高后可能呈现相对稳定状态。④由于围岩膨胀引起的裂损，当外荷载条件发生变化，例如雨季地下水丰富，围岩软弱夹层被软化而产生错动，季节冻融变化引起围岩冻胀与融沉，以及由于种种外因引起围岩变形，山体压力的大小和分布发生变化等时，可能使已稳定的裂损重新发展，或使完好的衬砌发生裂损。
了解和掌握衬砌裂损的分布特点，就能及早发现病害，及时采取对策。衬砌裂损的分布一般有以下特点。
（1）按纵向节段分布。①洞口与洞口段，特别是斜交洞门有偏压或边、仰坡不稳固的洞口段。②设有大型洞室的节段或各种洞室的接头处。③洞身穿过断层、构造破碎带、接触变质带、滑坡带等山体压力大且岩体不稳定的节段。④洞身穿过软弱围岩的节段。⑤偏压隧道没有采用加强衬砌或偏压衬砌的节段。⑥寒冷地区围岩有冻胀现象的节段。⑦衬砌实际厚度不足或圬工强度过低的节段。⑧施工中超挖过大没有回填或回填不密实及施工中发生大塌方的节段。⑨施工中已经发生裂损的节段。
（2）按横断面分布。①洞口附近及傍山隧道靠山侧裂损多，靠河侧少。靠山侧以拱腰、墙腰内缘张裂多，靠河侧以墙顶压劈或墙脚张裂较多。②衬砌断面对称，实际荷载分布不对称的变形、移动和裂损的部位也不对称。③衬砌的变形、移动和裂损多沿施工期间出现过的裂缝和施工缝发展。④衬砌背后存在没有回填或回填不密实处，则该部位易出现较大的移动和外鼓。⑤衬砌背后临时支撑未能全部拆除的，在支撑部位会出现较大的集中荷载，此处衬砌内缘易出现张裂和错台。⑥采用三心圆尖拱衬砌的隧道，易在拱腰、墙腰产生内鼓开裂，拱顶内缘压碎。⑦由于各种原因（如塌方、拱架下沉、施工困难等）造成衬砌厚度不足时，则此处衬砌容易发生变形和裂损。
5.6.2.3 衬砌裂损的整治措施
整治衬砌裂损病害首先要消灭已有的衬砌裂损带来的对结构及运营的一切危害，并防止再加大裂损。其次是采取以稳固围岩为主，稳固围岩与加固衬砌相结合的综合治理措施。
1.稳固岩体的工程措施
（1）治水稳固岩体。地下水的浸泡与活动对各种围岩的稳定性削弱最大。通过疏导围岩含水，并相应采取治水措施是稳固岩体的根本措施之一。
（2）锚杆加固岩体。对较好的岩体（小于Ⅴ级），自衬砌内侧向围岩内打入一定数量和深度（3.5m）的金属锚杆、砂浆锚杆，可以把不稳定的岩块固定在稳定的岩体上，提高破碎围岩的黏结力，形成一定厚度的承载拱；在水平层状的岩石中把数层岩层串联成一个组合梁，与衬砌共同承受外荷载。对松散破碎的岩体采用锚杆加固不仅可以有效地控制岩体的变形和提高其稳定性，而且可以使岩体对衬砌的压力大小和分布图形产生有利的转化。
（3）注浆加固岩体。通过向破碎松动的岩体压入水泥浆液和其他化学浆液（如铬木素、聚氨酯等）加固围岩，疏散地下水对围岩的浸泡与渗入衬砌，使衬砌背后形成一个1～4m厚的人工固结圈，就能有效地稳固岩体，防止地下水的侵入，甚至使作用在衬砌上的地层压力大小和分布图形产生有利的转化，有利于衬砌结构的受力和防水。
（4）支挡加固岩体。对靠山、沿河偏压隧道或滑坡地带，除治水稳固山体外，尚可采用支挡措施，包括设支挡墙、锚固沉井、锚固钻（挖）孔桩等来预防山体失稳与滑坡，这种工程措施只能用于洞外整治。
（5）回填与换填。如果衬砌外周围存在着各种大小的空隙（如超挖而没有回填等），不仅使地层压力分布图形产生不利影响，而且使得衬砌结构失去周边的有利支撑条件，不能使衬砌的承载能力得到更大的发挥。此时要采取回填措施，用砂浆或混凝土将围岩空隙回填密实。如果隧底存在厚度不大的软弱不稳定的岩体或有不稳定的充填物，可以采取换填办法处理。
2.衬砌更换与加固
已裂损的衬砌一般均有相当大的支护潜力，可以充分利用，仅在没有加固条件或经济上不合理的情况下，或者根据长远技术改造规划的要求才采用更换衬砌的办法。初砌加固的主要方法如下。
