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隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及应对措施探索巴宇奇4

发表时间：2020/10/15 来源：《基层建设》2020年第19期作者：李伯平1 把德龙2 王效舟3 巴宇奇4

[导读] 摘要：隧洞衬砌受各种因素影响，在施工中及施工后都可能出现裂缝。

        123西北水利水电工程有限责任公司陕西西安 710000；
        4青海省引大济湟工程建设运行局青海西宁 8106004
        摘要：隧洞衬砌受各种因素影响，在施工中及施工后都可能出现裂缝。如果得不到及时防治或控制就会导致运营中发生渗水、腐蚀、掉块等病害问题。同时，其结构的耐久性也会受影响，整个隧洞结构物的正常使用寿命都会缩短，增加了后期运营成本，带来很多不必要的交通运输经济损失。
        关键词：隧洞衬砌混凝土；裂缝成因；应对措施
        1隧洞衬砌混凝土裂缝的成因分析
        1.1施工工艺操作不规范
        （1）开挖隧洞后没有较好地成型，早期混凝土支护薄厚不均。（2）出现二次衬砌厚度不足或部分衬砌混凝土脱空问题，前者因为欠挖或二次衬砌限界被初期支护侵入。（3）单凭经验确定了二次衬砌施作时间，没有对隧洞进行监控量测，使得二次衬砌混凝土在未达到设计强度前承受超其承载能力的围岩压力，安全性、可靠性无保障。（4）生产混凝土时原材料有较大计量误差，尤其是外加剂很可能被随意掺加，并未按砂、石料的实际含水率对施工用水量进行及时调整，增大了混凝土水灰比，或存在混凝土运输和泵送过程中加水的情况。（5）衬砌台车采用机油作为脱模剂，涂刷过量，在分层浇筑混凝土时机油浮于混凝土表面，因漏振而出线水平裂缝。
        1.2原材料质量差、配合比设计不合理
        选用的水泥没有较好的安定性和适宜性，不同批次水泥被混用。同时，水泥中砂和碎石级配差且含过量泥。而水泥与骨料的胶结也因太多石粉在碎石中而受到影响。设计配合比时未将过量水泥对混凝土品质的影响考虑在内，以为水泥用量越多混凝土强度越大。无专业技术人员参与掺合料和外加剂的选用，故实际效果与预期效果相差甚远。
        2隧洞衬砌混凝土裂缝的类型
        2.1干缩裂缝
        混凝土硬化时会慢慢丧失水分，凝
        结胶体存在于水泥石中，其随混凝土硬化干燥收缩，变形出现。应力是变形受到围岩和模板的约束后产生的。干缩裂缝在应力值大于混凝土的抗拉强度时出现，其走向常停留在表面，并无规律。另外，导致混凝土干缩裂缝的可能因素还有：水泥品种、用量和水灰比、骨料大小及级配、添加何种外加剂及掺量、未及时养护等。
        2.2温度裂缝
        水泥水化时会有大量热量释放，在混凝土的表面和内部形成温度梯度，应力由此出现。温度裂缝在混凝土内外约束力＜温度应力时就会产生，夏季窄冬季宽。其成因可能与二次衬砌混凝土的厚度和水泥品种、用量等因素有关。
        2.3荷载变形裂缝
        基底不均匀沉降出现在浇筑混凝土后可能是因为没清除干净边墙基础和仰拱的虚碴；没有固定好模板台车或堵头板、脱模太早、脱模时有较大外力冲击到混凝土等都会加速变形裂缝的形成。荷载变形裂缝已引起广大工程技术人员的重视，其在隧洞衬砌混凝土病害中的占比逐年增大。
        3混凝土裂缝的预防措施
        3.1把好材料进场关，严格控制原材料的质量和技术标准
        （1）水泥。要注意：①水泥用量应当注意节省；②品牌、规格、批次不一的水泥分开来使用；③施工多选用低水化热类型水泥。（2）碎石。碎石要尽量选比较大的，粒径在5~31.5mm之间，可以利用泵送管路的内径进行筛选。对于含泥量控制在≤1%，而针、片状物的含量≤15%。（3）砂。选用中砂，砂的细度模数2.3~3，将含泥量保持3%以内，以上要求均是级配良好的具体要求。当砂率在35%~45%时，混凝土不管是运输还是泵送都比较方便。（4）水。水源以饮用水最适宜，但如果选取其他水源必须保证pH＞4。混凝土干燥收缩的程度会随着水灰比正向变化。为了避免裂缝，控制泵送混凝土的含水量是一个根本解决措施。水灰比为0.45~0.55是适宜的，控制混凝土入泵塌落度（18±2）cm。

