隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治

田志勇

(中交隧道工程局有限公司第四工程公司)

隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治

田志勇

(中交隧道工程局有限公司第四工程公司)

通過分析隧道襯砌混凝土裂縫產生的原因，在施工過程中采取對應的措施和方法來預防和控制裂縫的產生和發展。

裂縫;分類;成因;防治

1 裂縫的分類

一般混凝土的結構破壞是從裂縫產生開始，而產生隧道襯砌混凝土裂縫是隧道襯砌施工中最常見的現象。裂縫的產生不僅會降低結構的耐久性，并且會破壞建筑物的完整性。嚴重的時候還會造成隧道不能正常使用。因而隧道襯砌混凝土裂縫應引起我們的足夠的重視。現隧道裂縫的種類有以下幾種。

1.1 收縮裂縫

混凝土在硬化作用時水分會逐步的流失，從而水泥石里面的凝結膠體就會產生干燥收縮變形。但是由于混凝土受到圍巖或者模板的約束作用，產生了變形應力，當這個應力值大于混凝土的抗拉強度時就出現了收縮裂縫。一般情況，收縮裂縫先出現在混凝土的表面，然后向混凝土內部發展，形狀沒有規律可循。影響混凝土收縮裂縫的主要因素包括水泥的成分、用量，材料的性質，骨料的大小、級配。以及外加劑的品種、用量。若沒有及時處理收縮裂縫，多半會變成永久性裂縫。這樣會引起鋼筋的銹蝕和混凝土的碳化而導致結構的耐久性下降。

1.2 沉降裂縫

有三種可能會出現沉降裂縫。第一種是可能建筑物處于土質不均勻、松軟的地基上，由于場地清理不干凈或者回填不緊實和入水造成的不均勻沉降。第二是混凝土在澆筑的時候，因混凝土的振搗不密實或者坍落度較大而導致的在泌水硬化過程中因鋼筋阻礙骨料的沉降而產生的裂縫。這種裂縫一般沿著鋼筋和箍筋的方向發展。第三是由于模板的強度不足，致使模板的支撐間距過大或者支撐底部松動。這樣混凝土結構可能產生裂縫。沉降的情況影響裂縫的發展走向，一般是在與地面呈30°～45°度或者90°方向發展的。沉降量越大，裂縫的寬度就越寬。沉降裂縫一般不受溫度變化的影響。沉降裂縫在地基溫度之后也逐漸趨于穩定。

1.3 溫度裂縫

由混凝土的水化熱或者周圍的環境的溫度變化引起的影響造成的裂縫稱為溫度裂縫。混凝土在澆筑時釋放出大量的水化熱，從而使混凝土的內部溫度上升，在混凝土表面產生拉應力。不管是升溫還是降溫都會使混凝土的表面產生拉應力。新混凝土在老混凝土的約束下也會在混凝土的內部產生拉應力。所有的拉應力之和大于混凝土的極限抗拉強度時，裂縫產生。

1.4 施工裂縫

在隧道混凝土施工的過程中，發生故障中斷了混凝土的澆筑，并且時間超過了混凝土的初凝時間。然后再繼續澆筑混凝土，在原來的混凝土表面沒有進行清理干凈，或者沒有在表面鋪水泥砂漿墊層。以致于在新老混凝土的接茬間產出裂縫。

2 裂縫形成的原因分析

2.1 選用材料方面

澆筑混凝土的材料選用很重要，材料的品種或者量選用不恰當往往會成為產生裂縫主要的原因。材料選擇不當表現在以下幾個方面:材料質量差、不同批次的材料混用、水泥品種選擇不合適;砂石級配差，含泥量或者含粉量較大，使水泥和骨料的膠結差;配合比設計不當，水泥用量超標，忽略了水泥增多對混凝土的影響;外加劑和摻合料選擇不當，缺乏專業的認識，選用的材料不止達不到預期效果還產生不好的影響。

2.2 不利的受力條件

從受力的情況分析隧道襯砌裂縫產生的原因，有以下幾個方面。

(1)地基的不均勻沉降。

通觀整條隧道，在縱向要經過不同的巖層，各層的地基承載力情況差別較大。不同的斷面的襯砌的抗變形的能力差別較大，或者由于襯砌的回填沒有嚴格的對稱，這些都會導致隧道在縱向產生不均勻的沉降。這些沉降引起縱向的彎矩，使隧道產生應力，應力越大時，隧道的襯砌越容易開裂。

(2)混凝土強度較低。

在澆筑好混凝土后，由于施工的需要，在混凝土的強度還沒到極限強度時，就拆掉支撐和模板。這些措施讓混凝土的強度過小不能承受較大的力從而導致襯砌開裂。并且在拆模的時候由于模板臺車使用時間過長，會使前后端產生一些變形，因此容易在混凝土的空洞區成頂升裂縫。

