公路隧道二襯砼開裂的施工因素分析及對策研究

摘 要：進入到新世紀以來，隨著我國的國民經濟水平的飛速發展，我國的城市現代化的建設工作同樣也取得了非常好的成績，其中公路隧道工程同樣也得到了迅猛的發展。現階段，我國公路隧道工程的襯砌結構通常都是選擇模筑混凝土和錨噴支護相復合的形式，在對眾多的公路隧道工程的襯砌結構研究的過程中，我們發現隧道襯砌結構普遍存在的一個問題就是二次襯砌砼開裂的問題，因此我們必須分析導致二襯砼開裂的各類施工因素，并找到避免此問題出現的應對措施，從而保證公路隧道工程的施工質量。文章便對影響隧道襯砌混凝土受力狀態的影響因素以及減少隧道二襯砼開裂問題出現的解決對策兩個方面的內容進行了詳細的分析和探析，從而詳細的論述了我國公路隧道工程二襯砼開裂的防治工作。

關鍵詞：公路隧道；二襯砼裂縫；施工因素；對策

1 影響隧道襯砌混凝土受力狀態的影響因素

1.1 導致襯砌砼出現偏載問題的施工因素

施工時，如果出現了超欠挖明顯或是超挖回填不密實的問題，那么襯砌背后就會形成一個空洞，圍巖就會受到擾動，原有的緊繃狀態就會慢慢變得松弛，從而出現應力集中的情況，隧道襯砌結構就會承受不均勻的荷載。而在進行大斷面開挖的施工過程中，如果沒有進行二次襯砌或是施工工序不夠科學合理，那么圍巖的力學性質也會發生改變，從而使其局部受到集中荷載的作用。

另外，如果施工測量放線的過程中出現了錯誤或是模板拱架的支撐出現了變形的問題，那么襯砌結構的受力就會不均勻，局部襯砌的結構也可能偏??；而如果二次襯砌砼的澆筑管理工作做的不規范、不合理，那么在拱背部位就會出現圍巖與拱頂襯砌不緊密的空隙，拱腰必然就要承受更多的荷載，而拱頂在局部的范圍內就會出現承受空載的情況，我國很多專家學者在對公路隧道工程調查和研究的過程中也發現了，很多隧道工程的二次襯砌的厚度都存在著不均勻的問題，并且大多都是厚度偏薄的問題。

1.2 導致二次襯砌砼干縮應力和溫度應力過大的施工因素

導致二次襯砌砼干縮應力和溫度應力過大主要有以下幾個方面的原因：隧道工程施工質量管理工作做的不到位、混凝土的搗實質量較差、施工配合比控制的不準確、混凝土等原材料檢測工作不到位、水灰比不符合設計要求以及二次砼施工后期的保養工作不力等等，在混凝土失水的過程中以及水泥水化熱的過程中就會產生相應的干縮應力和溫度應力，而如果這個應力值超過了混凝土的抗拉極限強度時，那么就會導致干縮裂縫或是溫度裂縫的出現。

2 減少隧道二襯砼開裂問題出現的解決對策

2.1 數值的計算模型

在對公路隧道工程的初襯結構和二次襯砌結構進行有限元離散時，建議選擇平面八節點縮減積分等參單元CPE8R，在兩者之間應先設置相應的接觸單元，在初襯結構的外邊界部分設置法向彈簧，而通常情況下接觸單位只設置在隧道上部的二次襯砌結構上，而至于二次襯砌結構和余下的重疊部分則是要通過綁定來約束的。

圍巖壓力是要沿著襯砌的表面才能傳遞到隧道的結構上的，而與隧道襯砌結構呈垂直狀態的均布壓力的集度會逐漸的增大，為了使整個過程更加的簡化，我們一般都會假定均布荷載的集度在襯砌表面上都是線性變化的，由于隧道圍巖的分布是不均勻的，那么荷載的分布就也會是不對稱的。

