隧道二襯混凝土產生裂縫原因與防治

劉芝明

【摘要】在山嶺隧道施工中，二襯混凝裂縫成為一個普遍性的質量問題，本文針對此原因提出裂縫的預防與治理方法，對提高襯砌混凝土施工有所借鑒意義。

【關鍵詞】 隧道施工二襯混凝土；裂縫；原因；防治

隨著國民經濟的發展，新建設的公（鐵）路越來越多，山嶺隧道建筑工程數量也越來越多，在隧道建設中，二襯施工一般采用整體式鋼模板臺車，泵送混凝土施工工藝，但二襯混凝土的裂縫不僅影響了美觀，還給工程質量留下了隱患。在隧道襯砌混凝土施工中，應采取合理的施工工藝以減少混凝土中的裂縫的數量和裂縫寬度、深度。本文分析了二襯混凝土裂縫產生的原因，并介紹了幾種常見的裂縫治理方法。

1. 裂縫的類型

隧道襯砌混凝土裂縫類型主要有：溫度裂縫、干縮裂縫、施工縫處裂縫、外力荷載作用裂縫等。

1.1溫度裂縫。混凝土施工中，水泥水化過程中產生大量的熱量，在混凝土內部及其表面形成溫度梯度，內外張力超過混凝土內外約束力時就會產生溫度裂縫。裂縫寬度、深度冬季較明顯，夏季施工產生裂縫主要與襯砌混凝土厚度及水泥品種、用量有關。

1.2干縮裂縫。二襯混凝土在硬化過程中水分慢慢蒸發散失，而水泥石中凝結膠體干燥收縮，受二襯臺車整體鋼模及圍巖的約束，產生徐變應力，當應力值超過混凝土的抗拉強度時，就會出現表面裂縫，其走向沒有明顯規律。影響其因素主要為：水灰比，砂石粗細，級配的合理性，外加劑品種和摻量多少。

1.3施工縫（接茬縫）。在二襯混凝土施工過程中，由于停電、機械故障等原因迫使混凝土澆注中斷時間超過混凝土的凝結時間，或超過混凝土的正常連續作業時間，因而產生明顯裂縫。隧道整體二襯前一般先在隧道兩邊澆注矮邊墻（高80cm左右），矮邊墻混凝表面應進行鑿毛處理，再用水泥砂漿墊層，如直接在原混凝土上進行襯砌，以致新舊混凝接茬間出現裂縫。

1.4外力荷載作用裂縫。仰拱或邊墻基礎未清理干凈，混凝澆注后，基底產生不均勻的沉降，而使整體鋼模臺車定位不牢固，以及脫模過早，或在脫模時混凝土受到較大外力撞擊等都容易產生變形裂縫。

2. 裂縫形成原因分析

襯砌混凝裂縫形成原因較為復雜，往往是多種因素綜合作用的結果，施工操作不符合規范要求造成混凝土裂縫占70%左右，材料質量或混凝土結構配合比不能達到設計及規范要求產生裂縫占25%左右，外界因素產生裂縫占5%左右。

2.1施工工藝或現場操作不規范

2.1.1隧道開挖成形差，超欠挖現象明顯，造成襯砌混凝土厚度不均勻，或部分二襯背后出現空洞，以使襯體內部張拉力不均勻。

2.1.2隧道監控量測工作不到位，僅憑一般施工經驗來確定二次襯砌施作時間，有使隧道襯體過早承受圍巖壓力。

2.1.3混凝土施工中計量隨意性，外加劑量添加不科學；材料含水率沒及時試驗調整，混凝土運輸過程中隨意加水，造成混凝土水灰比增大。

2.1.4混凝土澆注時，振搗隨意性，不規范性，以致混凝土質量不均勻。

2.1.5盲目追求施工進度，隨意提前脫模時間，使得低強度混凝土過早過量地承受荷載。

2.1.6脫模后沒進行潮濕養護，如濕度不夠，混凝土失水干燥而影響水泥水化正常進行，甚至停止水化。

2.1.7砂石料露天堆放隨意，夏季無有效的降溫措施，冬季無有效的溫度控制措施，有所影響混凝土正常水化熱。

2.2原材料質量差，配合比設計不合理。水泥品種選擇不當，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂料級配差，增加混凝土內部的孔隙率。不規范的砂石料中，含有較多的石粉，針、片壯物過多，影響水泥與骨料的膠結。

3. 混凝土裂縫的治理

混凝土作為多組材料組成的脆性材料，裂縫的存在是客觀的，施工過程中對混凝土的管理，避免或減少混凝土裂縫的產生，對于出現的裂縫，應認真研究、分析原因，裂縫的存在是有害還是無害，并對有害裂縫進行處理，以防止裂縫的繼續發展，影響襯砌結構的穩定性。

3.1細微裂縫。隧道襯砌混凝土表面常出擊一些沒有擴展性的細微裂縫，這種裂縫長久地存在會影響二襯襯體的使用效果及耐久性。從美觀的角度考慮，可先清洗干裂縫的表面，然后涂上膩子幾遍，最后用刮抹料、調色料處理混凝土表面，使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致。膩子采用環氧樹脂漿液配比：環氧樹脂：501稀釋劑=1：0.2。調色料采用白水泥漿液，配比為：水泥：白水泥：107膠=5：1：1，施作中以試驗結果進行確認。

