隧道二襯混凝土裂縫分析\\預防與處理

（中鐵隧道集團四處有限公司，南寧，530003）

【摘要】本文針對隧道二次襯砌施工后，襯砌結構因材料性能、配合比、溫濕度和施工等原因出現裂縫進行逐一分析，對因材料性能、配合比、溫濕度和施工等裂縫原因提出預防措施，在二襯裂縫出現后，根據裂縫的寬度、深度及對結構的影響提出多種處理方法。

【關鍵詞】隧道二襯；混凝土裂縫；分析；預防；處理

0 前言

隧道二次砌襯混凝土施工后，經常在襯砌表面出現縱向、環向、斜向、龜裂等各種類型裂縫，這些裂縫輕則影響感觀，重則影響結構質量。施工中必須考慮到可能產生二襯混凝土裂縫的各種因素，采取有效的預防措施控制減少裂縫的數量。

1 隧道二襯混凝土裂縫原因分析

1.1 原材料的因素

水泥，水泥品種選擇不當，安定性不良，不同批次的水泥混用，均可能導致二襯裂縫。水泥等級越高、細度越細、早強越高對混凝土開裂影響越大。為了趕工期，縮短二襯脫模時間，施工過程中采用快硬早強水泥，混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力，形成混凝土龜裂。水泥安定性不符合要求，在混凝土具有一定的強度后內部的水泥成分還在水化，并拌隨一定的體積膨脹，從而導致混凝土內部產生巨大的膨脹應力，致使襯砌表面起鼓不平順，當膨脹應力超過混凝土強度極限時，就會引起混凝土的開裂。

骨料，粗、細骨料級配差，含泥量過大，會使混凝土的強度極具降低，抗滲性降低，干燥時產生混凝土收縮，造成裂縫產生。骨料中含有泥土或骨料級配不合理。碎石中石粉含量大，針片狀過多，使用了反應性骨料或者風化巖，骨料中的有害物質含量超過規范規定，都會影響混凝土的技術性質。由于骨料反應造成局部膨脹和拉應力，引起混凝土結構產生裂縫。風化巖因為強度低，大大降低混凝土強度，使結構強度不足，產生裂縫破壞。

另外，混凝土中摻用了不適宜的添加劑，也會引起混合料的反常凝固和反常膨脹，導致裂縫的產生。

1.2 配合比的因素

進行配合比設計時，忽視水泥用量增多對混凝土品質的影響，誤認為水泥用量越多，混凝土強度越高。實際上水泥用量過多，水化熱加大，混凝土內外溫差明顯，養護不好，會形成溫度梯度，產生裂縫。

在集料用量一定的情況下，砂率較小時，粗集料含量較大，集料表面積較小，使水泥漿過渡層變厚，雖然較厚的過渡層存在較多的薄弱環節，但這些薄弱環節在較多粗集料所產生的較多且作用較強的大中心質效應圈范圍內，其破壞作用由于較大中心質的有利效應而得到抑制，在宏觀上表現為塑性收縮裂縫相對較小。隨著砂率的增大，粗集料減少，粗集料的抑制作用減弱，表現為塑性收縮裂縫面積有增大的趨勢。

骨料粒徑越細、針片狀含量越大，混凝土單方用灰量、用水量增多，收縮量增大導致混凝土開裂。

混凝土外加劑、摻合料選擇不當，或摻量不當，對摻合料和外加劑的選用缺乏專業技術人員的指導，往往達不到預期的效果，也會導致混凝土開裂。

1.3 溫差、濕度的因素

外界的氣溫、濕度的變化是產生裂縫的關鍵因素。混凝土內部的溫度由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構散熱的濕度疊加所組成。澆筑時的溫度與外界的氣溫有著直接的關系，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也就越高，如果外界溫度降低，又會增加混凝土內外溫度的梯度。如果外界溫度很高下降過快，會造成很大的溫度拉應力，混凝土極易發生裂縫。此外，外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低，會加速混凝土的干縮，會導致混凝土裂縫的產生。

