隧道二襯混凝土裂縫成因分析及防治措施

■陳葉強(qiáng)

（寧德沙埕灣跨海高速公路有限責(zé)任公司，福鼎 355200）

0 前言

福建省為東南丘陵地貌，高等級公路修建過程中隧道工程占的比重較大。在隧道工程修筑過程中，隧道二襯混凝土施工常會(huì)因脫水、溫差以及應(yīng)力等問題出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致整個(gè)隧道工程出現(xiàn)較嚴(yán)重的質(zhì)量問題。筆者結(jié)合自身實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對漳永高速公路漳州段隧道二襯裂縫問題進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的防治措施。

1 工程概況

漳永高速公路漳州段路線全長58.728km，沿線地形地質(zhì)復(fù)雜，施工難度大。整個(gè)地貌格架受構(gòu)造控制明顯，主要山脈水系走向近南北。本項(xiàng)目橋隧比達(dá)53.6%，其中共有隧道11座；隧道設(shè)計(jì)行車速度為80km/h；洞內(nèi)縱坡：-3.0%<縱坡<-0.3%及0.3%<縱坡<3.0%；隧道路面橫坡：＋2%（超高地段：-4.0%≤i≤4.0%）；二襯抗?jié)B等級為P6；建筑限界凈寬：10.25 m=0.75m （左側(cè)檢修道）+0.5m（左側(cè)側(cè)向?qū)挾龋?3.75m×2（行車道）+0.75m（右側(cè)側(cè)向?qū)挾龋?0.75m（右側(cè)檢修道）、凈高5m；隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)以建筑限界為基礎(chǔ)，綜合考慮路面超高、襯砌結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、通風(fēng)照明及消防設(shè)施布置空間、溝槽尺寸及隧道內(nèi)裝等擬定斷面形式及具體參數(shù)；隧道主洞內(nèi)輪廓采用受力條件好的單心圓形式，拱部圓弧半徑R=546cm。主洞內(nèi)輪廓如圖1所示。

該工程段隧道使用整體式鋼模臺(tái)車襯砌、混凝土泵送、采用平板式振搗器振搗工藝施工。項(xiàng)目于2012年9月開工，于2015年9月建成通車。

2 隧道工程典型裂縫類型

圖1 隧道主洞內(nèi)輪廓示意圖

隧道二襯混凝土施工裂縫的出現(xiàn)是一大質(zhì)量通病，其主要的裂縫類型有溫度裂縫、干縮裂縫，荷載變形裂縫、施工裂縫[1]。

（1）溫度裂縫。水泥水化過程產(chǎn)生熱量，在混凝土內(nèi)部與表面出現(xiàn)溫差，從而產(chǎn)生一定應(yīng)力，當(dāng)溫度梯度應(yīng)力超出混凝土內(nèi)外約束力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫多出現(xiàn)在隧道進(jìn)出口處，特別是在冬季施工的過程中，其有著較大的晝夜溫差；

（2）干縮裂縫。干縮裂縫主要出現(xiàn)在水泥硬化過程中，隨著其水分的蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土干燥變形，模板及圍巖約束力的影響產(chǎn)生一定的應(yīng)力，若其應(yīng)力高于混凝土的抗拉強(qiáng)度，從而產(chǎn)生干縮裂縫[2]；

（3）荷載變形裂縫。一般都是由于二襯混凝土在對基礎(chǔ)進(jìn)行澆筑的過程中，沒有保證基巖的整潔性，導(dǎo)致混凝土直接在松軟的地基或基底有雜物的基礎(chǔ)上進(jìn)行澆筑[3]，基底產(chǎn)生不均勻沉降；也可能是因模板的剛度不足，或者是過早脫模，或是脫模過程受到外界人為或機(jī)械沖擊等原因產(chǎn)生變形裂縫；

（4）施工裂縫。在二襯澆筑過程中混凝土輸送泵故障或者停電等原因，使得混凝土澆筑中斷時(shí)間過長，超出了混凝土初凝時(shí)間。此外，在進(jìn)行混凝土澆筑的過程中，若不能對已有的混凝土基礎(chǔ)表面進(jìn)行鑿毛處理，或沒有及時(shí)的進(jìn)行相關(guān)的清洗等，都會(huì)導(dǎo)致此類裂縫出現(xiàn)[4-7]。

