淺析隧道襯砌混凝土裂縫的原因及其防治

何智鋼，譚 超

（浙江省交通工程建設(shè)集團有限公司市政分公司，浙江杭州 310051）

0 引言

社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，加快了基礎(chǔ)建設(shè)的步伐，全國公路里程數(shù)也越來越大，山陵地區(qū)新建公路越來越多，隧道工程所占比例也隨之增大。由于隧道工程中往往采用二次襯砌、整體式鋼模板臺車，以及泵送混凝土等施工工藝，導(dǎo)致混凝土在硬化的過程中，極有可能出現(xiàn)襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。一方面對隧道工程的美觀產(chǎn)生較大的影響，另一方面給工程質(zhì)量留下安全隱患。因此在具體的施工過程中，要采取合理有效的措施，避免在隧道工程中出現(xiàn)襯砌混凝土裂縫。本文對隧道襯砌混凝土裂縫的原因進行分析，并提出幾條防治措施，不足之處，敬請指正。

1 工程概況

某隧道工程位置位于浙江省杭州市余杭區(qū)富陽市之間，屬低山丘陵地貌，地勢起伏較大。路線區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨量豐沛，溫暖濕潤，四季分明。區(qū)內(nèi)山體植被發(fā)育，地層地質(zhì)主要為粉質(zhì)粘土、灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r、砂巖組成，淺層巖石風(fēng)化較強烈，穩(wěn)定性較差,為余杭閑祝公路工程的重點控制性工程。工程為分離式隧道（右線長1865 m，左線長1892 m），隧道于2010年7月開工，2012年9月30日建成通車。通過一年來的運營質(zhì)量回訪，項目在裂縫控制方面取得較好成效，現(xiàn)就隧道襯砌混凝土裂縫的控制做一淺要分析。

2 裂縫類型以及產(chǎn)生的原因

2.1 裂縫的類型

隧道襯砌混凝土裂縫的主要類型有以下幾種：干縮裂縫、外荷載變形裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫及接茬裂縫等。

2.1.1 干縮裂縫

襯砌混凝土在硬化的過程中會逐漸喪失其水分，而導(dǎo)致水泥石中的凝膠結(jié)體逐漸收縮產(chǎn)生變形，圍巖和模板對其進行約束，產(chǎn)生變形和應(yīng)力，如果應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強度，就會出現(xiàn)干縮裂縫。干縮裂縫容易進行分辨，多為表面性裂縫，走向無明顯規(guī)律。影響干縮裂縫的主要原因有：水泥品質(zhì)不佳、用量多少及水灰比的大小，骨料的大小及其配比情況，還有外加劑的品質(zhì)和摻量，都有可能導(dǎo)致干縮裂縫的產(chǎn)生。

2.1.2 外部荷載變形裂縫

仰拱和邊墻為基礎(chǔ)的虛渣沒有得到及時清理而導(dǎo)致混凝土在澆筑完畢后，基底產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，而且不均勻，模板臺車以及堵頭板等沒有進行固定，使其過早脫模，或者是在脫模時受到較大的外部載荷作用，導(dǎo)致其產(chǎn)生變形裂縫。外部荷載變形裂縫在隧道襯砌混凝土的施工過程中所占比例極大，對隧道工程的施工質(zhì)量有著較大的影響，因此工程技術(shù)人員要對外荷載變形裂縫產(chǎn)生足夠的重視。

2.1.3 沉降裂縫

沉降裂縫產(chǎn)生的可能性有三種情況。第一種是在隧道外圍土質(zhì)不均勻，或者其地基較為松軟，場地沒有得到及時清理，或者清理得不干凈，而導(dǎo)致不均勻沉降，而出現(xiàn)沉降裂縫；第二種是混凝土澆筑時，混凝土振搗不密實，或者坍落度不符合規(guī)范，從而導(dǎo)致泌水硬化，鋼筋阻礙了骨料的沉降，而產(chǎn)生沉降裂縫；第三種是由于模板的強度太小，不能滿足模板支撐間距而導(dǎo)致底部產(chǎn)生松動，從而導(dǎo)致沉降裂縫。沉降裂縫的走向一般是和地面呈現(xiàn)30°或者90°的方向，沉降量越大，其寬度也越大，沉降裂縫和溫度無關(guān)。

