隧道襯砌裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防治理措施

隧道中產(chǎn)生的裂縫一方面是由設(shè)計原因造成的，另一方面是由于施工管理不當(dāng)造成的。它是結(jié)構(gòu)內(nèi)部受到與設(shè)計狀態(tài)不同的應(yīng)力的反映，同時也與施工過程中由于人為的因素改變了洞室的受力狀態(tài)有很大關(guān)系。

1、隧道襯砌混凝土裂縫類型

收縮裂縫，溫度裂縫、外荷載作用產(chǎn)生的變形裂縫、施工縫處理不當(dāng)引起的接茬縫等。

1.1干縮裂縫

收縮裂縫是因為混凝土收縮所引起的裂縫。在收縮種類中，分塑性收縮和縮水收縮是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因。混凝土在硬化過程中水分逐漸蒸發(fā)散失，使水泥石中的凝結(jié)膠體干燥收縮產(chǎn)生變形，由于受到圍巖和模板的約束，變形產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會出現(xiàn)干縮裂縫。干縮裂縫多為表面性的，走向沒有規(guī)律。影響混凝土干縮裂縫的因素主要有：水泥品種、用量及水灰比，骨料的大小和級配，外加劑品種和摻量。

1.2溫度裂縫

溫度裂縫是因為混凝土具有熱脹冷縮性。水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，在混凝土內(nèi)部和表面間形成溫度梯度而產(chǎn)生應(yīng)力.當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時，就會產(chǎn)生溫度裂縫。裂縫寬度冬季較寬，夏季較窄。溫度裂縫的產(chǎn)生與二次襯砌混凝土的厚度及水泥的品種、用量有關(guān)。

1.3荷載變形裂縫

荷載變形裂縫是因為支護(hù)背后存在空間或排水不暢形成水壓，基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，模板臺車沒有加固好，過早脫模，混凝土受到較大的外力撞擊等容易產(chǎn)生變形裂縫。仰拱和邊墻基礎(chǔ)的虛碴未清理干凈.混凝土澆筑后，基底產(chǎn)生不均勻沉降；模板臺車或堵頭板沒有固定牢固，以及過早脫模，或脫模時混凝土受到較大的外力撞擊等都容易產(chǎn)生變形裂縫。荷載變形裂縫在隧道襯砌混凝土病害中占有的比例逐年增大，已經(jīng)引起了廣大工程技術(shù)人員的重視。

1.4施工縫(接茬縫)

施工縫是施工中停電、機(jī)械故障等原因迫使混凝土中斷時間超時，在繼續(xù)澆筑引起的縫；再一個就是原材料不臺格、配合比不合理、和易性不好、振搗不密實，鋼筋保護(hù)層厚度不夠等引起的混凝土裂縫。

2、形成裂縫的原因

隧道裂縫產(chǎn)生原因分析；混凝土裂縫形成的原因非常復(fù)雜，往往是多種不利因素綜合作用的結(jié)果。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，施工不規(guī)范造成的混凝土裂縫占80％左右，材料質(zhì)量差或配合比不合理產(chǎn)生的裂縫占15％左右，設(shè)計不當(dāng)引起的裂縫可能占5％。

2.1建設(shè)、監(jiān)理單位工作隨意性大

由于多方面的原因，勘察設(shè)計單位無法深入地開展地質(zhì)勘探工作，隧道圍巖類別評價及結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏科學(xué)依據(jù)，帶有一定的盲目性。個別建設(shè)單位限于自身管理和專業(yè)技術(shù)水平的欠缺，任意變更設(shè)計。少數(shù)工程由業(yè)主的內(nèi)部人員組成監(jiān)理機(jī)構(gòu)，監(jiān)理工作失去了獨立性，但隨著建設(shè)市場的規(guī)范，這些問題會逐漸得到解決。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計計算與實際不符，后期變形應(yīng)力在設(shè)計中未能反映

