水工隧洞襯砌砼開裂的成因與防治探討

王愛東

摘 要 水工隧洞襯砌砼多為薄壁結構，其極易受到外界溫度、地質條件以及收縮變形等諸多因素的影響而出現裂縫問題，且一旦襯砌砼出現裂縫，還會對砼抗滲性能與結構整體強度、穩定性等產生影響。對此，本文首先剖析了水工隧洞襯砌砼開裂的所致成因，然后進一步探討了水工隧洞襯砌砼裂縫的預防與處治對策，以供參考借鑒。

關鍵詞 水工隧洞;襯砌砼開裂;成因;預防;處治

1水工隧洞襯砌砼開裂的所致成因

1.1 原材料選取不當

①施工所用水泥品種未嚴格依照水工隧洞實際進行選取;②部分水泥運輸、存貯不當，以致水泥受潮變質，且使用前未進行質量檢驗便投入施工;③骨料級配比例不合理，含泥量超標，針片狀及有害物質含量過大等;④砂石存儲未根據季節變化予以保溫或降溫處理，以致砼拌和時的溫度不滿足要求。

1.2 配比設計不合理

①原材料比例計量不精準，如攪拌站稱量系統未予以定期校定、配比計量偏差未予以定期分析;②拌和時投料順序不合理，或未對料斗混料予以校對;③運輸過程中，為避免混合料水分散失而人為加水，從而使得含水量過大;④攪拌機選型不合理，以致拌和砼質量差;⑤攪拌時間過長或不足，使得砼出現離析或攪拌不均;⑥供料不及時，以致先澆筑砼出現初凝，從而致使新舊砼間形成冷縫。

1.3 施工操作不規范

①部分水工隧洞在開挖時存在超挖、欠挖，從而導致開挖成型質量差，以致后期砼襯砌厚度不均而產生裂縫;另外，在地質條件較差地段，初支侵入襯砌限界，從而導致襯砌厚度過小，甚至個別隧洞出現背后脫空導致裂縫。②隧洞開挖施作的過程中，未嚴格按照要求實施監控量測，而是僅憑個人既往實踐經驗進行二襯時間的確定，以致在初支未完全穩定便開始二襯施工，從而導致二襯超負荷承受圍巖壓力。③圍巖基面清理不徹底，致使底板砼與巖層間的松動圍巖形成軟弱夾層，進而使圍巖的彈性抗力得不到充分發揮，以致襯砌荷載受到影響而產生裂縫。④隧洞襯砌所用鋼模板臺車，下料時的下料窗口未能充分利用，以致出現不均勻下料;其次，頂拱砼下料滿倉僅通過人工進行判定，從而極易導致出現空腔而出現裂縫;另外，砼澆筑作業時，下料高度過高造成砼骨料離析，或分層厚度過大以致振搗不均、砼密實度不足而形成裂縫。⑤施工方為追趕進度，在砼強度未全面達標便提前脫模，以致砼過度承受圍巖荷載而破壞砼結構的強度及穩定性;另外，脫模后未按要求對砼進行保濕養護，使得砼表面出現干縮裂縫，或養護時間、遍數不足而導致砼表面出現裂縫問題。⑥在夏季高溫季節施工時，砂石骨料露天堆放，且投入使用前也未采取行之有效的降溫措施，以致砼入模時溫度過高而形成較大的內外溫差，從而導致出現溫度裂縫。此外，冬季寒冷季節施工時，未采取有效的防寒保暖措施，以致澆筑后砼出現凍脹裂縫[1]。

2水工隧洞襯砌砼開裂的防治舉措

2.1 水工隧洞襯砌砼開裂的預防策略

（1）嚴選原材。首先，優先選擇低熱水泥，且運輸過程中應做好嚴格防護，避免水泥受潮與變質，且對于采購的不同標號、種類以及出廠日期不同的水泥應分類運輸及存儲，并做好明顯標識，嚴格控制避免混淆。其次，嚴格把控地材質量，其中，碎石料含泥量應≤1%，針片狀物≤15%，最大粒徑<40mm，粒徑以5mm～31.5mm為宜。對于進場骨料投入使用前，須按要求對含水率、級配、含泥量予以檢測，對檢測質量不達標的及時退場處理，并根據檢測結果對拌和用水量予以優化調整。另外，通過合理添加適量粉煤灰，以減少拌和砼的水泥用量，從而有效提升砼拌合物的和易性，使砼更加密實均勻。同時，通過添加適量膨脹劑，使砼體積發生膨脹，從而改善砼的抗裂以及抗滲性能。此外，夏季高溫季節施工時，若溫度>32℃時，應對砂石骨料予以適當降溫處理，可通過設置遮陽棚或冷水沖灑使碎石骨料溫度下降，從而嚴格把控砼入模溫度。

（2）優化配比。首先，根據試驗對砼配比予以優化調整，對稱量系統予以精準校核，并依照配料單數據予以嚴格下料，運輸中做好砼質量的嚴格把控，防止人為加水而導致的水灰比過大;其次，依據砼稠度以及拌和機型號的不同，選擇合理的砼攪拌時間，以顯著提升砼拌和的均勻性;另外，根據水工隧洞施工實際，確定砼日拌和量，并選擇適宜的輸送泵以及振搗器，從而確保砼澆筑的連續性，如若前后兩次澆筑等待時間較長，則應對先澆筑砼面予以處理后再澆筑新砼層，以使兩次澆筑面更好粘合，避免施工冷縫的出現[2]。

