隧洞襯砌混凝土裂縫成因及施工改進(jìn)措施

鄭晶軒，張 冰

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 襯砌裂縫成因分析

水工隧洞襯砌施工中產(chǎn)生裂縫，是多種因素綜合的結(jié)果；在混凝土襯砌完成后，為保證工程施工質(zhì)量以及順利驗(yàn)收，必須對(duì)裂縫進(jìn)行處理。裂縫處理目前多采用化學(xué)灌漿，成本較高，處理費(fèi)用占到混凝土襯砌費(fèi)用的3%～5%。為減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，降低施工企業(yè)處理裂縫的成本支出，對(duì)隧洞襯砌混凝土裂縫的成因進(jìn)行分析。

1.1 混凝土的配比

因隧洞襯砌混凝土多為泵送混凝土，且強(qiáng)度較高，水灰比及混凝土的坍落度較常態(tài)混凝土相對(duì)增大，且高強(qiáng)度混凝土中水泥用量偏多，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱較大，內(nèi)部溫度高，混凝土易產(chǎn)生一定的裂縫。

1.2 原材料及混凝土溫度

混凝土所用散裝水泥存放在室外鋼制水泥罐內(nèi)，隨外界氣溫變化較大；砂石骨料貯存于搭設(shè)的保溫棚料倉內(nèi)，在夏季或冬季進(jìn)行澆筑時(shí)，水泥、砂石骨料等原材料的溫度，變化較大?；炷两M成材料的初始溫度較高，導(dǎo)致混凝土拌合溫度超過規(guī)范要求值，出機(jī)口的澆筑溫度變化較大。

1.3 隧洞地下水影響

圍巖地質(zhì)條件差，基巖破碎，巖型不均，構(gòu)造較復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，并伴有地下水滲出（流出）的圍巖，隧洞內(nèi)有地下水滲出，襯砌完成后，地下水無法排出，圍巖內(nèi)滲水的外水壓力不斷累積，作用在襯砌混凝土上，當(dāng)外水壓力大于設(shè)計(jì)厚度混凝土結(jié)構(gòu)承受的極限拉力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

1.4 隧洞超挖因素分析

爆破開挖圍巖超、欠挖致使巖面不平順，產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力裂縫。由于超挖，致使混凝土的澆筑厚度加大，應(yīng)力重新分布，原設(shè)計(jì)的鋼筋型號(hào)就不能滿足結(jié)構(gòu)配筋要求，局部（超挖部位）配筋率偏小。澆筑混凝土分倉長度一般為9～12m，襯砌混凝土厚度不均，產(chǎn)生的收縮應(yīng)力不均，形成了收縮裂縫。

1.5 施工原因分析

砂石骨料質(zhì)量較差，含泥量超標(biāo)或細(xì)度模數(shù)超標(biāo)，含水量變化較大；外加劑減水率、保塌性、緩凝等指標(biāo)不穩(wěn)定，原材料質(zhì)量不穩(wěn)定，致使混凝土工作性能較差。

混凝土澆筑過程中，澆筑速度較快，間隔時(shí)間過短。襯砌臺(tái)車作業(yè)空間小，沒有分層多窗口下料，振搗棒拉料流動(dòng)，振搗不充分、不及時(shí)，易產(chǎn)生冷縫。

混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、不到位，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠，混凝土表面失水過快產(chǎn)生干縮，而混凝土前期強(qiáng)度較低，不能有效抵抗收縮應(yīng)力，產(chǎn)生開裂。

1.6 外界環(huán)境溫度影響

混凝土養(yǎng)護(hù)期間有穿堂風(fēng)，降低了混凝土表面溫度及濕度，形成內(nèi)、外溫度差。澆筑初期環(huán)境溫度偏低或偏高，混凝土內(nèi)外溫差大，形成溫度裂縫。

2 施工改進(jìn)措施

2.1 優(yōu)化混凝土配合比

不斷優(yōu)化調(diào)整配合比，在保證強(qiáng)度不變的情況下，增加粉煤灰用量，以減少水泥用量，減少混凝土發(fā)熱量。適當(dāng)摻用復(fù)合型高效減水劑，減小水灰比。

