鐵路隧道二襯混凝土裂縫原因分析及施工控制

孫 國 棟

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

鐵路隧道二襯混凝土裂縫原因分析及施工控制

孫 國 棟

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

簡述了隧道二襯混凝土裂縫的特點，從溫度裂縫、沉降裂縫、干縮裂縫等方面分析了隧道二襯裂縫形成的原因，并提出了裂縫的防治措施及處理方法，確保隧道襯砌的施工質量，從而保證鐵路的正常運行。

隧道，裂縫，混凝土

1 概述

隧道作為鐵路土建工程的一種重要結構形式，在我國鐵路客運專線及高速鐵路的建設過程中得到了廣泛的應用，其設計理念、施工技術、工藝等在近十年的建設過程中得到了飛速的發展。但從近年來開通運營的客運專線及高速鐵路來看，暴露出隧道滲漏水、掉塊等問題，嚴重影響到鐵路的正常運行，影響到隧道結構的使用壽命，增加了運營維護成本，而造成隧道滲漏水的主要原因就是由二襯混凝土開裂引起的。

2 裂縫特點

從近年來石太客運專線、鄭西客運專線、玉蒙鐵路等隧道二襯混凝土出現的裂縫來看，主要存在以下特點：1)裂縫多發育在距洞口200 m之內的范圍。2)裂縫所處的二襯混凝土澆筑時間多在7月份～10月份，該段時間為高溫、少雨季節。3)裂縫多屬環向或斜向裂縫。4)裂縫發育部位自仰拱施工縫處開始的占大多數，泄水孔處也有部分產生裂縫。5)裂縫寬度在0.1 mm～0.5 mm之間，深度在40 mm～110 mm之間。

3 裂縫原因分析

隧道二襯裂縫形成的原因一般是多種因素共同作用的結果，下面根據隧道裂縫的特點進行分析。

1)溫度裂縫。混凝土在凝固過程中，早期強度增長快，產生的水化熱凝聚在混凝土內難以散發，導致內部溫度升高，而外部散熱較快，內外溫差造成混凝土收縮出現差異，使混凝土表層產生一定的拉應力。當應力超過混凝土強度抗拉極限時，表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土早期。此外，環境的濕度對裂縫也有很大的影響，環境濕度不足會加速混凝土的干縮，導致混凝土裂縫的產生。在隧道洞口200 m范圍內出現的裂縫，正是溫差影響導致。隧道洞身內部，氣溫較穩定，濕度較大，比較接近混凝土的標養條件。而洞口溫差變化大，特別是夏季施工襯砌混凝土溫度高于常溫，冬季施工襯砌混凝土溫度低于常溫，而且一天之內晝夜溫度相差大，都有可能造成混凝土的開裂，因此要特別注意洞口襯砌混凝土的養護工作。2)沉降裂縫。隧道的基底虛碴未進行徹底清理，二襯邊墻基礎鑿毛不徹底，二襯澆筑后，在重載的作用下，基礎底部產生不均勻沉降，導致二襯裂縫自仰拱施工縫處起向上發展。由于施工進度以及隧道施工紅線的要求，初支后圍巖沉降未完全穩定即開始澆筑二襯，且二襯混凝土沒有達到設計強度已開始拆模，也可導致沉降裂縫。3)干縮裂縫。混凝土硬化隨水分漸漸損失導致凝結膠體干燥收縮產生變形，在圍巖和模板的約束下，當變形產生的應力值超過混凝土的抗拉強度后，就會出現干縮裂縫。干縮裂縫必須在拆模后及時進行處理，否則會變成永久裂縫，影響到隧道結構的使用壽命。4)其他不利因素造成的裂縫。a.隧道圍巖結構松散，開挖后輪廓不規則，局部超欠挖嚴重，以致襯砌會在局部出現過厚或厚度不足，局部應力過大，造成襯砌混凝土開裂。b.隧道二襯底部泄水孔處由于應力集中、振搗不密實等造成局部開裂。c.隧道襯砌混凝土拆模過早，使二襯混凝土過早受力，造成襯砌開裂。d.由于進度的要求，設計的圍巖類型與實際圍巖不符時，初期支護不能完全平衡圍巖應力，圍巖變形還未穩定即澆筑二襯混凝土，造成洞身混凝土的開裂。e.隧道襯砌鋼筋部分保護層厚度不夠或過大等造成襯砌裂縫。f.軟弱圍巖中安全步距不合理，爆破部位與施工后的二襯距離不足，爆破震動波導致二襯混凝土出現裂縫。