（3）規范施工。①加強隧洞開挖作業段測量，并通過爆破參數的優化以及爆破技術水平的提升，使爆破效果更好，同時加大對開挖斷面的監控量測，嚴加把控防止超挖、欠挖，進而為后期砼襯砌提供良好的作業條件。②做好對圍巖變形的監測，確保圍巖及初支變形趨于穩定后實施二襯，以有效避免圍巖變形而導致的襯砌砼裂縫。如若需要提前施作二襯，但圍巖收斂變形未穩定，則應先對初支及襯砌結構部位予以加強處理。③砼澆筑前，應先用挖掘機將基礎巖面大量渣塊予以細致清理，然后由人工對細部位置的松動巖石及巖縫內碎石予以清理，并用高壓水槍對巖面、砼噴射面、底板表面予以沖洗，沖洗完成后應及時對積水進行抽排。④嚴格把控襯砌砼施工質量，并對砼拌和、運輸、澆筑以及振搗整個過程質量予以全面把控，以有效規避拌和時間不足、拌和不均、過振以及振搗不密實等質量問題導致內部孔洞或氣泡而造成的砼表面裂縫。⑤嚴格把控砼拆模時間，確保在砼強度滿足設計及規范要求后才可予以拆模，拆模時嚴禁敲擊、硬拽而導致砼表面受損。拆除模板后應及時予以充分保濕養護，對于仰拱可采取流水予以養護。

2.2 水工隧洞襯砌砼開裂的處治舉措

水工隧洞襯砌砼裂縫處理前，應首先對裂縫類型與情況予以判定，然后根據裂縫類型進行針對性處理。其中，對于Ⅰ、Ⅱ類淺表裂縫可通過改性聚合物對表面予以封閉處理，Ⅲ、Ⅳ類裂縫則可通過化學灌漿予以處理。

（1）Ⅰ、Ⅱ類裂縫的處治。首先，縫面清理。使用磨平機將裂縫表面水泥漿、雜質以及鈣質析出物等予以清理打磨并沖洗干凈，打磨寬度為15cm。其次，底液涂刷。待清理后的砼表面干燥后，用毛刷將改性聚合物漿液均勻涂刷于裂縫表面，涂刷寬度15cm。最后，封縫處理。在第一層涂刷物干燥后，再涂刷一層寬15cm、厚1mm的改性聚合物漿液。

（2）Ⅲ、Ⅳ類裂縫的處治。①縫面清理。使用磨平機將裂縫表面水泥漿、雜質以及鈣質析出物等予以清理打磨，打磨寬度為15～20cm，并用高壓水槍予以細致沖洗干凈。②鉆孔作業。利用沖擊鉆等大功率鉆孔機具，于裂縫兩側斜向45°進行交叉鉆孔（如圖1），間距約25～30cm，孔深不得超過2/3結構厚度，鉆孔距離裂縫不得超過1/2結構厚度，鉆孔應穿過裂縫確保孔縫貫通，但不得打穿結構。③埋注漿管。鉆孔完成后進行注漿管安裝，注漿管插入深度可依照裂縫深度、寬度及孔深等予以確定。注漿管安設完畢實施灌漿作業前，應首先以高壓風對孔內粉塵予以清洗，并觀察裂縫的實際情況。然后在槽內表面涂刷一層環氧膠泥，并在具備一定強度后用快硬水泥予以填縫處理，滿足強度要求后再涂刷一層環氧膠泥，若裂縫位置出現滲漏水，應使用堵漏靈予以封堵處理。④灌漿作業。填縫強度滿足灌漿作業要求后，通過高壓灌漿機對鉆孔實施灌漿。灌漿壓力0.3～0.5MPa，并由低向高、由深至淺依次實施灌漿，待相鄰孔漿液溢出后將灌漿管關閉，轉至鄰近孔繼續實施灌漿作業，直至該裂縫最后鉆孔的吸漿量<0.03L/min并持壓10min即可停止灌漿。⑤表面處理。完成灌漿且漿液凝固后，將埋設灌漿管鑿除、打磨并對裂縫兩側予以清理，然后對灌漿嘴孔洞位置予以修補，并按要求用環氧膠泥將表面抹平處理。另外，襯砌砼裂縫處存在滲漏水現象就會加大灌漿難度，因而對于滲漏水及涌水段的裂縫處治較為困難，對此，可采取打排水孔即鉆設排水孔泄水的方式降低外水壓力，然后采取聚氨酯類對滲漏水進行堵漏，最后使用環氧漿材予以補強[3]。

3結束語

水工隧洞襯砌砼裂縫缺陷不僅會影響到襯砌砼外觀與質量，而且后期裂縫處理耗時、費力，一旦處理不當還會加劇工程質量問題。對此，相關技術、管理人員務須嚴加把控，并通過采取各項應對舉措減少與規避裂縫問題的生成，從而有效確保水工隧洞襯砌砼的施作質量。

參考文獻

[1] 王昆侖.水工隧洞二次襯砌拱頂混凝土缺陷處理[J].河南水利與南水北調，2019，48（6）：47-49.

[2] 洪躍庭.水工隧洞襯砌混凝土裂縫成因分析及控制措施分析[J].四川水泥，2018，（9）：276.

[3] 田振華，李寶石，王經臣.水工隧洞混凝土襯砌裂縫監測與成因分析[J].水力發電，2017，43（9）：45-48.