2.1.4 溫度裂縫

水泥水化的過程中會產(chǎn)生較大的熱量，熱量在混凝土內(nèi)部和表面之間形成溫度差，而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果溫度應(yīng)力超過外部約束力，則會產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫的寬度隨著季節(jié)而產(chǎn)生變化，溫度裂縫的產(chǎn)生也和襯砌混凝土的厚度，以及水泥的用量、品質(zhì)等有很大的關(guān)系。

2.1.5 接茬裂縫

在隧道工程施工過程中，由于外部原因，比如停電、機械故障等，導(dǎo)致混凝土澆筑中斷，中斷時間過長，甚至超過了初凝時間，而繼續(xù)進行澆筑時由于原來的混凝土表面沒有做過鑿毛處理，或者沒有用水進行沖刷干凈，導(dǎo)致原混凝土、新混凝土接茬間出現(xiàn)接茬裂縫。

2.2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

2.2.1 選用的材料

隧道工程襯砌混凝土在選用材料方面也是極其重要的，材料的品質(zhì)、用量等都有可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。材料選擇的恰當與否可以用以下幾個原則進行衡量：首先，材料質(zhì)量較差、批次不同的材料進行混用，或者水泥品質(zhì)選擇得不恰當、不合適，這是不可取的；其次，砂石級配比不恰當，含泥量較大，或者含粉量較大，水泥和骨料的膠結(jié)差等，都是導(dǎo)致襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因；再次，配合比設(shè)計得不合理，水泥用量超出設(shè)計規(guī)范，工程設(shè)計人員忽略了水泥用量加大對混凝土產(chǎn)生的影響；最后，外加劑、摻合料等選擇得不恰當，有些工程人員對外加劑的認識不足，選用的材料難以達到預(yù)期效果等。

2.2.2 不利的受力條件

不同的受力條件會導(dǎo)致不同種類的襯砌混凝土裂縫。其產(chǎn)生原因也有所區(qū)別，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，地基不均勻沉降。由于隧道工程襯砌混凝土要經(jīng)過不同的巖層，每一層的地基承載力有所區(qū)別，受力不同，斷面的襯砌混凝土抗變形能力也相差不小，或者是襯砌混凝土回填不對稱，隧道工程縱線產(chǎn)生不均勻沉降。以上沉降都會產(chǎn)生縱線彎矩，致使隧道產(chǎn)生變形應(yīng)力。

其次，混凝土的強度問題。混凝土在進行澆筑時，也是施工的需要，在襯砌混凝土的強度沒有到達極限時進行支撐、模板等的拆除，這些措施極有可能導(dǎo)致在混凝土強度沒有達到設(shè)計要求前，甚至是無法承受較大的力，而導(dǎo)致襯砌混凝土裂縫的出現(xiàn)，或者是在拆模的時候，使用模板臺車的時間過長，導(dǎo)致混凝土孔洞形成頂升裂縫。

最后，混凝土注漿壓力太大。襯砌混凝土在進行注漿時，壓力過大會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。注漿的方式主要有兩種，掌子面注漿和背后回填注漿，前者進行的過程中要對注漿的壓力變化和注漿量的多少進行時刻觀察，以防二次襯砌混凝土?xí)r出現(xiàn)溢漿的現(xiàn)象。如果溢漿情況出現(xiàn)，則要適當改變注漿方式，從而避免產(chǎn)生漿液擴散。注漿壓力過大產(chǎn)生裂縫的原因是二次襯砌混凝土?xí)r背后注漿回填空隙和處理裂縫，要對注漿壓力進行控制，盡量采用排氣管，避免裂縫的產(chǎn)生。