4 裂縫的防治及措施

1)預防混凝土溫度裂縫。 a.控制水化熱的影響，不選安定性不良的水泥，不同批次的水泥不混用，盡量選用產生熱量較低的水泥；b.優化配合比，降低水泥用量以使產生的水化熱在可控范圍；在混凝土中摻加具有減水、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；c.制定襯砌施工首件驗收制度，根據實際情況獲取合理的拆模時間；d.洞口段晝夜氣溫變化大，做好二襯的保濕保溫措施；e.加強混凝土養護，適當延長養護時間，保證混凝土表面冷卻。2)預防混凝土沉降裂縫。控制混凝土混合料的坍落度，將混凝土振搗密實；隧道底清理干凈，不留殘渣；做好新舊混凝土接觸的鑿毛工作；在襯砌內易開裂部位，布置部分鋼筋網片，減少裂縫的產生。3)做好隧道襯砌混凝土振搗是預防裂縫的關鍵。二襯混凝土振搗效果差，會造成混凝土的空隙率增大、密實性差、防水性差、收縮大，混凝土強度不足，影響隧道結構的使用壽命。因此，在隧道襯砌臺車上要有布局合理的附著式振搗器和插入式振搗窗口，隧道二次襯砌混凝土施工時要插入式振搗和附著式振搗相結合，確保混凝土的勻質性和密實性，提高混凝土本身的抗裂能力，避免裂縫出現。4)其他預防措施。a.隧道設計時根據圍巖類別、性質、結構等地質情況，合理選取襯砌支護參數，確保襯砌具有足夠的承載能力；施工過程中發現圍巖地質情況與原設計不符時，應及時對襯砌支護參數進行變更，使襯砌符合實際圍巖條件，隧道實施弱爆破、光面爆破，避免局部超欠挖、超欠挖控制在允許范圍內。b.隧道襯砌后及時進行無損檢測，探測襯砌背后是否存在空洞，空洞處及時進行注漿處理。c.二襯鋼筋應集中加工預制，鋼筋安裝后采取定位鋼筋、墊塊等措施，確保保護層符合設計要求。d.隧道襯砌施工時應嚴格按照設計要求在正確位置設置沉降縫、伸縮縫，并且縫隙在同一垂直面上。e.做好襯砌施工的各道工序檢查驗收，加強作業人員的技術培訓，提高其混凝土施工技術水平。f.加強混凝土保濕保溫養護，提高混凝土襯砌的工程質量。

5 裂縫的處理方法

隧道襯砌結構裂縫采用水泥、環氧樹脂等進行嵌縫和注漿補強，根據裂縫寬度、深度不同，采取表面封閉法、灌漿法等方法，以寬度在0.1 mm～0.5 mm、深度在30 mm～80 mm的隧道裂縫為例，通常采用環氧樹脂高壓灌漿法，完成后進行取芯，發現注漿飽滿，強度滿足設計要求。1)灌漿材料。環氧樹脂具有良好的物理性能，配制后漿液灌漿效果好，分子結構致密，固化收縮率小，飽滿無氣泡，抗滲性好。具有很強的內聚力，且附著力強，漿液固化后抗壓、抗拉強度都能滿足要求。漿液的固化時間可以調節，灌漿工藝簡便，屬環保型材料。2)修補工藝程序。施工準備→裂縫處理→埋設灌漿孔→裂縫封堵→封堵檢查→漿液配制→高壓灌漿→外觀處理。用毛刷蘸酒精有機溶液，把沿裂縫兩側擦洗干凈并保持干燥。使用抹刀將封縫膠均勻抹在裂縫上，邊抹邊壓，刮平整以防止產生小孔和氣泡。用沖擊鉆沿裂縫兩側進行鉆孔，孔徑20 mm，孔深度約10 cm，鉆孔必須穿過裂縫，孔與裂縫間距約3 cm～5 cm。鉆孔間距約為40 cm。灌漿前先對灌漿機具、灌漿材料等進行檢查，準備工作就緒后開始灌漿。灌漿時，注漿壓力保持在0.2 MPa～0.4 MPa，每個灌漿應持續壓注5 min左右，待相鄰注漿孔冒漿后，停止注漿。灌漿結束后，對外觀進行打磨處理。在修補前，對環氧樹脂砂漿制取一組70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的試件，檢查結果為38.2 MPa(大于設計35 MPa)，滿足要求。在襯砌裂縫修補處取芯進行抗壓試驗，抗壓結果為37.5 MPa(大于設計35 MPa),滿足要求。

6 結語

由于混凝土是一種脆性材料，其抗拉強度低，盡管在施工中采取各種措施，但裂縫仍普遍存在，裂縫會導致隧道的抗滲能力降低，結構存在隱患，影響隧道的使用壽命。總之，隧道襯砌的裂縫與隧道施工的每一個環節都有密切的關系，在隧道施工中要了解裂縫發生的原因，加強對混凝土施工前的各種防范措施來預防裂縫的出現，出現裂縫后要及時進行有效的補救措施降低裂縫帶來的危害。同時隧道施工人員要提高防范和規避混凝土裂縫的意識，認真負責，嚴把質量關，方能保證隧道襯砌施工質量。

[1] 杜永昌,黃直久.高速與客運專線鐵路施工工藝手冊[M].北京:科技技術文獻出版社,2006.

[2] 中鐵三局集團有限公司.鐵路混凝土工程施工技術指南[M].北京：中國鐵道出版社,2011.

[3] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社,1997.

Causes analysis and construction control of second lining concrete cracks of railway tunnel

Sun Guodong

(ChinaRailway3rdBureauGroup5thEngineeringCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

The paper briefly illustrates tunnel second lining concrete cracking features,analyzes tunnel second lining concrete cracking causes form aspects of temperature cracks,subsidence cracks and shrinkage cracks,and puts forward cracks preventing measures and treatment methods,so as to guarantee tunnel lining construction quality and to ensure normal railway operation as well.

tunnel,cracks,concrete

2015-10-15

孫國棟(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)36-0182-02

U457 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A