水工隧洞永久縫間距對襯砌裂縫影響研究

景孟旗

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

水工隧洞永久縫間距對襯砌裂縫影響研究

景孟旗

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

水工隧洞是常見的水工建筑物之一，隧洞襯砌裂縫嚴重影響著隧洞的安全使用，因此，避免隧洞襯砌出現裂縫在工程中顯得尤為重要。文章結合工程實際，分析了隧洞襯砌裂縫產生原因，探討了襯砌永久縫間距對隧洞襯砌裂縫的影響。

水工隧洞；襯砌裂縫；裂縫間距；永久縫

0 引 言

隨著社會經濟飛速發展，面對生產生活用水急劇增加，水資源時空分布不均，地下水資源過度開采等問題，引水、調水作為一種合理配置水資源的工程手段，正在被廣泛應用。水工隧洞作為主要的引水建筑物，其安全穩定運行，是保證水利工程正常使用的重要環節。目前針對隧洞外部荷載、混凝土澆筑過程中溫度控制等因素的研究較多，但隧洞施工過程中還是難免有裂縫產生，文章結合經驗公式與工程實踐，提供一種通過合理控制永久縫的距離，避免襯砌產生裂縫的“以縫制縫”的方法。

1 隧洞襯砌裂縫產生原因及防范措施

隧洞襯砌產生裂縫的原因主要有：前后段圍巖類別不同、混凝土內外溫度不同、襯砌斷面尺寸變化、施工質量不高及后期養護不到位。為避免襯砌裂縫的產生，工程上針對上述不同原因，分別采取措施，在裂縫控制方面取得一定成效。在地質條件變化、變形復雜(如洞室交叉)、約束條件變化較大等部位設置永久縫，可以避免因溫度、混凝土收縮、沉陷、外荷載及約束條件等的較大差異而引起上述部位產生聯結斷面脫開、較大變形、應力集中等危害[1]。

2 規范中對襯砌分縫的要求

《水工隧洞設計規范》(SL279-2016)9.7條規定：在地質條件明顯變化出和井、洞交匯處、進出口處或其他可能產生較大相對變位處，混凝土和鋼筋混凝土襯砌應設置永久縫，并采取相應防滲措施。圍巖地質條件比較均一的洞段，可只設置施工縫。

規范中明確了部分情況下伸縮縫位置設置要求，但實際施工過程中，經常會遇到較長距離洞段圍巖條件較單一的情況，這種情況下若長距離不設永久縫，襯砌極易產生裂縫，但是永久縫設置過多，又會增加止水成本和施工難度，因此，科學合理的設置永久縫的距離，在最經濟的情況下解決襯砌裂縫問題便是當務之急。

3 永久縫間距經驗公式

隧洞永久縫間距對后期襯砌裂縫的影響我國工程前輩在實踐中進行過對比總結，其中簡單易用的有云峰工程局提出的經驗公式。今年來，隨著施工工藝的改進，材料品質的提高，分縫間距有加長的趨勢，但是這些經驗公式依舊可以對永久縫間距與襯砌裂縫的關系做出定性的評價，文章對云峰經驗公式稍作調整，調整后的經驗公式如下：

(1)

(2)

式中：L為環向分縫間距，m；L1.2為多裂縫與少裂縫的臨界環向分縫間距，m；δ為襯砌混凝土厚度，cm；R為混凝土軸心抗拉強度標準值，N/mm2，C25混凝土軸心抗拉強度為1.78N/mm2。

4 工程實例

下文將結合工程實例，說明該公式在工程中的指導意義。

國內某隧洞內部直徑2.5m，全長770m，采用C25鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ類圍巖襯砌混凝土厚40cm，Ⅳ類圍巖襯砌混凝土厚50cm，Ⅴ類圍巖襯砌混凝土厚60cm。按照云峰經驗公式，算得的本隧洞不同襯砌型式永久縫臨界間距見表1。

表1 永久縫臨界間距

從計算結果看，Ⅲ類圍巖段永久縫間距>59m時，襯砌裂縫會較多；Ⅳ類圍巖段永久縫間距>74m時，襯砌裂縫會較多；Ⅴ類圍巖段永久縫間距>89m時，襯砌裂縫會較多。

本隧洞從小樁號向大樁號澆筑，澆筑初期，圍巖地質條件均一的洞段每隔12m設置了施工縫，未設置永久縫。隧洞樁號0+020-0+140段全部為Ⅳ類圍巖，在澆筑到0+108樁號時，在0+76.5樁號處發現一條貫穿性裂縫，隨后設計人員緊急調查現場情況后，認為長距離未設永久縫是產生襯砌裂縫的原因之一，于是從樁號0+140開始，對后續襯砌永久縫距離進行調整，調整后永久縫距離從10m到70m不等，調整后的具體分縫情況見圖1-圖3。

圖1 隧洞襯砌永久分縫示意圖(一)

圖2 隧洞襯砌永久分縫示意圖(二)

圖3 隧洞襯砌永久分縫示意圖(三)

重新設置分縫后，Ⅲ類圍巖段永久縫間距最大29m，Ⅳ類圍巖段永久縫間距最大70m，Ⅴ類圍巖段永久縫間距最大10m。后續洞段襯砌均為出現裂縫。

本隧洞所在工程為國內一在建大型水利工程，工程中隧洞總長上百km，在前期施工中襯砌發生裂縫后，設計人員進行多方面的分析研究，并及時吸取經驗教訓，對后續隧洞襯砌施工中永久縫的間距參照上述經驗公式計算結果進行調整，到目前為止，襯砌完成的數km隧洞中，未再出現裂縫。

5 結 論

對于中小斷面隧洞這種襯砌厚度不是很大的水工建筑物，永久縫間距是影響隧洞襯砌裂縫的一個重要因素，在隧洞襯砌施工過程中，按照《水工混凝土施工規范》要求做好常規的混凝土澆筑養護工作后，參照文章經驗公式控制好永久縫的間距，可有效避免隧洞襯砌混凝土裂縫的產生。

[1]張文倬.水工隧洞襯砌混凝土分縫問題芻議[J].四川水利，2004(04)：15-19.

1007-7596(2017)06-0052-02

2017-05-24

景孟旗(1987-)，男，山西運城人，碩士研究生，助理工程師，從事水工結構設計工作。

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