混凝土澆注后，如果空氣干燥，不及時進行養護，混凝土中水分會蒸發過快，形成脫水現象，會使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，不能轉化為穩定的結晶，缺乏足夠的粘結力，從而會在混凝土表面出現片狀或粉狀脫落。此外，在混凝土尚未具備足夠的強度時，水分過早的蒸發還會產生較大的收縮變形，出現干縮裂縫。

1.4 施工因素

隧道測量不精確，形成中線偏位，二襯澆筑后形成邊墻混凝土一側偏薄，另一側超厚，結構受力后較薄的一側承受壓力較大，較厚一側承受的壓力較小，形成二襯受力不均勻，導致薄弱部位開裂。開挖斷面凈空不符合設計要求，出現超欠挖，造成初期支護噴射混凝土厚度不均勻或初期支護侵入襯砌限界以及襯砌混凝土背后存在空洞，都是產生裂縫的直接原因。

仰拱施工時基底虛渣、積水清理徹底，二襯澆筑前矮邊墻雜物清理不干凈，二襯澆筑后矮邊受力不均勻，產生不均勻下沉及變形，導致二襯開裂。

急于趕進度或搶工期，在隧道圍巖和襯期支護變形還未穩定的情況下澆筑二襯，二襯施工后圍巖繼續變形，致使二襯承受過大的變形應力，導致二襯開裂。

混凝土澆筑操作不當導致混凝土的離析與泛漿。由于混凝土混合料，是由不同密度、形狀、大小等材料組成，因而極易產生離析，泛漿泌水，使得混凝土表面出現不規則的收縮裂縫。采用整體式鋼模板臺車施工，在泵送混凝土澆筑過程中，沒有先兩邊窗口再中間窗口，而是先從中間窗口泵送混凝土且沒有及時振搗，振搗或插入不當，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會影響混凝土的密實性和均勻性，導致裂縫的產生。

2 隧道二襯混凝土裂縫預防措施

為防治混凝土產生裂縫，保障混凝土結構的耐久性能，必須通過嚴格配合比、原材料品質和施工工藝措施來實現。

2.1 原材料控制

水泥，不同品牌、不同規格、不同批次的水泥不能混用。礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥干縮性較大，容易導致二襯干縮變形，盡量避免使用。

骨料，對于含泥量超過規定的骨料要進行淘洗，確保骨料含泥量符合規定。對級配差的骨料要改善其級配直至符合規定。風化巖強度低，質地疏松，反應性骨料性質不穩定，均不能用做混凝土的原材料。在不導致泵送堵管的情況下，盡可能選用較大粒徑的碎石，針、片狀物含量不大于15 % ，粒徑以 5 mm～31. 5 mm 為宜。采用級配良好的中砂，細度模數應為2. 3～3. 0 ，粒徑小于0. 315 mm 的顆粒含量所占比例宜為15 %～20 % ，為方便混凝土的運輸、泵送和澆筑，砂率取35 %～45 %。

外加劑，施工時必須慎重選擇外加劑的品種和摻量，高效減水劑能夠有效減少拌合用水，降低水化熱，延緩水化熱釋放速度，從而減少溫度裂縫，但摻量過多會引起混凝土的腫脹和開裂。

2.2 配合比控制

減少水泥用量，進行配合比設計時，在滿足設計強度的情況下，盡量減少單位水泥用量。選擇早期強度低，水化熱低的水泥。

提高混凝土中骨料的數量和質量，在混凝土結構拌合體中骨料的用途是起骨架的作用。其在混凝土中的主要目的是穩定并固結住混凝土的整個體積。由于純水泥漿體硬化后收縮變形過大，無法對結構體產生有效的固結，因而必須有骨架對水泥漿體的收縮起到一起的約束作用。所以，在混凝土結構拌合體中骨架用量應占混凝土結構拌合體的大部分體積，從而在混凝土結合硬化過程中對混凝土結構拌合體的體積穩定性起決定作用。通過實驗對比和分析，骨料的粒形和顆粒的級配越好，所占的體積分額越高，單位體積中混凝土的水泥用量越少，其混凝土結構拌合體的體積穩定性就越好。我國目前砂石標準中規定石子，針、片狀顆粒含量最大的可達約15%，而在實際工程中幾乎所有的采石場都沒有真正及認真地執行過。人們往往認為對砂石只要求強度，對粒徑和級配則相對管理較為松散。一般采用增加水泥用量來滿足混凝土的和易性要求。這種現狀在一定程度上阻礙了骨料質量的提高，不利于資源效率的使用。