在現(xiàn)在的隧道設(shè)計中，一般根據(jù)情況將隧道的設(shè)計分為淺埋隧道和深埋隧道兩種情況。淺埋情況下以洞頂上所有覆土壓力作為設(shè)計荷載；深埋隧道的設(shè)計考慮坍落拱效應(yīng)，只計部分圍巖壓力。在荷載的計算中采用的是經(jīng)過調(diào)查或試驗得到的土的物理力學(xué)參數(shù)。這樣的設(shè)計模式存在以下幾個方面的問題：

第一，人為確定的隧道洞室的荷載模式與實際的洞室受力狀況有很大的區(qū)別，把受力復(fù)雜的地下工程簡單的采用類似受力明確的框架進(jìn)行計算，忽略了土質(zhì)圍巖的特殊性，而這些特殊性恰恰是引起地下洞室日后病害的主要原因，

第二，設(shè)計中采用的許多土層的物理、力學(xué)指標(biāo)在洞室開挖后都會發(fā)生變化，但設(shè)計計算的過程卻無法反映出以后這方面的變化，以定態(tài)的參數(shù)設(shè)計的結(jié)構(gòu)去適應(yīng)動態(tài)的應(yīng)力變化，是對結(jié)構(gòu)受力的過程不全面的反映，同時也是對土層中洞室開挖后的應(yīng)力變化過程認(rèn)識不透徹的表現(xiàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計中長期以來忽略了地下水的影響，在隧道的設(shè)計中僅僅是考慮在有水的情況下將圍巖級別予以降低，在沒有水的情況下則對水的因素不加考慮。先說有水時的情況，對土質(zhì)隧道來說，地下水對工程的影響體現(xiàn)在以下方面，其一影響了土的物理力學(xué)指標(biāo)，這點可從圍巖級別的降低上得到部分的反映，其二影響了土層中洞室開挖后的席力狀杰.十質(zhì)圍巖中有7k時.洞室開挖后將破壞腺來日可賦存環(huán)境及水力路徑，在洞室完成后會重新形成新的水力路徑，在這個過程中，由于水的影響，必然導(dǎo)致洞室周圍土壓力狀態(tài)與設(shè)計時有很大的不同，而提高圍巖級別卻不能反映出這種影響，故從根本上說，設(shè)計時對土質(zhì)圍巖中水的因素是沒有考慮的。在勘察未見地下水的情況下，修成的洞室卻往往存在漏水的情況，這說明土質(zhì)圍巖中的水力路徑會隨著洞室的開挖而變化，從而使開挖時干燥的洞室在運營后數(shù)年出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象。

2.3施工工藝現(xiàn)場操作不規(guī)范

隧道開挖成形差襯砌混凝土厚度嚴(yán)重不均勻，欠挖和超挖支護(hù)侵入襯砌限界，造成襯砌混凝土厚度不足，個別隧道襯砌混凝土背后存有脫空現(xiàn)象。

未開展監(jiān)控量測工作，僅憑經(jīng)驗來確定二次襯砌的施工時間，安全可靠性差，造成二次襯砌超設(shè)計荷載承受圍巖壓力。

混凝土生產(chǎn)時原材料計量誤差大，尤其外加劑的摻加隨意性大，沒有根據(jù)砂、石料的實際含水率及時調(diào)整施工用水量，造成混凝土水灰比增大，在混凝土運輸及泵送過程中加水的現(xiàn)象也比較普遍。

