隧洞襯砌混凝土裂縫成因及施工改進措施

武云華，李玉峰

（云南省滇中引水工程建管局玉溪分局，云南玉溪653100）

1 引言

隧洞工程建設中，襯砌混凝土是非常重要的組成部分，混凝土施工的質量會直接影響隧洞工程整體的質量和安全。而結合實際情況分析，在隧洞襯砌混凝土施工中，經(jīng)常會因為各種因素的影響而出現(xiàn)開裂問題。裂縫的類型包括了溫度裂縫、收縮裂縫、沉陷裂縫以及接茬裂縫等，這些裂縫的存在嚴重影響了襯砌混凝土的質量和性能。對此，施工單位需要做好裂縫成因的分析，采取有效的改進和應對措施來對裂縫進行處理。

2 項目概述

滇中引水工程是國務院批準，國家發(fā)改委和水利部確定的172項重大節(jié)水供水工程中的標志性工程之首，是云南省可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎工程，工程的實施可從根本上解決滇中區(qū)的水資源短缺問題，具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

滇中引水工程由水源工程和輸水工程2部分組成，在金沙江干流石鼓抽水至高程2 035 m，其后自流引水至各受水區(qū)，渠首流量135 m3/s。工程輸水線路總長664 km，其中隧洞線路總長612 km，占比高達92%。地質條件國內引調水工程中最復雜，跨越多個復雜地質構造單元，隧洞施工遭遇復雜地質段，施工工藝復雜。以玉溪段為例，輸水洞渠起點為昆明新莊，末點為玉溪市與紅河州分界的曲江，途經(jīng)昆明市晉寧區(qū)、玉溪市江川區(qū)及通?？h，線路總長78 km，設計引水流量隧洞渠首為40 m3/s，隧洞渠末為20 m3/s。輸水總洞渠采用無壓輸水，干渠建筑物主要有隧洞、渡槽、暗涵、倒虹吸、消能及控制建筑物，建筑物以隧洞為主，其中隧洞8條，長72.8 km，占線路總長的94.43%。隧洞斷面主要采用馬蹄形（小撲隧洞）和城門洞形，馬蹄型斷面尺寸4.6 m×4.6 m，城門洞型斷面尺寸3.0 m×3.9 m。隨著工程的不斷推進，目前開始施工支洞二襯混凝土施工，如何更好地把控二襯混凝土的質量，確保工程建成為經(jīng)得起考驗的“千年工程”，對整個工程隧洞二襯混凝土施工提出了更嚴格要求。做好隧道襯砌混凝土工程的施工建設和維護，能夠切實保障隧道工程的穩(wěn)定性和可靠性，同時也可為引水工程的總體建設提供可靠支撐，應該得到工程技術人員的重視[1]。

3 隧洞襯砌混凝土裂縫成因

以玉溪段施工支洞二襯混凝土進行分析，全線共布置13條施工支洞，合計全長9.347 km，其中Ⅳ類圍巖合計長2.513 km，占比26.89%，Ⅴ類圍巖合計長5.058 km，占比54.11%，Ⅳ類、Ⅴ類圍巖合計占支洞總長比達81.0%，圍巖工程地質條件較差，隧洞圍巖穩(wěn)定問題較突出，從保障隧洞襯砌混凝土施工質量的角度，需要做好襯砌混凝土裂縫成因的分析。

1）混凝土配比不當。隧洞工程襯砌工程采用的是泵送混凝土，對于強度的要求較高，這也使得其水灰比以及坍落度較大，水泥用量多，容易在混凝土內部產(chǎn)生較大的水化熱，引發(fā)混凝土開裂問題。

2）材料和溫度。該工程中，混凝土配置使用的是散裝水泥，存放在鋼制水泥罐中，容易受到外部環(huán)境因素的影響，而粗細骨料在夏季或者冬季施工中存在較大的溫度變化，如果在混凝土拌和中無法進行有效控制，會出現(xiàn)混凝土澆筑溫度變化較大的問題。