2.2 控制原材料及混凝土溫度

（1）控制水泥進(jìn)場(chǎng)溫度。為避免因水泥溫度過高，造成拌合混凝土出機(jī)溫度過高；拌和站內(nèi)設(shè)置兩個(gè)散裝水泥罐，新進(jìn)場(chǎng)散裝水泥暫不使用，優(yōu)先使用早先進(jìn)場(chǎng)的水泥，等待新進(jìn)場(chǎng)水泥充分散熱，對(duì)進(jìn)場(chǎng)水泥溫度進(jìn)行測(cè)量，確保水泥溫度符合使用要求。拌和使用的砂石料，提前進(jìn)入料倉保溫棚內(nèi)，防止太陽暴曬。

（2）夏季施工時(shí)，為降低拌合水溫度，混凝土拌合前將施工用的井水抽至儲(chǔ)水箱，進(jìn)一步降低拌合混凝土出機(jī)溫度。

冬季則將骨料提前運(yùn)至拌合站棚內(nèi)預(yù)熱，拌和用水加熱，澆筑溫控全過程跟蹤監(jiān)測(cè)。施工中嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)口溫度和入倉澆筑溫度，混凝土入倉溫度不得高于28℃。

（3）適當(dāng)提高減水劑的緩凝成分，降低水泥水化反應(yīng)速度，均勻放熱。

（4）夏季襯砌混凝土澆筑時(shí)間，安排在低溫時(shí)段施工。冬季襯砌混凝土施工澆筑時(shí)間，盡可能安排在白天氣溫較高時(shí)段施工，啟動(dòng)拌和系統(tǒng)鍋爐，保溫拌合站內(nèi)溫度不低于10℃，砂石骨料堆放場(chǎng)地下部預(yù)埋暖氣管，保證砂石骨料溫度符合規(guī)范要求，混凝土運(yùn)輸罐車采取罐體包裹保溫被，確保入倉混凝土溫度不低于5℃。

2.3 引排水措施

（1）在隧洞施工過程中，排水系統(tǒng)的合理設(shè)置是施工環(huán)節(jié)的重要組成部分，為避免流出或滲出的地下水對(duì)隧洞的使用或運(yùn)行安全造成隱患，防止地下水進(jìn)入混凝土澆筑界面，在襯砌混凝土?xí)r，地下水處理以引排的方式為主，水量大時(shí)，在襯砌工作開展前進(jìn)行阻水灌漿。

（2）襯砌前系統(tǒng)的防排水措施：在富水洞段，尤其是圍巖面潮濕，噴射混凝土表面大面積潮濕有水漬時(shí)，在鋼筋制安工序施工前必須進(jìn)行系統(tǒng)的防排水，具體措施是在墻面布設(shè)排水盲管、防水布；在襯砌面出水點(diǎn)設(shè)置出水管，鋪設(shè)縱向和環(huán)向引排管，縱向引排管要持續(xù)向前延伸，減小出水壓力，避免后續(xù)襯砌長距離出水。引排水措施必須固定牢靠，防止混凝土入倉時(shí)引排水措施松動(dòng)、脫落影響襯砌施工質(zhì)量。

（3）回填灌漿孔排水：在淋滲水點(diǎn)多的富水洞段襯砌后，及時(shí)把預(yù)留回填灌漿孔鉆深至巖面，利用回填灌漿進(jìn)行排水，避免襯砌面出現(xiàn)水擊穿裂縫。

2.4 加強(qiáng)開挖過程施工控制

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，敞開式TBM施工后，周邊圍巖受力均勻，無明顯超挖，混凝土襯砌后出現(xiàn)裂縫的機(jī)率及數(shù)量較鉆爆法襯砌施工后的混凝土裂縫要減少約70%。因此，在鉆爆法開挖過程中，嚴(yán)格控制超欠挖，根據(jù)圍巖變化情況適當(dāng)調(diào)整爆破參數(shù)，通過縮小周邊孔鉆孔間距，控制鉆孔孔斜率，采用導(dǎo)爆索爆破等施工措施，減少局部超挖量，可達(dá)到減少裂縫的目的。