采用整體式鋼模臺車施工，混凝土澆注時振搗不實或漏漿，造成混凝土密度不均勻。

盲目追求施工進(jìn)度，脫模時間過早，養(yǎng)生條件又不完善，使混凝土過早承受荷載，破壞了混凝土內(nèi)部受力結(jié)構(gòu)。

夏季施工時砂、石料露天堆放，無降溫措施，混凝土人模時溫度過高；冬季施工保溫措施不得力。

施工過程中未嚴(yán)格按新奧法要求施工，使襯砌產(chǎn)生裂縫。雖然新奧法設(shè)計有其不足之處，但從現(xiàn)階段的理論和實際來看，新奧法理論仍是目前地下洞室設(shè)計和施工的最好的指導(dǎo)理論。但在大量的土質(zhì)隧道施工過程中，新奧法并未被正確完整的貫徹，大多數(shù)工程的施工并未按新奧法的要求進(jìn)行動態(tài)的設(shè)計和施工管理。尤其在施工的過程中沒有認(rèn)真的對待量測環(huán)節(jié)，當(dāng)然也就不能以量測資料指導(dǎo)設(shè)計和施工。有的工程在最關(guān)鍵的收斂穩(wěn)定的判別上也往往以人眼觀察代替量測，這些對新奧法的斷章取義或認(rèn)識不清最終導(dǎo)致了各種各樣的工程事故的發(fā)生，也導(dǎo)致了最終的工程質(zhì)量問題。

2.4原材料質(zhì)量差，配合比設(shè)計不合理

水泥品種選擇不當(dāng)，安定性不足，不同批次的水泥混用，碎石、砂繼配差，含泥量超標(biāo)，碎石中石粉含量大，針、片狀過多，影響了水泥與骨料的結(jié)合。進(jìn)行配合比設(shè)計忽略水泥用量增多對混凝土品質(zhì)的影響，錯誤地認(rèn)為水泥用量越多混凝土強(qiáng)度越高。此外，如果對摻合物合外加劑的選用缺乏專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo).往往也達(dá)不到預(yù)期效果。

2.5施工管理方面不善，工程質(zhì)量不高

施工過程的管理未嚴(yán)格按國家的有關(guān)規(guī)范規(guī)程辦理，具體表現(xiàn)在混凝士配合比達(dá)不到強(qiáng)度要求，施工振搗不密實導(dǎo)致襯砌中有蜂窩使混凝土強(qiáng)度降低；坍方處理不當(dāng)襯砌背后留有孔洞；超挖回填不密實、欠挖不修整導(dǎo)致的襯砌受力與設(shè)計不符；背棄新奧法思想，在初襯變形未收斂的情況下施做二襯；拆模時間過早導(dǎo)致襯砌早期強(qiáng)度不足；冬季施工管理不善導(dǎo)致混凝土達(dá)不到強(qiáng)度要求；施工用水管理不善，導(dǎo)致基底被水浸泡，使襯砌產(chǎn)生不均勻沉降等。

3、混凝土裂縫治理

混凝土作為多組材料組成的脆性材料，裂縫的存在是客觀的。作為施工單位應(yīng)加強(qiáng)襯砌混凝土的施工管理，避免或減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。對于出現(xiàn)的裂縫，應(yīng)認(rèn)真分析原因，分清是有害裂縫還是無害裂縫，并對有害裂縫進(jìn)行處理，防止裂縫繼續(xù)發(fā)展，影響襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3.1細(xì)微裂縫

隧道襯砌混凝土表面常出現(xiàn)一些沒有擴(kuò)展性的細(xì)微裂縫，這種裂縫是穩(wěn)定的，一般可自愈不會影響結(jié)構(gòu)的使用合耐久性。從美觀考慮，可先清洗干凈裂縫表面，然后涂刷環(huán)氧樹脂漿液二至三遍，最后用刮抹料、調(diào)色料處理混凝土表面，使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致?？梢杂铆h(huán)氧樹脂漿液補救。配比是；

環(huán)氧樹脂：501稀釋劑：二甲苯：乙二胺=1：0.2：O.35：O.08；水泥：細(xì)沙：水=1：2：o.35；水泥：自水泥：107膠=：5：3：L

