水工隧洞永久縫間距對襯砌裂縫影響研究

景孟旗

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽 550002)

水工隧洞永久縫間距對襯砌裂縫影響研究

景孟旗

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽 550002)

水工隧洞是常見的水工建筑物之一，隧洞襯砌裂縫嚴重影響著隧洞的安全使用，因此，避免隧洞襯砌出現(xiàn)裂縫在工程中顯得尤為重要。文章結(jié)合工程實際，分析了隧洞襯砌裂縫產(chǎn)生原因，探討了襯砌永久縫間距對隧洞襯砌裂縫的影響。

水工隧洞；襯砌裂縫；裂縫間距；永久縫

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，面對生產(chǎn)生活用水急劇增加，水資源時空分布不均，地下水資源過度開采等問題，引水、調(diào)水作為一種合理配置水資源的工程手段，正在被廣泛應(yīng)用。水工隧洞作為主要的引水建筑物，其安全穩(wěn)定運行，是保證水利工程正常使用的重要環(huán)節(jié)。目前針對隧洞外部荷載、混凝土澆筑過程中溫度控制等因素的研究較多，但隧洞施工過程中還是難免有裂縫產(chǎn)生，文章結(jié)合經(jīng)驗公式與工程實踐，提供一種通過合理控制永久縫的距離，避免襯砌產(chǎn)生裂縫的“以縫制縫”的方法。

1 隧洞襯砌裂縫產(chǎn)生原因及防范措施

隧洞襯砌產(chǎn)生裂縫的原因主要有：前后段圍巖類別不同、混凝土內(nèi)外溫度不同、襯砌斷面尺寸變化、施工質(zhì)量不高及后期養(yǎng)護不到位。為避免襯砌裂縫的產(chǎn)生，工程上針對上述不同原因，分別采取措施，在裂縫控制方面取得一定成效。在地質(zhì)條件變化、變形復(fù)雜(如洞室交叉)、約束條件變化較大等部位設(shè)置永久縫，可以避免因溫度、混凝土收縮、沉陷、外荷載及約束條件等的較大差異而引起上述部位產(chǎn)生聯(lián)結(jié)斷面脫開、較大變形、應(yīng)力集中等危害[1]。

2 規(guī)范中對襯砌分縫的要求

《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL279-2016)9.7條規(guī)定：在地質(zhì)條件明顯變化出和井、洞交匯處、進出口處或其他可能產(chǎn)生較大相對變位處，混凝土和鋼筋混凝土襯砌應(yīng)設(shè)置永久縫，并采取相應(yīng)防滲措施。圍巖地質(zhì)條件比較均一的洞段，可只設(shè)置施工縫。

規(guī)范中明確了部分情況下伸縮縫位置設(shè)置要求，但實際施工過程中，經(jīng)常會遇到較長距離洞段圍巖條件較單一的情況，這種情況下若長距離不設(shè)永久縫，襯砌極易產(chǎn)生裂縫，但是永久縫設(shè)置過多，又會增加止水成本和施工難度，因此，科學(xué)合理的設(shè)置永久縫的距離，在最經(jīng)濟的情況下解決襯砌裂縫問題便是當務(wù)之急。

3 永久縫間距經(jīng)驗公式

隧洞永久縫間距對后期襯砌裂縫的影響我國工程前輩在實踐中進行過對比總結(jié)，其中簡單易用的有云峰工程局提出的經(jīng)驗公式。今年來，隨著施工工藝的改進，材料品質(zhì)的提高，分縫間距有加長的趨勢，但是這些經(jīng)驗公式依舊可以對永久縫間距與襯砌裂縫的關(guān)系做出定性的評價，文章對云峰經(jīng)驗公式稍作調(diào)整，調(diào)整后的經(jīng)驗公式如下：

(1)

(2)

式中：L為環(huán)向分縫間距，m；L1.2為多裂縫與少裂縫的臨界環(huán)向分縫間距，m；δ為襯砌混凝土厚度，cm；R為混凝土軸心抗拉強度標準值，N/mm2，C25混凝土軸心抗拉強度為1.78N/mm2。

4 工程實例

下文將結(jié)合工程實例，說明該公式在工程中的指導(dǎo)意義。

國內(nèi)某隧洞內(nèi)部直徑2.5m，全長770m，采用C25鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ類圍巖襯砌混凝土厚40cm，Ⅳ類圍巖襯砌混凝土厚50cm，Ⅴ類圍巖襯砌混凝土厚60cm。按照云峰經(jīng)驗公式，算得的本隧洞不同襯砌型式永久縫臨界間距見表1。

表1 永久縫臨界間距

從計算結(jié)果看，Ⅲ類圍巖段永久縫間距>59m時，襯砌裂縫會較多；Ⅳ類圍巖段永久縫間距>74m時，襯砌裂縫會較多；Ⅴ類圍巖段永久縫間距>89m時，襯砌裂縫會較多。

本隧洞從小樁號向大樁號澆筑，澆筑初期，圍巖地質(zhì)條件均一的洞段每隔12m設(shè)置了施工縫，未設(shè)置永久縫。隧洞樁號0+020-0+140段全部為Ⅳ類圍巖，在澆筑到0+108樁號時，在0+76.5樁號處發(fā)現(xiàn)一條貫穿性裂縫，隨后設(shè)計人員緊急調(diào)查現(xiàn)場情況后，認為長距離未設(shè)永久縫是產(chǎn)生襯砌裂縫的原因之一，于是從樁號0+140開始，對后續(xù)襯砌永久縫距離進行調(diào)整，調(diào)整后永久縫距離從10m到70m不等，調(diào)整后的具體分縫情況見圖1-圖3。

圖1 隧洞襯砌永久分縫示意圖(一)

圖2 隧洞襯砌永久分縫示意圖(二)

圖3 隧洞襯砌永久分縫示意圖(三)

重新設(shè)置分縫后，Ⅲ類圍巖段永久縫間距最大29m，Ⅳ類圍巖段永久縫間距最大70m，Ⅴ類圍巖段永久縫間距最大10m。后續(xù)洞段襯砌均為出現(xiàn)裂縫。

本隧洞所在工程為國內(nèi)一在建大型水利工程，工程中隧洞總長上百km，在前期施工中襯砌發(fā)生裂縫后，設(shè)計人員進行多方面的分析研究，并及時吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，對后續(xù)隧洞襯砌施工中永久縫的間距參照上述經(jīng)驗公式計算結(jié)果進行調(diào)整，到目前為止，襯砌完成的數(shù)km隧洞中，未再出現(xiàn)裂縫。

5 結(jié) 論

對于中小斷面隧洞這種襯砌厚度不是很大的水工建筑物，永久縫間距是影響隧洞襯砌裂縫的一個重要因素，在隧洞襯砌施工過程中，按照《水工混凝土施工規(guī)范》要求做好常規(guī)的混凝土澆筑養(yǎng)護工作后，參照文章經(jīng)驗公式控制好永久縫的間距，可有效避免隧洞襯砌混凝土裂縫的產(chǎn)生。

[1]張文倬.水工隧洞襯砌混凝土分縫問題芻議[J].四川水利，2004(04)：15-19.

1007-7596(2017)06-0052-02

2017-05-24

景孟旗(1987-)，男，山西運城人，碩士研究生，助理工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

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