3）地下水影響。玉溪段輸水線路區(qū)穿越7個與輸水隧洞線關系密切、規(guī)模較大的巖溶水系統(tǒng)，部分地段地表、地下水環(huán)境影響問題較突出，隧洞施工存在一定程度的涌突水、疏干、塌陷等巖溶災害問題，隧洞內存在地下水外滲的問題，而在襯砌施工完成后，地下水難以排出，外水壓力的持續(xù)累積，會對襯砌混凝土產(chǎn)生較大的影響，而當壓力超過混凝土結構的承載極限時，結構會出現(xiàn)裂縫。

4）施工因素影響。工程施工中，對于施工材料的質量有著非常嚴格的要求，如果砂石骨料的含泥量超標，或者細度模數(shù)超標，會影響混凝土結構的整體性能，而在混凝土澆筑過程中，也存在著間隔時間短，澆筑速度偏快的問題，部分區(qū)域施工作業(yè)空間有限，無法采用分層多窗口下料的方式，或者在對混凝土進行振搗時，存在著振搗不及時又或者振搗不充分的情況，很容易產(chǎn)生冷縫?；炷琉B(yǎng)護對于混凝土施工質量的影響十分巨大，若養(yǎng)護工作沒有及時進行，或者養(yǎng)護時間不足[2]，則混凝土的強度可能無法達到預期，在前期強度難以抵抗收縮應力的情況下，混凝土結構自然會產(chǎn)生開裂問題。

5）外部環(huán)境溫度及養(yǎng)護?；炷琉B(yǎng)護過程中，如果沒有做好穿堂風的防范，則混凝土表面的溫度濕度會下降，形成相應的內外溫差，澆筑初期環(huán)境溫度偏高或者偏低都會引發(fā)混凝土內外溫差過大的問題，容易形成溫度裂縫。

4 隧洞襯砌混凝土改進措施

4.1 結合項目需求優(yōu)化混凝土配合比

工程技術人員應該結合玉溪段隧洞工程襯砌混凝土施工的現(xiàn)實需求，對混凝土配合比進行優(yōu)化和調整，在保證其強度不變的情況下，可以適當增加粉煤灰的用量，減少水泥用量，或者添加高效減水劑，以降低水灰比，對混凝土水化熱進行控制。從保證混凝土持久性和滲透性的角度，應該將水膠比控制在0.4以內，水膠比越低，相應的混凝土強度也越高。水量與水膠比都可以在很大程度上保障混凝土的持久性和強度，不過想要保證混凝土的流動性，還需要加入一定的減水劑，理想狀態(tài)下，減水劑的摻入量應該控制在1%~2%，如果超過這個范圍，并不能進一步提升效果，也會導致成本增大。

4.2 有效控制原材料及混凝土溫度

1）應該對水泥的進場溫度進行嚴格控制。為了避免水泥材料溫度過高引發(fā)混凝土拌和出機溫度偏高的問題，需要對水泥材料的進場溫度進行嚴格控制，可以在拌和站內設置2個散裝水泥罐，對于新進場的散裝水泥，可以先貯存，優(yōu)先使用早進場的水泥，等到新進場水泥的溫度適宜后再使用，使用前需要對溫度進行測量。砂石料需要提前放入料倉保溫棚，避免太陽暴曬。

2）在夏季施工時，可以在混凝土拌和中，使用井水來降低混凝土拌和溫度和出機溫度。冬季施工需要提前將骨料運送到拌和站的棚內進行預熱[3]，水也需要提前加熱，對混凝土拌和過程中的溫度進行跟蹤監(jiān)測，確保其入倉溫度不能超過28℃。

3）應該做好減水劑的合理選擇，對水泥水化速度進行控制，確保其能夠實現(xiàn)均勻放熱。

4）在夏季施工中，應該盡可能安排早上10點前、下午4點后的低溫時段施工，冬季則相反，應該安排白天氣溫較高的時段施工，混凝土運輸罐車應該設置好相應的罐體保溫措施，確保混凝土的入倉溫度不能低于5℃。

4.3 完善引排水措施

1）在對隧洞進行施工的過程中，排水系統(tǒng)是一個非常關鍵的組成部分，其能夠將隧洞內的積水排出，避免滲出或者流出的地下水威脅隧洞運行安全，也可以阻止地下水進入混凝土澆筑界面。在對襯砌混凝土進行施工的過程中，一般是通過引排的方式來對地下水進行處理，如果水量較大，則需要在襯砌施工前做好必要的阻水灌漿工作[4]。