施工時應(yīng)經(jīng)試驗確定，混凝土表面要與其它周圍襯砌混凝土顏色一致。

3.2貫通性裂縫

貫通性裂縫的危害較大，必須采取有效的處理方法。沿裂縫方向鑿成寬5厘米、深3厘米的V形槽，在槽內(nèi)騎縫每隔0.5米鉆一孔，孔深為襯砌厚度的1／2或2／3，一般不少于15厘米，并不得穿透襯砌以防跑漿。用清水沖洗千凈槽內(nèi)的雜物及粉塵，在孔內(nèi)插入φ10的壓漿管，利用環(huán)氧樹脂水泥砂漿錨固，用灰刀將砂漿壓實抹平。環(huán)氧樹脂砂漿配比，環(huán)氧樹脂：水泥；細(xì)紗：乙二胺：二丁酯=1：1：63.2：0.1：0.12。其中乙二胺是固化劑，二丁酯是稀釋劑。待環(huán)氧樹脂砂漿有一定的強(qiáng)度后，以O(shè).15MPa-0.2MPa壓力壓入水泥一水玻璃漿液或環(huán)氧樹脂漿液。壓漿結(jié)束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果，裂縫表面用刮抹料和調(diào)色料處理。

3.3密集裂縫

襯砌背后有空洞或襯砌厚度不足引起的密集裂縫，必須進(jìn)行防水和地層加固處理。沿裂縫兩側(cè)每隔1.2米～1.5米交錯布點.鑿成10厘米x10厘米大小深5厘米地方槽，用風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆孔，孔深3米，安裝wDT 25中空注漿錨桿，注入水泥砂漿，水灰比L：1施工時由上往下遂級注漿，注漿壓力以0.4MPa-0.6 Mpa為宜。注漿結(jié)束后，另鑿新孔在0.6MPAa-1.0MPa壓力下壓入純水泥漿檢查注漿效果，當(dāng)達(dá)到規(guī)定壓力而壓不進(jìn)時，認(rèn)為注漿已滿，注漿24小時后安裝錨桿墊板，用環(huán)氧樹脂砂漿抹平方槽，表面用刮抹料和調(diào)色料處理。

4、如何預(yù)防混凝土裂縫

4.1做好前期工作

提高設(shè)計精度，加強(qiáng)工程前期地質(zhì)工作，為設(shè)計提供詳細(xì)地工程地質(zhì)，水文地質(zhì)勘探資料，提高設(shè)計質(zhì)量。

4.2加強(qiáng)土質(zhì)圍巖中洞室開挖后初期穩(wěn)定與長期受力變化特點的研究

弄清各類地下結(jié)構(gòu)在土層中的受力特點，研究土質(zhì)圍巖中地下洞室長期應(yīng)力的變化情況及各種不同情況下土中應(yīng)力的相應(yīng)變化。著重研究在新奧法后階段土層中應(yīng)力的變化情況，明確在各種不同的地質(zhì)條件下，土的物理力學(xué)參數(shù)隨時間的變化情況。以此指導(dǎo)設(shè)計。

4.3嚴(yán)格混凝土施工工藝

a.提高鉆眼技術(shù)水平，優(yōu)化鉆爆參數(shù)，提高光面爆破效果，加強(qiáng)隧道開挖斷面檢測，嚴(yán)格控制超欠挖，為襯砌施工創(chuàng)造良好的條件。

b.二次襯砌施作時間，應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定時進(jìn)行。當(dāng)圍巖變形較大、流變特性明顯，需提前進(jìn)行二次襯砌時，必須對初期支護(hù)或襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

c.混凝土的拌合

嚴(yán)格按施工配料單計量，定期檢查校正計量裝置。加強(qiáng)砂石料含水率檢測，及時調(diào)整拌合用水量，保證混凝土的和易性。

控制混凝土的人模溫度。夏季施工時，當(dāng)氣溫高于3ZC時，砂石料、攪拌機(jī)應(yīng)搭設(shè)遮陽棚，用冷水沖洗碎石降溫。盡量安排在夜間澆筑混凝土。

d.混凝土的灌注

混凝土在運輸和泵送過程中嚴(yán)禁魯力水。

適當(dāng)放慢灌注速度，兩側(cè)邊墻對稱分層灌注，到墻、拱交界處停lh-1.5h，待邊墻混凝土下沉穩(wěn)定后，再灌注拱部混凝土。

混凝土灌注過程中必須振搗，提高混凝土的密實度和均質(zhì)性，減少內(nèi)部微裂縫和氣孔，提高抗裂性。

e.混凝土的脫模、養(yǎng)護(hù)