3 隧道二襯混凝土裂縫的成因分析

漳永高速公路漳州段隧道工程施工時(shí)間跨度大，在結(jié)合地理位置及季節(jié)變化等多種因素的影響下，有個(gè)別隧道二襯出現(xiàn)局部裂縫，裂縫類別以環(huán)向裂縫為主，部分有縱向裂縫及斜向裂縫，多出現(xiàn)在左、右拱墻位置，如：大憑山隧道YK9+754左拱墻素混凝土，環(huán)向裂縫，寬0.2mm，長3m；天宮隧道YK29+530右拱墻素混凝土，斜向裂縫，寬0.2mm，長2.5m，已修補(bǔ)過。如圖2～3所示。

圖2 大憑山隧道YK9+754左拱墻環(huán)向裂縫

圖3 天宮隧道YK29+530右拱墻斜向裂縫

對本工程隧道二襯裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，認(rèn)為產(chǎn)生的裂縫主要為干縮裂縫、溫度裂縫、施工縫裂縫等三種類型，其主要原因初步分析如下：

（1）二襯混凝土澆筑后脫模不及時(shí)，養(yǎng)護(hù)不到位，混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫；如青笠山隧道YK13+640右拱墻，環(huán)向裂縫，寬 0.2mm，長 3m（見圖4）；

（2）二襯混凝土澆筑中斷時(shí)間超出混凝土初凝時(shí)間，產(chǎn)生施工縫；如黃棗隧道ZK35+997左拱腳，施工縫裂縫（見圖 5）；

（3）沉降縫處理不符合要求，引起不均勻沉降，二襯產(chǎn)生拉裂；如梨尾寨隧道YK22+382右側(cè)拱墻處沉降縫裂縫（見圖 6）.

圖4 青笠山隧道YK13+640左拱墻環(huán)向裂縫

圖5 黃棗隧道ZK35+997左拱腳，施工縫裂縫

圖6 梨尾寨隧道YK22+382右側(cè)拱墻處沉降縫裂縫

4 隧道二襯混凝土裂縫的治理

針對漳永高速公路漳州段隧道二襯混凝土出現(xiàn)的干縮裂縫、溫度裂縫、施工縫裂縫等三種裂縫類型，采用以下修復(fù)方案進(jìn)行了處治，效果較好。

隧道縱向、環(huán)向、斜向裂縫寬度小于0.2mm的病害采用擴(kuò)縫封閉的施工工藝：

（1）清除打磨裂縫附近表面粉塵、污垢，孔洞和裂縫處預(yù)先補(bǔ)平，并除去粉塵；

（2）順裂縫方向刻槽，槽寬1cm、深1.5cm；

（3）按 1∶1比例配制裂縫封閉膠；

（4）將配好的結(jié)構(gòu)膠壓涂入槽內(nèi)，將其封閉。

隧道縱向、環(huán)向、斜向裂縫寬度大于0.2mm且小于0.4mm的病害，并經(jīng)組織專家論證對結(jié)構(gòu)安全沒影響，即采用壓力注結(jié)構(gòu)膠的施工工藝：

（1）清除打磨裂縫附近表面粉塵、污垢，孔洞和裂縫處預(yù)先補(bǔ)平，除去粉塵；

（2）采用隧道裂縫用專用封口膠進(jìn)行封閉，并排埋設(shè)灌漿嘴與排氣孔，灌漿嘴沿裂縫布置，布置間距為30cm，嘴子應(yīng)用丙酮洗凈后，底盤周圍均勻抹上1～2mm厚專用封口膠，并與孔眼對準(zhǔn)埋貼于裂縫上；

