淺談隧道混凝土襯砌裂縫的成因及處理

王鐘輝 李 笠

山東省路橋集團(tuán)有限公司

淺談隧道混凝土襯砌裂縫的成因及處理

王鐘輝 李 笠

山東省路橋集團(tuán)有限公司

隨著我國經(jīng)濟(jì)實力的不斷增強，國家基礎(chǔ)建設(shè)也在完善，加大力度修建隧道也是我國首要的任務(wù)之一，其在減輕交通壓力的同時，也促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展?，F(xiàn)如今，在隧道工程施工過程中隧道洞身襯砌混凝土的開裂病害還是較多，為避免這種病害，在施工過程中要嚴(yán)格加以控制，并多加分析找出相關(guān)的原因，在此基礎(chǔ)上找到盡量消除裂縫所帶來的影響，從而提高混凝土襯砌施工水平?；诖吮疚姆治隽怂淼阑炷烈r砌裂縫的成因及處理。

隧道；混凝土襯砌裂縫；成因；處理

1 、我國隧道的發(fā)展前景

隧道工程建設(shè)主要包括鐵路隧道、公路隧道、城市地鐵等項目，隧道在很大程度上節(jié)約了土地資源，緩解了城市的壓力，在面臨環(huán)境惡化等問題中發(fā)揮著重要的作用。在工程建設(shè)技術(shù)上，我國也處于領(lǐng)先地位，發(fā)展空間較大，前景十分可觀。隨著現(xiàn)在生活節(jié)奏越來越快，隧道的數(shù)量逐年增加，質(zhì)量逐步提高，這就要求我們在增加數(shù)量的同時，也要保證隧道的質(zhì)量。但是近年來，隧道工程的原材料不斷改進(jìn)，導(dǎo)致隧道混凝土襯砌出現(xiàn)裂縫、坍塌等嚴(yán)重現(xiàn)象，相關(guān)技術(shù)部門對此也是越來越重視，加大資金投資力度進(jìn)行研究，在修補方法上不斷創(chuàng)新，努力做到成本較低、效果最好。隧道的建設(shè)不僅推動了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，帶動了交通運輸?shù)耐瑫r，也緩解了城市隨著人口增多而增大的壓力，給人們出行帶來了極大的便利。

2 、隧道襯砌開裂原因

2.1 混凝土干縮裂縫。混凝土澆筑完成后，隨著表面水分的蒸發(fā)，水泥混凝土?xí)稍镒冃?，進(jìn)而產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力大于混凝土表面的抗拉強度，則會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)干縮裂縫。通常情況下，干縮裂縫寬窄不一，形態(tài)不規(guī)則，而且深度一般在50mm以內(nèi)。

2.2 溫度應(yīng)力裂縫。水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，在混凝土表面和內(nèi)部間形成溫度差值而產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時，就會產(chǎn)生溫度裂縫。裂縫寬度冬季較寬，夏季較窄。溫度裂縫的產(chǎn)生與二次襯砌混凝土的厚度及水泥的品種、用量有關(guān)。該種裂縫一般在隧道口部比較常見，尤其是在冬季施工時，晝夜溫差大，導(dǎo)致洞口部混凝土溫差變化也大，沒有洞內(nèi)溫度那么平穩(wěn)，因而就會產(chǎn)生這種溫度裂縫。

2.3 外力作用。(1)松弛作用。在隧道工程地下水影響下，混凝土密實度下降，導(dǎo)致拱頂出現(xiàn)空洞問題，隨著時間的發(fā)展，圍巖松弛問題會越來越嚴(yán)重，進(jìn)而造成張開型裂縫，最終會造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂。(2)偏壓作用。如果隧道工程位于山腳位置或者地質(zhì)褶皺位置，則會造成圍巖產(chǎn)生偏壓。另外，隨著地下水位的升降，也會出現(xiàn)圍巖產(chǎn)生偏壓力的問題，最終會導(dǎo)致襯砌產(chǎn)生裂縫。(3)膨脹性土質(zhì)產(chǎn)生土壓力。黏土礦物質(zhì)圍巖出現(xiàn)體積膨脹后，就會引發(fā)附加應(yīng)力，即膨脹性土壓力。隨著時間的增長，土壓力也會不斷增長，而且危害十分明顯，甚至?xí)?dǎo)致隧道邊墻與拱肩部水平方向出現(xiàn)裂縫問題。(4)地下水產(chǎn)生作用力。地下水作用力主要包括地下水壓力以及寒冷天氣，地下水對于圍巖的凍脹力。如果在隧道工程設(shè)計過程中，沒有考慮到地下水的影響，則地下水的滲透作用會導(dǎo)致水壓力持續(xù)作用，最終導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)裂縫。