（1）压浆加固。一是圬工体内压浆加固。衬砌裂损发展非常缓慢或者已呈稳定时，可以进行圬工体内压浆，一般以压环氧树脂浆为主，并选择无水季节施工。二是衬砌背后压浆加固。主要是针对衬砌的外鼓和整体侧移。在拱后压浆增加拱的约束可以起到提高衬砌刚度和稳定性的作用，一般可以局部应用，主要在发生外鼓变形的部位使用。
如果一环衬砌同时存在外鼓与内鼓部位，首先采取临时措施控制内鼓继续变形，然后在外鼓变形的部位压浆加固之后再对内鼓采取加固措施，最后再对全断面进行整体加固。
（2）嵌补加固。对已呈稳定暂不发展的裂缝，如果不能采取压浆加固者可以采取嵌补，即将裂缝修凿成一定形状并清理干净，在缝口处用水泥砂浆、环氧树脂砂浆或环氧树脂混凝土进行嵌补。
对发展较快的裂损，为确保安全，可以采取钢拱架临时加固。只加固拱部时用上部拱架加固，拱架脚可以嵌入墙顶或支撑于埋在墙顶的牛腿上，并加纵向连接。如要全断面加固则可用长腿钢拱架。无论哪一种拱架用多段组合安装时，安装完毕后尽量使节点变成刚性节点（一个断面内铰接节点不应多于3个）。为了增强纵向抗弯能力，纵向支撑应加强连接。如果隧道内部净空条件不足，钢拱架可以嵌入被加固的圬工体内一部分（或全部），并在钢拱架之间再加纵向连接，然后灌筑混凝土做成薄套拱形。此法在衬砌厚度太薄或衬砌严重破损碎裂时不能采用。
（3）喷锚加固。喷锚加固是较为常用的加固衬砌裂损的措施。对裂损衬砌的所有内鼓变形和向内移动的裂损部位，采用（预应力）锚杆加固岩体是有效的，此时锚杆既可沿内缘张裂纹的走向两边布置，作局部加固，也可按全断面加固，将衬砌与岩体嵌固在一起，形成一个均匀压缩带，以增强围岩的稳定性，提高支护结构的承载能力。采用此法时应查清衬砌厚度、背后超挖回填及围岩整体性状况。锚杆的设置应在衬砌背后压浆后两个星期进行。锚杆的锚固段应设在稳定围岩中。对于衬砌上的裂缝应及时嵌填。
喷混凝土可以使所有已裂损的圬工块体紧密结合，阻止这些块体的松动，同时在喷射压力作用下嵌入裂缝内一定深度，使裂缝重新闭合，增强裂损（包括原有施工缝）衬砌的整体性，较大幅度地提高裂损衬砌的承载能力，达到加固的目的。必要时也可以在喷层中加入钢筋网用于防止收缩裂纹，提高加固结构的整体性和抗震、抗冲切能力。
（4）套拱加固。如果混凝土质量差，厚度不够，或受机车煤烟侵蚀，掉块剥落严重，并且拱顶净空有富余时，可对衬砌拱部加筑套拱或全断面加筑套拱。如果隧道内净空条件不足，可以采取落道加套拱的办法。套拱与原衬砌间用直径为16～18m的钢筋钎钉锚接，钎钉埋入原拱20cm左右作为钢筋的生根处。套拱中的主筋也可用钢拱架、格栅来代替，其间距为50～80cm，纵向用拉杆焊接。套拱用强度等级不低于C20的混凝土灌筑，其厚度为20～30cm。套拱拆模后要进行压浆，以充填其背后空隙，使新旧拱圈连成整体。当拱部灌筑混凝土难度较大时，可以采用喷混凝土、网喷混凝土和喷钢纤维混凝土进行加固。事实上，套拱加固已日益被喷锚加固所替代。
（5）更换衬砌。拱部衬砌破坏严重，已丧失承载能力，用其他整治补强手段难以保证结构稳定，或者衬砌严重侵入限界，采用其他整治措施有困难时，可采用全拱更换，彻底根除病害。
（6）其他加固手段。当仅有墙脚内移而不下沉和隧底岩土隆起时，可在墙基处增设混凝土支撑以扩大基础。要求与钢轨、轨枕不发生挤压，尺寸一般为40cm×40cm，间距1.5～2.0m。
隧底围岩软弱下沉或隧底填充上鼓时，可加设仰拱。边墙基底软弱，可将墙基延伸至坚实稳固的岩层或增设仰拱。若隧底或墙基下由溶洞或其他洞穴而引起衬砌结构开裂，可加设钢筋混凝土托梁，使墙基与道床设于钢筋混凝土托梁上。