嚴格按施工配料單計量，定期檢查校正計量裝置。加強砂石料含水率檢測，及時調整拌和用水量。改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，降低水化熱。混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現時間。

2.3 溫、濕度控制

在混凝土內部和外部設置溫度測點，并設置保溫材料溫度測點，現場溫度監測數據由數據采集儀自動采集，并進行整理分析，每一個測點的溫度值及各測點位置與表面測點的溫差值，作為研究調整控制措施的依據，防止混凝土出現溫度裂縫。如果二襯混凝土施工正值夏季，如何降低混凝土入模溫度是施工控制的重點之一?？刹扇∷喙藜诱陉柵铮⒗渌禍?。沙石料的料倉搭設遮陽棚，必要時可灑冷水降溫，或用篷布覆蓋。拌合水采用井水，必要時加冷塊或增加制冷機組。充分利用氣溫低的時間來澆筑混凝土等措施，保證混凝土夏季入模溫度不高于32℃，冬季入模溫度不低于5℃。

混凝土拆模后，及時進行養護，保持混凝土處于濕潤狀態，養護期限14天為易。采取灑水養護，用橡膠軟管連接高壓水管澆灑于襯砌表面，或是制作簡易養護臺架進行灑水養護。

2.4 施工控制

加強隧道開挖斷面測量與檢測，嚴格控制超欠挖，為后期襯砌施工創造良好的條件。在保證開挖斷面成型滿足設計要求的前提下，初期支護噴射混凝土表面要平順，并確保噴射混凝土不侵占二次襯砌凈空，避免二襯厚度不夠。

仰拱及矮邊墻施工前一定要把基底虛渣、雜物、積水清理干凈，以避免二襯澆筑后矮邊墻出現不同程度的下沉及變形而影響后期二次襯砌的質量。

加強監控量測，二次襯砌澆筑應在圍巖和初期支護變形趨于穩定時進行。對于洞口淺埋段、圍巖破碎帶，圍巖變形大、流變特性明顯，需盡早進行二次襯砌施工時，應對二襯結構進行加強，采用鋼筋混凝土二襯。

采用延緩溫差梯度與降溫的措施，澆筑前經詳細安排澆筑的次序、流向、澆筑的厚度、長度前后澆筑的搭接時間，控制混凝土入模溫度，并加強振搗，嚴格控制振搗時間、移動的距離、插入的深度，保證振搗密實，嚴防漏振與過振，確保混凝土密實，并做好現場組織協調，保證施工按計劃進行，確保不留冷縫。澆筑完后，對混凝土表面較厚的水泥漿進行必要的控制，避免表面龜裂。二次襯砌混凝土灌注，全過程應有試驗員進行旁站，且嚴禁在運輸和泵送過程中給混凝土加水。

3 隧道二襯混凝土裂縫處理方法

3.1 表面處理法

表面修補法是一種簡單、常見的處理方法，它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理，表面修補法包括表面涂抹法和表面貼補法。

表面涂抹法適用范圍是漿液難以灌入的細而淺的不漏水不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。通常的處理措施是將二襯表面灰塵用高壓水沖洗清理干凈，在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料。除涂抹水泥漿外，涂抹其他材料前，均應等清洗的二襯表面干操后進行。

表面貼補法適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏，通?？梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布處理。粘貼前先進行基面處理，保證基面平整、無塵、無油污、干操，在處理好的混凝土表面涂一層很薄的底層膠，既增強混凝土表面強度，又可以改善膠結性能，從而使二襯與玻璃纖維布之間粘貼性得以提高；按要求尺寸裁剪纖維布，用滾刷或毛刷均勻、無遺漏地將粘接膠涂在二襯表面，粘接膠涂布面應不小于所粘貼玻璃纖維布大小，鋪覆玻璃纖維布，用膠輥在玻璃纖維布上沿纖維方向施加壓力并反復輥壓，使粘接膠液充分浸漬纖維布，消除氣泡和去除多余膠，使玻璃纖維布和底層充分粘接；待貼補面干操后，表面涂刷調色水泥漿，使貼補面顏色與二襯顏色一致。

