公路隧道襯砌裂縫成因和防治措施

李靖宇

中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地區(qū)新建公（鐵）路越來越多，隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二次襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺(tái)車、泵送混凝土施工工藝，但混凝土硬化過程中產(chǎn)生的裂縫不僅影響了美觀，還給工程質(zhì)量留下了隱患。施工中必須采取合理的工程技術(shù)措施，控制和減少混凝土中裂縫的數(shù)量和寬度。本文分析了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，提出了緩解裂縫產(chǎn)生的措施，并介紹了幾種常見的裂縫治理方法。

1 襯砌裂縫基本形態(tài)

結(jié)合工程地質(zhì)條件、施工狀況分析以及襯砌裂縫的基本形態(tài)表述，從力學(xué)性質(zhì)上分析襯砌裂縫可分為3類：

剪切裂縫。主要為拱腰處襯砌混凝土受剪切應(yīng)力作用而開裂，甚至出現(xiàn)錯(cuò)位，呈縱向、斜線或x型交叉分布。剪切裂縫主要是由于偏壓、圍巖的承壓力不足、縱向沉降差和其它施工因素引起的。

拉裂縫。由于隧道襯砌混凝土的干縮、熱脹冷縮和襯砌外側(cè)圍巖阻礙了襯砌的自由脹縮，在襯砌內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力?；炷量估瓘?qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，故常能抵抗升溫時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力，而難以抵抗降溫時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

彎曲受壓開裂：主要為拱頂處襯砌混凝土受壓開裂。由于襯砌兩側(cè)受壓，拱頂上升，襯砌內(nèi)側(cè)受壓產(chǎn)生劈裂，外側(cè)受拉產(chǎn)生“V”字形拉裂縫，當(dāng)兩者進(jìn)一步發(fā)展時(shí)產(chǎn)生貫通裂縫，使裂面處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

2 裂縫形成的原因分析

2.1 設(shè)計(jì)粗糙，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(jì)單位無法深入地開展地質(zhì)勘探工作，隧道圍巖類別評(píng)價(jià)及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)依據(jù)，帶有一定的盲目性。個(gè)別建設(shè)單位限于自身管理和專業(yè)技術(shù)水平的欠缺，任意變更原設(shè)計(jì)。

2.2 施工工藝或現(xiàn)場操作不規(guī)范

隧道開挖成型差，襯砌混凝土厚度嚴(yán)重不均勻；欠挖或初期支護(hù)侵入襯砌限界，造成襯砌混凝土厚度不足。

未開展監(jiān)控量測工作，僅憑經(jīng)驗(yàn)來確定二次襯砌的施作時(shí)間，造成二次襯砌超設(shè)計(jì)荷載承受圍巖壓力。

混凝土生產(chǎn)時(shí)原材料計(jì)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(shí)際含水率及時(shí)調(diào)整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。

采用整體式鋼模板臺(tái)車施工，混凝土澆筑時(shí)不振搗或漏振，混凝土均質(zhì)性差。

盲目追求施工進(jìn)度，隨意提前脫模時(shí)間，使低強(qiáng)度混凝土過量承受荷載，破壞了混凝土結(jié)構(gòu)。

夏季施工時(shí)砂、石料露天堆放，無切實(shí)有效的降溫措施，混凝土入模溫度高。冬期施工時(shí)采取的防寒保溫措施不力。

2.3 原材料質(zhì)量差、配合比設(shè)計(jì)不合理

水泥品種選擇不當(dāng)及碎石、砂級(jí)配差。進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，忽視水泥用量增多對混凝土品質(zhì)的影響。對摻合料和外加劑的選用缺乏專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)，達(dá)不到預(yù)期的效果。

2.4 施工因素及其引起的裂縫

施工因素可以說在整個(gè)隧道的建設(shè)過程中是最不確定的一個(gè)因素。也是造成隧道襯砌裂縫的重要原因。常見的主要施工因素有：施工所用材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，存在偷工減料問題；野蠻施工；不按設(shè)計(jì)施工；不按程序施工；對于超挖段和塌方段回填不及時(shí)、不完全等。

3 預(yù)防公路隧道襯砌裂縫的措施

3.1 提高設(shè)計(jì)精度

加強(qiáng)工程前期地質(zhì)工作，為設(shè)計(jì)提供詳盡的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘探資料，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3.2 把好材料進(jìn)場關(guān)，嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

水泥。施工現(xiàn)場多使用普通硅酸鹽水泥。不同品牌、不同規(guī)格、不同批次的水泥不能混用。

碎石。根據(jù)泵送管路的內(nèi)徑，盡可能選用較大粒徑的碎石。嚴(yán)格控制含泥量≤1%，針、片狀物含量≤15%，粒徑以5mm～31.5mm為宜，最大不超過40mln。

砂。采用級(jí)配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)為3.0～2.3，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(yùn)輸、泵送和澆筑，砂率取35%～45%。

水。最好選用飲用水。當(dāng)采用其他水源時(shí)，應(yīng)按國家現(xiàn)行《砼拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63）的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，pH值應(yīng)大于4。

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(jí)C25以下的混凝土，粉煤灰摻量需經(jīng)試驗(yàn)確定。

外加劑。高效減水劑能夠有效減少拌合用水， 降低水化熱，延緩水化熱釋放速度，從而減少溫度裂縫。施工時(shí)必須慎重選擇外加劑的品種和摻量。

3.3 嚴(yán)格混凝土施工工藝

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。

一次襯砌施作時(shí)間，應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定時(shí)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(shí)，必須對初期支護(hù)或襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

混凝土的拌合：1）嚴(yán)格按施工配料單計(jì)量， 定期檢查校正計(jì)量裝置。加強(qiáng)砂石料含水率檢測，及時(shí)調(diào)整拌合用水量；2）控制混凝土的入模溫度。夏季施工時(shí)，當(dāng)氣溫高于32℃ 時(shí)，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。

混凝土的灌注：1）混凝土在運(yùn)輸和泵送過程中嚴(yán)禁加水；2）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1h～1.5h，待邊墻混凝土下沉穩(wěn)定后，再灌注拱部混凝土；3）混凝土灌注過程中必須振搗，提高混凝土的密實(shí)度和均質(zhì)性，減少內(nèi)部微裂縫和氣孔，提高抗裂性。

混凝土的脫模、養(yǎng)護(hù)：1）混凝土拆模時(shí)的強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)或規(guī)范要求，嚴(yán)禁未經(jīng)試驗(yàn)人員同意提前脫模，脫模時(shí)不得損傷混凝土；2）傳統(tǒng)的混凝土灑水養(yǎng)護(hù)方法，增加了隧道內(nèi)的文明施工難度，灑水也不均勻，使混凝土早期強(qiáng)度得不到保證。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 結(jié)論

公路隧道襯砌裂縫的治理是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的施工技術(shù)，它需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師及時(shí)分析施工進(jìn)展與現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，調(diào)整原設(shè)計(jì)方案施工細(xì)節(jié)，以便施工措施更能符合病害實(shí)際情況，從而避免在治理段重新產(chǎn)生新的病害。

[1]盧志強(qiáng)，羅志軍.通過斜井施工長大隧道的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].隧道建設(shè)，2009，29(2)：1-6.