關(guān)于水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)限裂的分析

張蕾

摘 要：隨著我國水利水電建設(shè)工程項目不斷增多，對于水利工程的施工質(zhì)量也提出了更加嚴(yán)格的要求，其中水利工程隧洞施工的質(zhì)量控制至關(guān)重要，因此，對于水利工程隧洞的設(shè)計要采用最嚴(yán)格的施工標(biāo)準(zhǔn)，對于隧洞襯砌結(jié)構(gòu)，施工要求是不允許其產(chǎn)生開裂，但是，在實際的工程之中要避免裂縫的出現(xiàn)是不現(xiàn)實的，因此，對大多數(shù)水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)而言，只需按限裂計算配筋即可。文章主要闡述了水利工程隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的類型，并詳細(xì)地分析了隧洞襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫的原因，最后提出了襯砌結(jié)構(gòu)限裂優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：水利工程；隧洞襯砌結(jié)構(gòu)；限裂

我國的水工隧洞建設(shè)取得了很大的發(fā)展，但是在控制工程裂縫方面依然存在著較多的問題，從而影響了隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。我國針對水工隧洞設(shè)計先后頒布了相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，并對襯砌結(jié)構(gòu)限裂計算公式進(jìn)行了規(guī)范，但是規(guī)范的限裂公式來自于對普通鋼筋混凝土構(gòu)件工作機(jī)理的推導(dǎo)，這與襯砌結(jié)構(gòu)的實際變化情況有著很大的差異，其限裂計算結(jié)果不能滿足實際施工的需求，因此相關(guān)的計算公式進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚蛘吒囊呀?jīng)成為工程建設(shè)的共識。

1 水工隧洞襯砌結(jié)的基本類型

我國的水利工程隧洞建設(shè)項目較多，因此采用的隧洞襯砌結(jié)構(gòu)類型較多，通常而言，按照隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的類型，可以分為好多種類型；而按照施工工藝的差異性，也可以分為好多種類型，比如較為常用的有裝配式和混凝土現(xiàn)場澆筑類；此外如果對于隧洞襯砌結(jié)構(gòu)是按照其應(yīng)力的特點進(jìn)行分類，就可以分為普通混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土。因此隧洞襯砌結(jié)構(gòu)分類多種多樣，這就需要在工程建設(shè)中選擇適合的襯砌結(jié)構(gòu)，并在限裂計算時，采用不同的標(biāo)準(zhǔn)和校正參數(shù)。

2 水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因

水工隧洞工程建設(shè)復(fù)雜，涉及的建設(shè)環(huán)節(jié)較多，增大了其出現(xiàn)質(zhì)量問題的可能性，通常而言在實際的襯砌結(jié)構(gòu)施工中，會出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問題，造成的原因也不能一概而論，要從裂縫的本質(zhì)入手，具體的原因有：首先是溫度原因，混凝土對于溫度的感應(yīng)較為明顯，如果產(chǎn)生較大的溫差，就會相應(yīng)的產(chǎn)生干縮應(yīng)力，一旦干縮應(yīng)力增大到一定的程度，就會嚴(yán)重?fù)p害襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成嚴(yán)重的開裂；其次是施工人為因素，施工質(zhì)量直接決定了襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，尤其是在模版施工過程中，如果模版設(shè)置不當(dāng)、模版的拆卸過早都會造成混凝土凝固過程中產(chǎn)生裂縫；最后是地下水位的處理不當(dāng)，也會造成裂縫的出現(xiàn)，在澆筑的過程中，如果施工不連續(xù)或者是挖掘量控制不當(dāng)，也會造成襯砌結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力集中在特定局部文職，從而也會造成襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。因此對于隧道襯砌結(jié)構(gòu)而言，要按照限裂計算來設(shè)置配筋，即能提高隧洞建設(shè)的質(zhì)量，同時也最大限度地防治裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。

3 水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)限裂優(yōu)化設(shè)計

3.1 參照嚴(yán)格的計算理論規(guī)程

對于水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)限裂要采用嚴(yán)格的計算，以保證其整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計合理。下面闡述水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)彈性應(yīng)力計算內(nèi)容：一是對于素混凝土襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算，具體的內(nèi)容包括整個開裂過程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算，充分掌握開裂過程中的應(yīng)力變化情況，為施工提供良好的數(shù)據(jù)；再者是計算單筋襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，其計算的內(nèi)容也包括整個開裂過程的應(yīng)力計算；最后是對雙筋襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算，也包含開裂前和開裂后的計算。