3.2 填充嵌縫處理法

填充法分為直接填充法和鑿槽填充法。

直接填充法適用于較寬的裂縫，用高壓風將裂縫吹洗干凈，將修補材料直接填充裂縫，表面抹光，直接填充法作業簡單，費用低。

鑿槽填充法適用于裂縫寬度較窄（填縫材料無法直接嵌入裂縫的縫隙），或是裂縫中有充填物，用灌漿法很難達到效果的裂縫以及小規模裂縫的簡易處理。沿裂縫將二襯面鑿成U形或V形槽，用水將槽口沖洗干凈，然后用高壓風將槽內積水吹干，再嵌入填充材料，填充材料可以使用有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠、環氧樹脂、聚合物水泥砂漿或純水泥砂漿等。

3.3灌漿處理法

灌漿法是采用各種粘合劑及密封劑灌入裂縫深部，達到恢復結構整體性、耐久性及防水性的目的，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。利用壓漿設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

首先埋設灌漿管，對于細而淺的裂縫，可用鋼絲刷沿縫進行表面刷毛和清潔處理，然后騎縫用環氧膠泥粘貼灌漿管，對于寬而深的裂縫，宜沿縫開鑿V形槽，然后騎槽粘埋灌漿管；灌漿管應設于裂縫較寬處、交叉處、端部及裂縫貫穿處等部位。其次封縫，先沿裂縫刷一道環氧樹脂基液，然后抹一層環氧膠泥，封縫的目的在于使裂縫形成一條密閉性空腔通道。然后配制漿液，漿液可灌性與漿液粘度及灌漿壓力有關，粘度愈大所需壓力就愈大，且灌漿時間很長，對于不貫通裂縫，難于將漿液灌注到裂縫深部；可灌性與固化時間長短及固化后所具有的粘結強度往往是相互矛盾的，因此在可灌的情況下盡可能用粘度大的漿液。漿液配好即可灌漿，由縫的一端向另一端進行，豎縫、斜縫由下往上灌，灌漿壓力應逐漸升高，防止驟然加壓使裂縫擴大，每次灌漿以鄰近貼管冒漿為準，冒漿后立即用止漿塞塞緊，保持恒壓斷續壓灌。灌漿凝固后，取下灌漿管，用砂輪機漿封縫的環氧膠泥剔除。

3.4 拆除重砌法

拆除重砌法是在裂縫采取修補措施無法彌補的情況下的處理方法。當襯砌裂縫多，裂縫貫穿整個襯砌截面，影響結構受力及穩定時，拆除既有裂縫二襯，拼裝砌襯模板重新澆筑二次襯砌。

拆除重砌應逐段進行，采用微差爆破拆除，微差爆破能有效地控制爆破沖擊波、震動、噪音和飛石，操作簡單、安全、迅速，破碎程度好，對相臨襯砌影響小。拆除時在砌襯拱頂、左右拱腰、左右拱腳（矮邊墻上50cm位置，防止損壞矮邊墻）等5條線縱向打眼，眼格間距25cm，間隔裝藥，起爆順序為拱頂not;not;—→左右拱腰—→左右拱腳。為防止爆破的二襯塌下砸損路面，應在路面鋪一層50cm厚砂土保護。炸除后用挖掘機清理廢渣，割除破損的防水板重新鋪裝，安裝止水條，澆筑二襯。

二襯重新澆筑前一定要查明導致裂縫的原因，若是因為圍巖變形導致二襯裂縫，重新澆筑時應在二襯內植入型鋼鋼架或采用鋼筋混凝土二襯。

4 結束語

要想有效的預防隧道二襯混凝土裂縫產生，首先要清楚施工過程中可能導致裂縫的相關因素，從原材料、配合比、溫濕度及施工工藝等多方面嚴格控制。裂縫的處理要根據縫隙的深淺、寬窄、多少及對結構的損害嚴重程度來選擇比較適合的方法。

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作者簡介：

張理智（1981－），男，廣東樂昌人，工程師，主要從事公路、鐵路、市政工程施工技術管理工作。