2）在一些富水區(qū)域，尤其是施工中遇到的圍巖面潮濕的情況，需要在鋼筋制作安裝前，開展系統(tǒng)性的防排水施工，在玉溪段的13條隧洞中，采用的防排水設施主要是在墻面鋪設防水布或者設置排水管道，襯砌面出水點位置需要設置出水管，通過縱向與環(huán)向引排水管的相互配合來保證排水的效果，縱向引排水管需要向前方持續(xù)延伸，這樣能夠盡可能地減小出水壓力，確保后續(xù)襯砌作業(yè)中不會出現(xiàn)長距離出水的問題。需要注意，所有的引排水設施都必須做到牢固固定，這樣在后續(xù)的混凝土入倉環(huán)節(jié)，才不容易出現(xiàn)引排水措施松動、脫落的問題，也才能最大限度地保障襯砌施工的質量。

3）在完成富水區(qū)域隧洞的襯砌施工后，需要做好預留回填灌漿孔的排水工作，確保襯砌面不會因為水壓出現(xiàn)水擊穿裂縫[5]。

4.4 做好材料進場質量控制工作

（1）應該做好砂石料質量控制。在工程施工中，需要選擇經(jīng)過檢驗合格的砂石料，將其依照規(guī)格、品種和來源分開存放，每一車砂石都需要經(jīng)過試驗員目測合格后才能進場，對于目測不合格的材料需要清除。連續(xù)進場達到一定程度后（該工程中為600 t），需要做好取樣檢測，檢驗合格后才能允許使用。（2）應該做好水泥、外加劑等材料的進場控制。需要先查看材料的合格證書和質量檢驗報告，看其是否與送來的原材料一致，按照廠家、品種、規(guī)格、批號等卸到指定區(qū)域，在標識牌上標識清楚。（3）應該依照現(xiàn)場施工進度，確保材料供應的及時性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)較大的質量波動。

4.5 加強對施工過程的控制

1）需要對混凝土拌和質量進行控制。工程技術人員應該依照預先設計好的配比進行混凝土拌制作業(yè)，不能對配合比進行私自調整。拌和站設備的稱量偏差需要控制在一定范圍內，同時適當延長混凝土攪拌的時間，保證拌和的均勻性[6]。在對拌和好的混凝土進行運輸時，應該選擇專用罐車一邊攪拌一邊運輸，確?；炷猎谶M入泵內時更加均勻，在條件允許的情況下，確?；炷帘M早入倉。

2）應該做好施工過程管控。對于質量不合格的材料，應該禁止入倉，做好混凝土入倉坍落度的嚴格控制，明確要求作業(yè)人員在混凝土運輸和泵送過程中不能隨意加水?；炷琳駬v應該采用分層振搗的方式，做到不超振、不漏振，橡膠止水帶周邊應該采用人工振搗的方式，在保證沒有粗集料集中的同時，避免止水帶的扭曲。需要依照外部環(huán)境溫度來對混凝土澆筑的時間進行相應調整，做好結合面振搗和分層振搗工作，每一層澆筑的厚度不能超過50 cm，混凝土澆筑過程中，兩側混凝土澆筑面的高度差應該被控制在50 cm左右，澆筑的速度也需要控制在設計規(guī)定的范圍內。

3）需要做好混凝土拆模時間控制，確保襯砌混凝土頂拱的強度能夠達到5 MPa以上，同時為了避免水泥水化熱、外水壓力等因素引發(fā)的結構開裂問題，應該適當推遲拆模時間，將其放在混凝土澆筑完成24 h后。

4）做好混凝土養(yǎng)護工作?；炷撩撃：笮枰獙ζ錅囟冗M行跟蹤測量，在表面溫度低于45℃以后進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間至少為24 d，在養(yǎng)護期間需要始終保持混凝土表面濕潤。

5 結語

綜上所述，通過結合滇中引水工程玉溪段隧洞施工的實際情況，對隧洞襯砌混凝土裂縫形成的原因進行了分析，提出了相應的施工改進措施，在減少裂縫出現(xiàn)的同時，也降低了裂縫處理所需的成本，提高了工程的施工質量和整體效益。