3.2 充分考慮圍巖的承載作用

圍巖是整個水工隧洞工程的承載主體，主要作用是承載著水壓力，因此在襯砌結(jié)構(gòu)的施工過程中，要把圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，作為統(tǒng)一的整體來考慮，在設(shè)計中應(yīng)充分利用圍巖的承載能力，并加強(qiáng)對圍巖的固結(jié)灌漿。此外在圍巖施工過程中，要按照相關(guān)要求的設(shè)計規(guī)范來施工，并要充分考慮到圍巖自身多具備的自穩(wěn)定性、承載能力以及對于滲漏水的抗?jié)B能力，要求圍巖具備一定的彈性抗力，最重要的是要結(jié)合實際的工程選擇圍巖的設(shè)計類型，保證圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的聯(lián)動作用。

3.3 正確看待0.2-0.3mm的限裂縫寬

水工隧洞設(shè)計規(guī)范要求襯砌最大裂縫寬度允許值為0.2-0.3mm，這只是常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求，但是隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的混凝土耐久性較高，這種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)并不適用于工程建設(shè)。在工程建設(shè)中裂縫越小越好，但是在隧洞襯砌結(jié)構(gòu)中，襯砌結(jié)構(gòu)并不是承擔(dān)防滲水的主要功能，而固結(jié)灌漿圈結(jié)構(gòu)在工程中才真正發(fā)揮著防滲漏的主體作用。此外通過理論計算的裂縫寬度在實際工程中可能并不存在，因為襯砌結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生裂縫，內(nèi)部的水分會通過裂縫進(jìn)行外滲，從而就會彌補(bǔ)裂縫，造成裂縫的縮減甚至閉合。因此在水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)施工中，不要拘泥于限制裂縫寬度要求，結(jié)合實際的工程狀況，在保證施工質(zhì)量的前提下，采用高壓固結(jié)灌漿，降低鋼筋的使用量。

3.4 襯砌結(jié)構(gòu)裂縫在混凝土施工中的控制

襯砌結(jié)構(gòu)中配筋擔(dān)負(fù)著重要的作用，在工程運行中配筋是保證襯砌結(jié)構(gòu)完整的關(guān)鍵，保證開裂后的混凝土不出現(xiàn)脫落。因此在鋼筋混凝土施工中，要注意選擇合適的襯砌結(jié)構(gòu)厚度，通常要根據(jù)圍巖的自穩(wěn)定性進(jìn)行選擇。如果圍巖的穩(wěn)定性較高，選擇30-60cm的襯砌結(jié)構(gòu)即可，同時選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)徑的配筋，在配筋的鋪設(shè)中，要保證鋪設(shè)的間距較大。此外在鋼筋應(yīng)力計算過程中，應(yīng)當(dāng)考慮到混凝土外部因素的影響，例如要注意內(nèi)外溫度差異的影響，在溫度較高的隧道施工中，采用高韌性的薄內(nèi)襯，避免出現(xiàn)襯砌結(jié)構(gòu)的形變。

3.5 限裂設(shè)計方法

通常而言限裂設(shè)計是根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度條件進(jìn)行配筋，并驗算裂縫寬度，并進(jìn)行重復(fù)的計算，保證計算結(jié)果滿足工程需要，通過裂縫計算公式可以得出合適的配筋數(shù)量，同時對于限裂配機(jī)的應(yīng)力、種類、直徑、表面形狀等多種因素進(jìn)行綜合的考慮，并在配筋保護(hù)層厚度計算的基礎(chǔ)上，選擇一個較細(xì)或中等的鋼筋直徑和較大的鋼筋間距來計算限裂鋼筋允許應(yīng)力，再計算所需的限裂鋼筋面積，最后完成配筋數(shù)量的計算。

4 結(jié)束語

總而言之，水利工程隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求較為嚴(yán)格，但是在實際的施工過程中很難做到完全沒有裂縫，因此在襯砌結(jié)構(gòu)限裂的設(shè)計中，要采用優(yōu)化設(shè)計方案，盡量減少裂縫的出現(xiàn)。因此要按照嚴(yán)格的理論公式計算，并結(jié)合相關(guān)的工程實際要求，設(shè)計襯砌結(jié)構(gòu)配筋數(shù)量的計算，保證施工質(zhì)量。

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