（3）進(jìn)行壓力灌結(jié)構(gòu)膠時(shí)，應(yīng)保證壓漿頭與嘴密貼，保證氣密性。灌漿壓力嚴(yán)格控制，寬縫或進(jìn)漿通暢時(shí)壓力應(yīng)控制在0.1～0.2MPa左右，細(xì)縫或進(jìn)漿不通暢時(shí)壓力應(yīng)控制在0.4MPa左右。壓漿應(yīng)沿豎縫從低到高方向推進(jìn)。灌漿過程需注重排氣，當(dāng)灌好一個(gè)嘴子往下個(gè)嘴子之前，務(wù)必在已灌好的嘴子上綁套透明的塑料軟管，以備該嘴溢漿時(shí)彎綁扎死。壓漿結(jié)束應(yīng)持續(xù)3～5min以保證壓漿飽滿[5]；

（4）漿液固化后，即拆除嘴子，打磨平整，對有缺陷部位用封口膠抹平，并及時(shí)用丙酮洗液對縫口周圍進(jìn)行清洗。

另外，針對裂縫寬度大于0.2mm鋼筋混凝土或0.4mm素混凝土的隧道縱向、環(huán)向、斜向裂縫，也需要組織專家進(jìn)行隧道安全性探究，只有在對隧道結(jié)構(gòu)安全不會(huì)造成影響的情況下，才能采用壓力注結(jié)構(gòu)膠的施工工藝進(jìn)行裂縫有效的修復(fù)[6]；若是對隧道結(jié)構(gòu)安全會(huì)造成影響，則需要結(jié)合專家意見進(jìn)一步論證修復(fù)方案，確保隧道的結(jié)構(gòu)安全。

5 隧道二襯混凝土裂縫的預(yù)防

為了較好的預(yù)防隧道二襯混凝土裂縫，必須做好以下幾個(gè)施工方面的管控：

（1）進(jìn)一步優(yōu)化隧道爆破工藝，控制炸藥的用量，減少對隧道圍巖的擾動(dòng)，提高隧道開挖光面爆破的效果，以降低外部應(yīng)力對二襯混凝土的影響；

（2）隧道二襯混凝土應(yīng)在圍巖及初期支護(hù)穩(wěn)定后進(jìn)行施工；

（3）應(yīng)加強(qiáng)混凝土施工配合比控制，控制水泥用量、水灰比和砂率，選用良好級配的骨料，加強(qiáng)混凝土的振搗[7]；

（4）及時(shí)對二襯混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，針對混凝土的溫度急劇變化應(yīng)采取必要的措施進(jìn)行嚴(yán)格控制。

6 結(jié)語

本文主要是針對漳永高速公路漳州段隧道二襯裂縫進(jìn)行分析，探討了隧道二襯混凝土的裂縫通病及防治措施。導(dǎo)致隧道二襯混凝土裂縫問題產(chǎn)生的因素比較多，像溫差、脫水等都可能會(huì)導(dǎo)致隧道二襯混凝土裂縫問題出現(xiàn)，相關(guān)工作人員要積極探究隧道二襯混凝土裂縫問題及其成因，分析其出現(xiàn)的規(guī)律特征等，并找出相應(yīng)的解決對策，使得隧道二襯混凝土的質(zhì)量問題得到有效解決。在實(shí)際施工中要盡可能避免隧道二襯混凝土出現(xiàn)質(zhì)量問題，一旦出現(xiàn)質(zhì)要積極應(yīng)對，確保隧道二襯施工過程中的質(zhì)量安全。

[1]趙志多.隧道二襯混凝土裂縫產(chǎn)生原因及防治措施[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，14（01）：59-62.

[2]張長福.隧道襯砌混凝土裂縫控制施工技術(shù)與應(yīng)用[J].山西建筑，2007（06）：310-311+363.

[3]孫根龍.隧道二襯混凝土裂縫原因與防治[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010（24）：122-123.

[4]黃成蓋，葉佰建.隧道二襯混凝土的施工及其裂縫預(yù)防措施[J].山西建筑，2009，35（13）：301-302.

[5]張國軍.隧道二次襯砌外觀質(zhì)量常見問題及防治措施[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2015，5（14）：51-52+61.

[6]王斌，黃世靜.隧道襯砌質(zhì)量通病成因及防治[J].青海交通科技，2012（03）：27-29.

[7]黃斌.隧道二襯混凝土質(zhì)量通病成因及防治[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（23）：66.