當進行完對隧道工程二次襯砌砼結構的澆筑過程后，砼表面溫度發生變化而產生溫度收縮，也會因失水而產生干縮，無論是溫度收縮還是干縮在厚壁的方向上都會慢慢的衰減，如果我們假設這個衰減的過程是呈線性變化的，那么最大的變化量一定是發生在隧道壁的表面位置處的，在失水和變溫的等效原則下，即使是環境的變化會對隧道結構產生影響，也是要采用變溫作用下對隧道結構的影響。當然，隧道襯砌結構的溫度應力同樣也與其施工澆筑時的氣溫有關，如果澆筑時的氣溫偏低，那么隧道內的溫度就會上升，這時混凝土內部就會出現壓應力，而如果澆筑的氣溫偏高，混凝土內部就會出現拉應力。

2.2 溫度應力對二襯砼的影響分析

在二次襯砌結構的內部溫度發生變化時，無論是拱頂附近區域的環向應力分布，還是結構的整體應力分布，它們都是與溫度的變化呈反比的，所以在溫度逐步下降的過程中，壓應力會慢慢變成拉應力，在降溫值超過了8攝氏度以后，最大拉應力的位置已經轉移到了拱頂的附近區域。隨著變溫幅度的不斷增加，最大溫度應力也不斷增加，而利用線性擬合的關系我們就能得到溫度應力的擬合方程，其最大的相關系數為0.999。由于在溫度變化的過程中，初襯結構與二次襯砌結構并未明顯的分離，所以拱頂附近區域的最大環向應力與溫度的變化也是呈線性關系的。在溫度下降的幅度達到12攝氏度時，最大環向應力就已經超過了型號為C30的混凝土的抗拉強度，混凝土就會出現開裂的現象。

2.3 混凝土失水收縮的影響分析

對于混凝土失水收縮的影響我們通常是以降溫的過程來模擬的，在進行完混凝土的干縮試驗后，我們發現混凝土不同失水率時，混凝土的收縮率也是不同的，利用應變等效的原則，我們可以將混凝土失水的收縮率等效轉化成為溫度的變化值，如下表：

齡期28d不同配合比砼的平均

干縮系數和平均溫縮系數的對應關系

在合格過程中，如果我們假設二次襯砌結構的厚度是呈線性變化，并且最后會逐步的衰減歸零，那么在失水與溫度等效的原則下，經過換算后的溫度變化過程也就是沿著二次襯砌結構的厚度方向呈線性的變化，并且最后也會衰減至零。

2.4 溫度應力、偏載應力以及干縮應力的耦合作用分析

在公路隧道工程的初襯方向上，如果將其對稱軸右側的荷載集度擴大至原來的n倍，這樣就能更加準確的模擬出不同偏載對隧道結構受力情況的不同影響?；炷恋母煽s應力以及溫度應力都是可以通過溫度的變化來模擬的，以下兩個圖分別是偏載增幅為兩倍和降溫幅度為6攝氏度時的共同作用下的二襯砼結構的環向應力分布情況以及降溫和偏載共同作用時其與二襯砼結構的最大環向應力的關系。

通過以上的論述，我們對影響隧道襯砌混凝土受力狀態的影響因素以及減少隧道二襯砼開裂問題出現的解決對策兩個方面的內容進行了詳細的分析和探討。我們由以上的分析可以得出如下的結論：（1）當溫度出現變化時，二襯砼結構的最大拉應力是會隨著溫度的下降而呈線性增加的，并且最大拉應力的也不再是拱腳的位置處了，而是過渡到拱頂的區域；（2）大斷面開挖的施工工序的錯誤、光面的爆破效果不佳、模板拱架支撐不牢以及二次襯砌的搭建不及時等因素都會導致二襯砼結構的局部受到偏載。隧道工程施工質量管理工作做的不到位、混凝土的搗實質量較差、施工配合比控制的不準確、水灰比不符合設計要求以及二次砼施工后期的保養工作不力等因素則會導致二襯砼結構所受到的干縮應力和溫度應力過大；（3）在溫度應力、偏載應力以及干縮應力的公用作業下，二襯砼結構的最大拉應力必然是大于其抗拉強度的，因此就會出現開裂的問題。

參考文獻

[1]汪志敏.公路隧道二襯拱部砼封密技術對策[J].中國水運，2008.

[2]謝永利.公路隧道襯砌裂損病害檢測與治理對策[J].沈陽建筑大學學報，2007.