混凝土拆模的強(qiáng)度必須符合設(shè)計和規(guī)范要求，嚴(yán)禁為趕工期或提高模板周轉(zhuǎn)量提前拆模，拆模時注意保護(hù)混凝土。拆模后應(yīng)及時養(yǎng)生，而傳統(tǒng)的灑水養(yǎng)護(hù)方法，既給隧道內(nèi)的文明施工增加了難度，灑水又不均勻，使混凝土的早期強(qiáng)度得不到保證。因此，建議使用噴涂混凝土養(yǎng)護(hù)液的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.4把好材料進(jìn)場關(guān)，嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量

水泥：施工現(xiàn)場多使用普通硅酸鹽水泥，但應(yīng)盡量減少單位水泥用量，不同品牌，不同規(guī)格，不同批次的水泥不能混用。

碎石：嚴(yán)格按混凝土配合比設(shè)計的規(guī)格選用碎石標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制碎石的含泥量、針片狀含量。

砂：采用繼配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)為23.3—3.0，粒徑小于0.315mm的顆粒含量所占比例宜為15-20％，嚴(yán)格控制含泥量在3％以內(nèi)，為方便混凝土的運輸和澆注。

水：最好選用飲用水。當(dāng)采用其他水時，應(yīng)按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，P H應(yīng)大干4。水灰比越大混凝土的干燥收縮越大。嚴(yán)格控制泵送混凝土的用水量是減少裂縫的主要措施之一。施工中水灰比的范圍一般控制在0.45～O.55之間，塌落度控制在(1 2士2)cm之間。

外加劑：高效減水劑能夠有效減少用水量，降低水化熱，延緩水化熱釋放速度，從而減少溫度裂縫，但摻量過多會引起混凝土的膨脹和開裂，施工時必須慎重選用外加劑的品種和用量。

摻合料：

推廣摻加粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術(shù)，等量替代水泥，以減少水泥用量。對強(qiáng)度等級C25以下的混凝土，粉煤灰摻量一般為水泥用量的10％-15％.膨脹劑摻量為水泥用量的8％-12％，具體摻量需經(jīng)試驗確定。

a.粉煤灰比表面積小，需水量低，不僅能有效降低混凝土的干燥收縮值，還可以改善混凝土的流動性、粘聚性和保水性。在水泥中摻人原狀或磨細(xì)粉煤灰后，可以降低混凝土中水泥的水化熱，推遲水化熱峰值的出現(xiàn)，減少絕熱條件下的溫升，有利于控制溫度裂縫的產(chǎn)生。粉煤灰的摻加在水工大體積混凝土施工中應(yīng)用比較廣泛，由于認(rèn)識、技術(shù)上的原因，目前在山嶺隧道施工中應(yīng)用較少。

b.摻加適量的膨脹劑可以補償混凝土的收縮，增加密實度，提高混凝土防滲抗裂能力。

4.5加強(qiáng)施工管理。保證工程質(zhì)量

在洞室開挖管理、混凝土質(zhì)量管理、量測控制管理、施工工序等方面加強(qiáng)管理，杜絕塌方事故的發(fā)生，以嚴(yán)格的管理制度保證工程質(zhì)量

5、結(jié)論

隧道混凝土襯砌的裂縫是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題，裂縫不僅影響了美觀，還給工程質(zhì)量留下了隱患。能夠針對裂縫產(chǎn)生的原因，提出裂縫的預(yù)防和治理方法，對提高混凝土襯砌施工水平有很大的借鑒意義。同時通過對裂縫問題的解決更能使隧道襯砌長期發(fā)揮作用，保證正常的運營安全。所以這就要求我們不斷地積累經(jīng)驗，完善管理制度，提高隧道襯砌施工技術(shù)水平以治理和預(yù)防襯砌裂縫，這樣才能更好地服務(wù)于隧道工程建設(shè)，造福于人民。