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        3.2严控混凝土施工条件
        （1）为了创造一个良好的衬砌施工环境，需要注意加强钻眼技术控制，提升光面爆破的效果，除此之外还要严格控制超欠挖。（2）当围岩、初期支护变形基本稳定时可以开始二次衬砌施工。有些情况下二次衬砌会比预计的提前发生，即在围岩发生较大变形时要加强初期支护或者衬砌结构。（3）加强二衬台车设计，保证衬砌台车强度、刚度及稳定性，确保台车在混凝土浇筑时变形符合要求且不产生位移。（4）拌和混凝土时要注意定期检测计量的仪器，要严格遵守施工配比。适当调整拌和用水量，增加石料含水量测试的次数。如果施工时间为夏天，混凝土入模的温度＞32℃时要进行碎石的降温处理，为碎石料、搅拌机搭建遮阳棚，在温度较低的夜里进行浇筑会比较适宜。
        3.3注意混凝土的运输及浇筑
        （1）不可以在运输、泵送混凝土的过程中加水。（2）注意灌注速度的把握且灌注要分层进行，进行到墙、拱交界的时候停止灌注1~1.5h，让混凝土达到稳定状态。在后续混凝土浇筑时确保接缝处混凝土振捣密实。（3）加强混凝土振捣，特别是拱顶及拱肩处，为混凝土的抗压、抗拉强度提供保证。
        3.4加强混凝土的脱模、养护
        （1）在达到设计所要求的强度后
        开始拆混凝土模，不能在未达到设计要求强度的情况下自主脱模。（2）混凝土养护。在养护时应该选取喷涂混凝土养护液的方式，相较于传统的洒水方式不但可以减少不文明的施工现象，而且可使混凝土强度符合要求。
        4混凝土裂缝的治理
        4.1对细微裂缝的治理
        隧洞衬砌混凝土外表，可见明显的细微裂缝，但这些裂缝没有太大的扩展性。该类裂缝相对来说比较稳定，通常能够自愈，对结构后期的使用并无严重的影响。故建议：先对裂缝表面进行清洗，抹上一层环氧树脂浆液，最好2~3遍，使用刮抹料或是调色料来对混凝土表面进行处理，让他的颜色能够和周围衬砌混凝土之间保持相同。
        4.2处理贯通性裂缝
        该种裂缝有明显的危害，需妥善地治理。顺着裂缝方向进行开凿，宽度5cm，深度3cm，形状为V形。槽内建议钻孔，0.5m/孔，深度=衬砌厚度的50%（或2/3）。一般，深度不低于15cm，很少直接透过整个衬砌，防止跑浆。使用水冲来对杂物粉尘进行清洗，在孔内直接插入10mm长度的压浆管，同时借助环氧树脂水泥浆来对灰砂进行锚固，做好压实抹光工作。树脂砂浆配比：环氧：水泥：细砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12。乙二胺是比较好用的固化剂，稀释剂可以改用二丁酯，以0.15～0.2MPa压力成功地对双液浆或是环氧树脂浆液进行压入。最后，根据压力水来对压浆效果进行检查，裂缝外表要做好刮抹以及调色处理。
        4.3治理密集裂缝
        衬砌背后由于空洞或是衬砌厚度过小，可能形成密集裂缝。此时，应当对防水、地层做好加固处理。顺着裂缝双侧，进行交叉布点，间隔距离为1.2～1.5m，方槽尺寸10cm×10cm、深约5cm。接着开始钻孔，工具为风动凿岩机。孔深3m，并利用WDT25注浆锚杆进行操作。水灰比调至1：1，灰砂比1：（3～5），注浆顺序为先上后下。
        结语
        隧洞裂缝受到多个因素的限制，对隧洞结构的破坏程度也有很大区别。正因为此，要酌情采取合理的解决措施。裂缝除了会影响隧洞的日常使用，降低渗透阻力外，同时也会腐蚀结构中的钢筋，使混凝土严重地碳化，影响材料自身的耐久性，降低承载能力。在隧洞工程中，裂缝是衬砌结构比较普遍的情形。施工中，需选择合适的处理方案，延缓裂缝的形成，确保隧洞结构的安全性与平稳性。
        参考文献
        [1]张楚,李成彬,向晓林,胡清兵,王平.长河坝水电站尾水隧洞衬砌混凝土裂缝处理[J].云南水力发电,2017,33(S2):128-130.
        [2]陈京林.水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施[J].科技与创新,2017(08):76-77.
        [3]顾彦,顾灵霞.水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施[J].西北水力发电,2004(04):55-57.