3 、混凝土裂縫的處理措施

3.1 在滿足流動性、粘聚性、保水性的同時，使單位用水量降到170kg/m3以下，嚴(yán)格控制混凝土用水量是減少收縮裂縫的根本措施。

3.2 在混凝土中摻入外加劑、改善混凝土和易性并相對釋放出一部分水，可以減少單方用水量，減少由于多余水分蒸發(fā)而留下的毛細(xì)孔體積，使孔徑變小，結(jié)構(gòu)致密，可減少混凝土的收縮，提高混凝土的密實性，減少裂縫。同時含有緩凝成分，能抑制水泥初期水化作用，使溫度升速緩慢，減少初期水化升溫集中形成溫度梯度。產(chǎn)生溫度變形和溫度應(yīng)力，形成裂縫。

3.3 加強濕養(yǎng)措施?，F(xiàn)代泵送混凝土不同于過去傳統(tǒng)的施工方法，養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是混凝土長生裂縫的一個主要原因。為防止早期開裂必須在混凝土澆筑后今早噴水養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間，對隧道風(fēng)動效應(yīng)采取措施，降低風(fēng)速溫差。

3.4 修補工藝。1)裂縫表面修補法。表面修補法是裂縫修補中最為常見的一種方法，主要是針對隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有受到損害，襯砌表面上出現(xiàn)輕微裂縫等情況進(jìn)行處理。通常的處理方法就是對出現(xiàn)裂縫的地方涂抹防水瀝青膠之類的材料，防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，避免導(dǎo)致更大的安全隱患。2)灌漿封堵法。灌漿封堵法適用于裂縫對結(jié)構(gòu)整體有影響的情況下，利用壓力設(shè)備將事先準(zhǔn)備好的膠體材料注入到混凝土的深層裂縫中，通過膠體產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)和混凝土結(jié)合形成更堅實、承受能力更強的一個整體，這樣就起到了防止裂縫進(jìn)一步延伸的作用，防止裂縫向隧道內(nèi)部擴(kuò)張。3)內(nèi)部結(jié)構(gòu)補強法。如果出現(xiàn)的裂縫嚴(yán)重影響到了混凝土整體結(jié)構(gòu)的性能時，可以使用這種方法進(jìn)行修補，通常包括：圍巖注漿、錨桿加固、鋼筋加固、噴注混凝土等方法，根據(jù)隧道出現(xiàn)的實際問題選擇相應(yīng)的修補措施，從根本上解決混凝土襯砌出現(xiàn)的問題，增加使用期限，提高使用效率。4)拆除重建法。當(dāng)混凝土襯砌裂縫嚴(yán)重的時候，襯砌就會基本喪失了承重能力，影響到交通和行人的安全，并且無法負(fù)荷外界壓力，當(dāng)上述修補方法都沒有效果的時候，就應(yīng)該考慮拆除出現(xiàn)裂縫的襯砌，根據(jù)技術(shù)人員重新計算的數(shù)據(jù)，結(jié)合混凝土的周圍實際承重情況，設(shè)計搭建新的襯砌，以此來提高隧道的承重能力，防止在以后的使用中出現(xiàn)裂縫等問題。修補工藝，是在工程使用過程中對其出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時補救，防止出現(xiàn)的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，避免最后對襯砌進(jìn)行強拆重建。通過及時有效的修補工藝，對隧道混凝土出現(xiàn)的問題進(jìn)行補救，防止進(jìn)一步惡化，延長使用時間。

總之，由于二襯混凝土完整性要求高，外觀更要平順、美觀、無裂縫，而在施工中裂縫的出現(xiàn)通常帶有普遍性，所以在施工過程中要嚴(yán)格加以控制，并多加分析找出相關(guān)的原因，采取有效的措施進(jìn)行優(yōu)化，從而能夠有效的控制裂縫，確保工程的質(zhì)量。

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