蒋小伟
中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西西安 710068
摘要：隧道在交通基础设施中扮演着重要的角色。隧道设计使用寿命100年，在百年尺度内，不仅要对隧道建设初期的安全性进行评估，在后续长期运营中更需要时刻关注隧道的使用安全性问题。外部荷载的变化和衬砌自身的劣化是影响隧道运营期安全性最主要的两个因素。裂缝是隧道最常见的劣化现象，经常被认为是评价隧道结构安全的指标。因此，带裂缝衬砌的承载能力评价非常重要。本文主要对高速公路隧道工程裂缝处置及防范做论述。
关键词：高速公路；隧道工程；裂缝处置；防范
引言
我国高速公路工程建设的重点逐步向西部地区转移。西部地区山峦众多、地形复杂，隧道工程建造过程容易受到不良地质条件、障碍物、复杂严酷环境等的影响。特别是高速公路隧道，因其断面面积大、施工风险高、耐久性要求高等特点，往往成为全线控制性工程。
1隧道衬砌混凝土裂缝分类
现场调查结果表明，隧道衬砌混凝土裂缝大多出现在隧道建成初期，甚至在建设过程中即产生了大量裂缝。在隧道建成后5~10年内裂缝产生的数量较少，在建成10年后由于各种原因也会出现损坏、渗漏等劣化现象。隧道衬砌混凝土裂缝产生的原因较多，依据是否承受荷载作用可分为荷载裂缝和非荷载裂缝。荷载裂缝主要是指由于直接承受围岩等外部荷载或次生应力而产生的裂缝。当混凝土实际承受拉应力达到其极限抗拉强度时即出现裂缝，包括压裂性裂缝、拉裂性裂缝和剪切裂缝。非荷载裂缝主要是指衬砌混凝土在未承受荷载时，由于自身温度或收缩变形受到约束产生拉应力，当该拉应力达到混凝土极限抗拉强度时产生的裂缝。
2隧道衬砌抗震性能评价方法
目前，针对地下结构的抗震性能分析，国内外学者已经提出了解析方法、数值分析方法和简化分析方法等多种理论。常见的地下结构简化分析方法包括地震系数法、自由场变形法、反应位移法、反应加速度法和Pushover分析方法等，各种方法均有其优缺点和适用性。其中自由场变形法认为地下结构物在地震作用下主要受到围岩变形影响，而非地震惯性力。最早应用于２０世纪６０年代美国旧金山海湾区快速运输系统修建时所采用的地下结构抗震设计准则。该方法通过对地下结构物施加与其所在位置处自由场变形一致的变形条件来模拟结构物所受到的地震作用，但忽略了地下结构物与围岩之间的刚度差异和相互作用。可通过与传统经验评价方法、动力计算分析结果相比较，验证了该方法的可行性，并应用于实际工程的分析中。MCSRD法通过建立地层—结构计算模型，在模型的围岩体边界上施加剪切变形条件，利用数值程序考虑地下结构物与围岩之间的相互作用，相比于传统的自由场变形方法，该方法更为合理。依据我国高速公路隧道设计规范对隧道衬砌结构的抗震性能进行评价。具体步骤如下：（１）针对需要进行分析的工况建立相应的地层—结构模型，此过程包含对围岩体的初始地应力平衡、隧道开挖和支护等步骤。（２）对围岩体边界逐级施加剪切变形条件，同时对隧道衬砌的轴力和弯矩进行监测。（３）对隧道衬砌的轴力和弯矩进行检算，得到对应不同围岩体剪切应变值γ条件下隧道衬砌的安全系数。（４）根据围岩条件，将地震时场地的峰值速度与隧道衬砌安全系数一一对应，对隧道抗震性能进行评价：γ=v/vs式中：γ是对应状态下的围岩体剪切应变；ｖ是地震时场地的峰值速度；vs是场地的平均剪切波速度。
3科学选用混凝土原材料
在选择大体积混凝土的施工材料时，首要条件就是水热要低，如粉煤灰水泥、矿渣水泥等都比较适合，另外还要通过加入外加剂、加入混合料等途径限制水泥使用量，避免产生过多水化热，造成较大的内外温差。
在确保混凝土强度达标的基础上，加入适量缓凝减水剂，少用一些水泥，缓解胶凝材料的水化放热，可以促进混凝土内部温度散发，从而降低内外的温度差。施工人员可以在冷却集料上浇水来控制温度，尤其是冷却粗集料效果更好，浇水后其温度降低，形成的混凝土初始温度也比较低，在水泥水化放热时，粗集料可以吸收热量，避免混凝土内部过热。若施工在炎热的夏季进行，施工单位要注意搭建棚子存放材料，或者用遮光布覆盖，以免阳光直接照射导致温度升高。
4改善混凝土约束力条件
首先，分块必须合理，每一块的面积都要在50m3以上，高度则最好再2m以下，各区块彼此间的竖向接缝要平行于平截面的短边，并且垂直于长边，上层与下层相邻混凝土之间的竖向接缝要相互错开，形成企口。而且要当做施工缝加以处理、在大型混凝土基础的施工中，为避免受到嵌固作用的影响，可通过铺设卷材、刷沥青等形式将滑动层设在基础混凝土和垫层或者岩石地基之间，将约束力释放出来，降低其对混凝土造成的拉力。除此之外，要运用二次投料法进行浇筑，重视早期养护工作。科学控制骨料级配与混凝土的泥沙含量，加入适量膨胀剂，充分振捣，按照结构形状在容易出现裂缝的位置添加构造配筋，使混凝土的抗拉能力提升。
5红外热成像技术的应用
空气和围岩之间热流取决于衬砌导热系数，表层空洞、剥离或含水腔改变区域导热系数，引发缺陷区域与周边存在温差，基于红外技术对温差进行采集可以快速筛选潜在病害区域。红外热成像技术对衬砌表面渗漏水、潮湿及距表面3cm内的脱粘、8cm内的空洞或水囊进行快速扫描检测；运用该技术对高速公路隧道内的表层剥离检测进行了应用研究，指出当隧道内空气与衬砌表面温差超过0.35℃时，该技术检测精度较高，与敲击法检测结果比较，采用该技术对全面检查中评定为A2级、B级缺陷的检出率分别为83%、60%，缺陷尺寸检测精度约为300mm2。
6选择适当的养护方式
在隧道衬砌混凝土浇筑完成后进行适当的养护是降低其温度梯度的重要途径之一。目前，国内外隧道衬砌混凝土主要采用标准养护、气雾养护、喷水和涂膜等养护方式。其中，对降低隧道衬砌混凝土温度梯度最为有效的是气雾养护。气雾养护是采用蒸汽或喷雾的方式对隧道衬砌混凝土表面进行养护，使其表面保持在较高的温度水平，从而彻底消除隧道衬砌混凝土早龄期温度梯度，降低非线性温度应力和开裂风险。在工程实践中，可通过养护台车实现对隧道衬砌混凝土的气雾养护，养护台车不仅可以对养护过程中的温度、湿度进行实时监控，还可以实现对养护关键数据的自动采集、记录、存储和传输。
结语
总而言之，在城市隧道工程中，大体积混凝土的施工质量会受到多方面因素的影响，所以施工单位必须将质量控制措施贯彻于整个施工过程之中，科学选用混凝土原材料、严格控制各个施工环节、改善混凝土约束力条件、控制温度提高抗拉强度、注重混凝土的定期养护。通过采取种种措施为工程质量提供保障，避免发生大体积混凝土危害，提升施工的安全性与工程的稳定性，延长城市隧道的使用年限，增强企业的经济效益以及长远的社会效益。
参考文献
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