3.2貫通性裂縫。貫通性裂縫對工程質量危害較大，必須采用有效的治理方法。沒裂縫方向鑿成一條溝槽，在溝槽內每隔50cm左右鉆一孔，孔深為二襯厚度的1/2～2/3，一般不得小于15cm。鉆孔后再在孔內安裝10的壓漿管道，利用環氧樹脂砂漿固定，灰刀將砂漿壓實抹光。環氧樹脂砂漿配比；環氧樹脂：水泥：細砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12，其中乙二胺是固化劑，二丁酯是稀釋劑，環氧樹脂砂漿強度達到0.15-0.2MPa時壓入水泥一水泥玻璃漿液或環氧樹脂漿液，壓漿結束后并檢查其效果，裂縫表面用刮抹料和調色料處理。

3.3密集裂縫。襯砌混凝土背后的空洞或襯砌厚度不足而弓I起的密集性裂縫，在裂縫范圍內以間距1m左右交錯布點，鑿成10cm×10cm大小，深5cm的方槽，再用風鉆打入中空注漿錨桿（勿接觸襯背防水層），注入水泥砂漿，灰砂比為1：3，水灰比為1：1，施工時注漿壓力保持在0.4～0.66MPa為宜，注漿結束后，當達到規定壓力而砂漿壓不進時，即認為已經注滿，注漿孔用環氧樹脂砂漿抹平，再用刮抹料和調色料處理。

4. 預防或減少混凝土裂縫的措施

4.1提高設計精度。

4.1.1加強工程前期的地質工作，為設計提供詳盡的工程地質、水文地質勘探數據資料。

4.1.2把好材料關，嚴格控制原材料的質量與技術標準。

（1）水泥：施工現場多使用普通硅酸鹽水泥，但應盡量減少單位水泥用量，水泥用量一般控制在350Kg/m3左右，不同批次水泥不能混用。

（2）碎石：根據泵送管路的內徑，盡可能選用較大粒徑的碎石，一般為5～31.5mm，其中5～16mm占1/3，16～31.5mm占2/3，嚴格控制碎石的含泥量<1%（質量計），針片狀顆粒含量<15%（質量計）。

（3）砂：采用級配良好的中砂，細度模數應為2.3～3.0，嚴格控制砂子的含泥量<3%（質量計），砂中的硫化物<0.5%（質量計），砂中的氯化物<0.02%（質量計），砂率應控制在35%～40%，泵送時最在不能超過45%。

（4）水：一般先用飲用水，當采用其它水源時，應執行《混凝土拌合用水標準》進行檢測，PH值應大于4。因水灰比越大，混凝土的干燥收縮也越大，嚴格控制泵送混凝土水灰比是減少裂縫的根本措施，施工水灰比一般為0.45～0.55，混凝土坍落度12～16cm。

（5）摻和料：推廣粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術，等量代替水泥，以減少水泥用量，提高混凝土的密實性、抗滲性。粉煤灰摻量一般水泥用量的10～1 5%，膨脹劑摻量一般為水泥用量的0.8～1%，具體摻量以試驗數據為準確。粉煤灰的比表面積小，需水量低，不僅能有效地降低混凝土的干燥收縮值，增加混凝土內部的流動性、粘聚性和保水性。在水泥中摻入原狀或磨細的粉煤灰，可降低混凝土內部溫度，推遲水化熱峰值現象，減少絕熱條件下升溫，有利于控制溫度裂縫的產生。摻量適當的膨脹劑量可以補償混凝土的收縮，增加其密實度。

4.1.3嚴格混凝土的施工工藝。

（1）提高鉆眼技術水平，優化鉆爆參數，提高光面爆破技術，以達到超欠挖的良好控制。

（2）二襯的施作時間，應在圍巖和初期支護變形基體穩定時進行。當圍巖穩定明顯，需提前進行二次襯砌時，必須對初期支護或襯砌結構進行加強。

（3）加強混凝土的拌舍。嚴格按照施工配料單進行電子計量，定期檢查、校正計量裝置，加強砂石料含水率的控制。控制混凝凝土的入模溫度，夏天施工時，當氣溫高于32℃時，砂石料應用冷水沖洗，盡量可安排在夜間澆筑混凝土。

（4）混凝土的澆筑。在運輸及泵送過程中嚴禁加水；澆筑時適當地放慢施工速度，兩側邊墻對稱、分層灌注，拱、墻交界處應停1h左右讓混凝土下沉穩定后，再澆注拱部混凝土：混凝土澆注過程中必須加強振搗，以提高混凝土的密實度和均質性，減少內部的抗裂性。

（5）混凝土的脫模、養護。拆模時的強度必須滿足設計及規范要求，一般襯體端面在拆除擋頭板后，混凝土顏色變為灰白，即可脫模；傳統的混凝土為灑水養護，也對隧道內的文明施工有所影響，且強度也得不到充分的保證，建議使用噴涂混凝土養護液的方法進行養護。