2.5 加強(qiáng)混凝土施工過程控制

（1）原材料進(jìn)場(chǎng)控制

對(duì)拌和系統(tǒng)稱量裝置定期進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)，加強(qiáng)砂石料含水、含泥量的檢測(cè)，及時(shí)調(diào)整混合料的用水量，保證混凝土的和易性?？刂粕暗暮嗔?，含泥量超標(biāo)嚴(yán)禁使用，同時(shí)調(diào)整配合比，適當(dāng)提高砂率。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度情況，保證原材料及時(shí)供應(yīng)，加強(qiáng)與原材料供應(yīng)廠家溝通，確保原材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量趨于穩(wěn)定，避免出現(xiàn)較大質(zhì)量波動(dòng)。

（2）嚴(yán)格控制混凝土的拌和質(zhì)量

嚴(yán)格按照試驗(yàn)室出具的配料單進(jìn)行混凝土拌制，嚴(yán)禁私自調(diào)整配合比，拌和站稱量偏差，必須滿足規(guī)范要求，適當(dāng)延長攪拌時(shí)間，以滿足混凝土的均勻性，確保混凝土的攪拌質(zhì)量。使用混凝土運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步攪拌，使混凝土進(jìn)入泵內(nèi)更加均勻，嚴(yán)格控制混凝土的入倉時(shí)間，盡可能讓混凝土及早入倉。

（3）加強(qiáng)施工過程管控

做到不合格的料嚴(yán)禁入倉，嚴(yán)格控制混凝土入倉坍落度，禁止在混凝土罐車及混凝土輸送泵中加水，混凝土分層振搗，不超厚、不漏振，橡膠止水帶附近更加精心施工，做到無粗骨料集中現(xiàn)象，橡膠止水帶不扭曲。

加強(qiáng)混凝土的振搗，保證襯砌混凝土的均勻密實(shí)性，嚴(yán)禁采用附著式振搗器代替插入式振搗棒使用，避免漏振、欠振、過振。達(dá)到混凝土里實(shí)外光的效果、避免出現(xiàn)點(diǎn)滲及面滲情況。

根據(jù)外界氣溫調(diào)整襯砌混凝土澆筑時(shí)間，混凝土澆筑時(shí)分層多窗口下料澆筑，加強(qiáng)結(jié)合面振搗，分層振搗，每層澆筑厚度不大于50cm?；炷翝仓袃蓚?cè)混凝土澆筑面高差控制在50cm以內(nèi)，同時(shí)合理控制混凝土澆筑速度。

（4）控制混凝土拆模時(shí)間

嚴(yán)格控制脫模時(shí)間，根據(jù)同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試塊檢測(cè)，襯砌混凝土頂拱強(qiáng)度超過5MPa，滿足拆模強(qiáng)度要求，為避免外水壓力大、水化熱高、腰線以下結(jié)構(gòu)受力大致使襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫，延遲拆模時(shí)間，混凝土澆筑完成后24h方可拆模。

（5）加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

根據(jù)規(guī)范要求，養(yǎng)護(hù)水溫與混凝土溫差不得大于25℃，為避免由于溫差過大產(chǎn)生混凝土裂縫，混凝土脫模后及時(shí)進(jìn)行混凝土溫度測(cè)量，在混凝土表面溫度低于45℃后，開始進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不低于28d，養(yǎng)護(hù)期間確保混凝土表面處于濕潤狀態(tài)。

2.6 外界環(huán)境溫度控制

在隧洞貫通處采取封堵措施，如：砌筑磚墻或擋風(fēng)門，控制空氣對(duì)流，保持洞內(nèi)恒溫。冬季施工時(shí)，在洞口掛棉簾或設(shè)置卷簾門，保持隧洞內(nèi)混凝土的環(huán)境溫度和防止空氣對(duì)流。

3 結(jié)語

通過對(duì)隧洞襯砌混凝土成因的分析，加強(qiáng)了施工過程中質(zhì)量檢查要點(diǎn)，嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量責(zé)任制，增強(qiáng)各工序作業(yè)人員的責(zé)任意識(shí)。通過多種施工改進(jìn)措施，減少水工隧洞襯砌混凝土裂縫、降低裂縫處理成本。