2.2.3 施工工藝不規(guī)范

數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，混凝土裂縫產(chǎn)生的原因中施工工藝不規(guī)范所占比例較大，約為80%，由此可見施工工藝或者操作不規(guī)范對于隧道工程施工質(zhì)量的影響是非常大的。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，隧道工程開挖的過程中成型較差，超欠挖造成襯砌混凝土厚度不均勻，甚至是出現(xiàn)襯砌混凝土背后脫空的情況；其次，二次襯砌混凝土施工之前沒有做好監(jiān)測工作，使得施工安全系數(shù)降低，導(dǎo)致二次襯砌混凝土無法承受設(shè)計載荷；最后，襯砌混凝土所用原材料的計算的不準確，以及外加劑的用量等無法準確定量，使得實際的砂石材料含水量用來調(diào)整澆筑混凝土的用水量，導(dǎo)致混凝土水灰比不符合設(shè)計規(guī)范，泵送混凝土過程中出現(xiàn)隨意加水的現(xiàn)象也有可能導(dǎo)致混凝土裂縫。

2.2.4 設(shè)計不當

綜合某些原因，導(dǎo)致勘察設(shè)計單位在進行實際的設(shè)計之前無法深入考察施工現(xiàn)場，甚至是對隧道周圍的圍巖判別，以及支護結(jié)構(gòu)等的設(shè)計，沒有一定的專業(yè)依據(jù)，導(dǎo)致設(shè)計工作無法做到專業(yè)細致，甚至是帶有一定的盲目性。甚至個別建設(shè)單位的管理水平太低，缺乏專業(yè)的人才，或者設(shè)計方案的多變性等，綜上由于設(shè)計不當?shù)脑颍加锌赡軐?dǎo)致襯砌混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3 防治混凝土裂縫的措施

襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生以后，首先經(jīng)過建設(shè)單位組織設(shè)計、監(jiān)理、施工單位對裂縫情況進行檢查，指定破檢位置，并進行監(jiān)督，鉆孔取樣，以確定裂縫類型，并針對不同類型的裂縫采取不同的防治措施。具體有以下幾個方面。

3.1 從設(shè)計方面著手，提高設(shè)計精度，加強項目管理

隧道工程施工之前做好工程前期的地質(zhì)勘查工作，為設(shè)計單位按照設(shè)計規(guī)范，提供出一份詳細的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等的勘查資料，并對工程所處地區(qū)常年的溫度、氣候，以及溫差變化等做詳細了解，提高設(shè)計的精度和質(zhì)量，加強工程項目的管理，進行規(guī)范化管理。

3.2 對施工原材料質(zhì)量及技術(shù)標準進行嚴格控制

（1）水泥：隧道工程襯砌混凝土多用普通硅酸鹽水泥，但是應(yīng)該盡量減少單位水泥用量，不同品牌、不同規(guī)格、不同批次的水泥，不能混合使用。

（2）碎石：符合泵送管路的內(nèi)徑要求，盡量選擇較大粒徑的碎石，對含泥量進行嚴格控制，不要超過1%，針、片狀物的含量不要超過15%，粒徑不要小于5 mm，不要超過40 mm。

（3）砂：砂的選擇原則是最好采用級配良好的中砂，對含泥量進行嚴格控制，最好不要超過3%，砂率的選取要綜合考慮混凝土運輸、泵送，以及澆筑等，不要低于35%，不要超過40%。

（4）水：水的選擇較為單一，可以選用飲用水，水灰比的大小也很重要，比例越大，混凝土的干燥收縮比越大，要對泵送混凝土的用水量進行嚴格控制，這是減少襯砌混凝土裂縫的重要措施。隧道工程施工中水灰比約為0.5，混凝土入泵坍落度約為12 cm。

（5）摻合料：選擇粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術(shù)，以代替水泥用量。強度等級低于C25的混凝土，可以采用粉煤灰摻量來代替水泥，粉煤灰摻量僅僅為水泥用量的的15%，膨脹劑摻量為水泥用量的10%。

（6）外加劑：選擇高效減水劑，降低水灰比，減少溫度裂縫，施工時合理選取外加劑的品質(zhì)和摻量。

3.3 對混凝土的施工工藝進行嚴格控制

首先，要提高鉆眼技術(shù)水平，對超欠挖現(xiàn)象進行嚴格控制；其次，對二次襯砌時間進行嚴格控制，混凝土拌合中要注意配料單計量，以及混凝土入模溫度；再次，混凝土灌注中要嚴禁泵送、運輸過程中加水，注意灌注速度不要太快；最后，注意混凝土的脫模和養(yǎng)護。

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