(3)注漿壓力過大。

注漿的方式主要有兩種，掌子面注漿和襯砌背后回填注漿。在進行掌子面封堵注漿時，要時刻注意注漿的壓力和注漿量的多少，并保證在二次襯砌混凝土時無溢漿情況出現。要是溢漿情況出現時，要改變注漿方式，從而防止漿液的擴散。注漿時出現裂縫的原因是二次襯砌混凝土背后注漿回填空隙、注漿堵水和處理裂縫。要想控制注漿的壓力，防止裂縫的產生，則要設置排氣管。

2.3 施工工藝不規范

據有關數字統計，混凝土裂縫產生的主要因素中施工不規范占80%左右。施工工藝或者操作不規范包括以下幾個方面:(1)隧道開挖時成型較差。超欠挖或者初期支護越過襯砌邊界，造成襯砌混凝土的厚度嚴重不均勻。甚至有些隧道襯砌混凝土背后出現脫空現象。(2)在二次襯砌施工之前沒有進行可靠的監控測量工作，使得安全系數低，造成了二次襯砌承受超出設計荷載的圍巖壓力。(3)生產混凝土時原材料計算不精確，特別是外加劑使用的隨意性。沒有根據實際的砂石材料的含水量來調整澆筑混凝土的用水量，造成了混凝土的水灰比較大。在泵送混凝土的過程中隨意加水的現象也比較嚴重。

2.4 設計不當

由于一些原因，勘察設計單位在設計之前不能深入的進行地質勘探工作，對隧道周圍的圍巖判別和支護構造的設計沒有一定的專業依據。這些原因使得設計工作變得粗糙并且帶有一定的盲目性。有個別的建設單位本身缺乏專業技術水平的認識和自身管理的認知，卻隨意的變換原來的設計。最后造成由于設計原理不恰當而導致裂縫的產生。

3 裂縫防治措施

針對隧道襯砌混凝土裂縫產生的原因，現從以下幾個方面下手來防治裂縫的產生和發展。

3.1 預防混凝土收縮

嚴格把握混凝土的配合比，加強混凝土的抗裂度;混凝土的養護的方法采用封閉保水，適當的延長養護時間;適當的在素混凝土的地方添加收縮縫;混凝土出現細小裂縫是要立馬采取灑水養護。

3.2 預防沉降裂縫

在邊基處理時對松軟的圍巖基礎進行加強處理，可以采用擴大基礎或者配筋的方法;清理干凈邊墻基底的稀泥和虛渣;保證混凝土在澆灌過程中地基被水浸泡;選用足夠強度、剛度的模板，保證地基受力均勻，模板臺車的軌道應整平夯實，最好在隧道鋪底超前。

3.3 預防溫度裂縫

改進施工工藝，控制混凝土的澆灌溫差，改善混凝土的約束條件要減少溫度應力;采用水化熱低的水泥品種和骨料級配好的砂石;采用高效減水劑、冰屑來減少水泥的水化熱;選擇合理的施工工序，采用薄層澆搗方法，方便散熱;合理的配置構造鋼筋，減少溫度應力。

3.4 已有裂縫的處理方法

(1)對于不影響結構使用的表面裂縫，可以在裂縫穩定后采用砂漿找平抹面或者采用填縫劑進行填補。(2)對于深入的貫穿性裂縫，首先展開對裂縫發展的觀測，如果發生在圍巖較好的地段，此裂縫是穩定性裂縫，可以不用處理。處于表層的則進行先鑿槽后用砂漿填槽的方法。(3)處在松軟地段或者其他不良地段的裂縫。在對裂縫的不良時期的檢驗的同時，要在裂縫的不同點分段打孔注漿。必要時要采用暗錨連接混凝土。處于發展狀態的裂縫，要進行返工處理。由于重載列車和其他荷載的作用不容忽視，所以要認真對待那些仍在發展但發展趨勢有所收斂的裂縫。

［1］呂國濤.鐵路隧道混凝土襯砌施工裂縫分類和預防措施［J］.中國建設信息，2009，(12).

［2］覃仁輝.隧道工程［M］.重慶:重慶大學出版社，2005.

［3］鐵道部第二工程局.隧道施工技術手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，1998.

［4］楊玉石，孫呈達，王鵬飛.淺談混凝土溫度裂縫的產生原因及其預防措施［J］.變通科技與經濟，2000，(2).

［5］劉云忠，于應平.淺議混凝土結構裂縫成因及預防［J］.黑龍江科技信息，2009，(13).

U445.7

C

1008-3383(2012)03-0106-02

2011-12-13