溫控及防裂技術在隧洞混凝土襯砌施工中的應用

莊云云+周應夢

摘 要：在隧洞混凝土襯砌施工過程中，由于受到環境和地質條件的影響，隧洞襯砌混凝土常會出現裂縫現象，造成這一現象的主要原因在于施工人員在施工期間未對隧洞襯砌混凝土的溫控問題予以重視。基于此，文章主要闡述了隧洞襯砌混凝土施工中溫度應力變化及其裂縫產生的原因，并對處于不同環境條件下的隧洞混凝土襯砌施工溫控防裂措施進行探究，以為相關從業人員提供有價值的參考。

關鍵詞：溫控防裂；隧洞施工；混凝土襯砌

一、隧洞襯砌混凝土施工期溫度應力分析

對隧洞各部位的溫度應力進行分析發現，其變化一般經歷：壓應力增長、壓應力減小、產生拉應力、拉應力平穩增長、拉應力快速增長并達到最大值、拉應力再減小、而后進入隨氣溫周期性變化的過程。通常在對工程現場進行勘測后會發現，一般在隧洞的1/2處容易產生橫向裂縫，故主要沿隧洞軸線方向的應力分量進行分析。隧洞襯砌混凝土的施工早、中期，中央橫斷面上1/2墻高附近范圍內，墻中部和表層都出現沿洞軸線方向的拉應力；施工后期，中央橫斷面及膠結面、頂拱墻中央和表面等均出現了較大的拉應力，從中央橫斷面向頂端處的變化呈現低處較小、頂部最大的規律。

二、隧洞襯砌混凝土施工期裂縫產生的成因

根據對隧洞襯砌混凝土的溫度及應力分析可以判斷出最容易出現裂縫的危險斷面是襯砌混凝土的中央橫斷面和頂拱腳線表面處。施工前期完成拆模作業后，由于混凝土是熱的不良導體，氣溫驟降會引發襯砌混凝土的表層溫度發生急劇變化，而混凝土內部依然保持著高溫狀態，這種情況下，表層會產生變化較陡的溫度梯度，拉應力也會隨之急速增長。根據工程施工的實際狀況，襯砌混凝土產生裂縫是必然的，其溫度降低是引發這一現象的主要原因，最先發生在中央橫斷面上1/2墻高處，并逐漸擴展至下部和拱腳線[2]。

三、不同季節混凝土襯砌施工的溫控防裂技術

以某水電站隧洞現澆混凝土襯砌為例，對襯砌截面溫度場和襯砌截面溫度應力進行分析計算，具體內容為：

（一）春季施工混凝土襯砌溫控防裂分析

文章以每年三月中下旬澆筑的混凝土襯砌為例，具體工況為：襯砌分段長12m、厚0.6m，混凝土澆筑溫度為10℃，通過對襯砌分段長度中間截面內的溫度應力進行計算，得出巖圍彈性模量與混凝土襯砌截面的溫度應力成正比關系，故只要保證圍巖與襯砌之間完全接觸，圍巖對襯砌產生的連續變形約束力及襯砌截面內溫度應力的影響會逐漸減小。

（二）夏季施工混凝土襯砌溫控防裂分析

選擇在夏季進行隧洞混凝土施工，若僅通過改變襯砌分段長度的手段來控制襯砌混凝土的溫度，其所獲得的控制效果不理想，可見，在春季施工所采用的溫度控制手段在夏季是不適用的。由于夏季溫度較高，其對隧洞混凝土襯砌施工所造成的影響較大，采取單一的措施是無法實現對襯砌混凝土溫度的有效控制的，故在實際施工中多采用綜合措施進行溫度控制，以減少裂縫的出現。具體內容為：1、混凝土澆筑為11℃，澆筑7d后可對其表面實行噴水的方式，以對環境溫度變化進行有效控制；2、混凝土澆筑為11℃，澆筑14d后可對其表面實行噴水的方式，以對環境溫度變化進行有效控制；3、混凝土澆筑為11℃，澆筑7d后采取通風散熱的措施，在14d時采取對其表面噴水的方式，以將周圍環境溫度控制在10℃以下。

（三）秋季施工的混凝土襯砌溫控防裂分析

秋季施工的混凝土襯砌溫度控制和防裂縫分析需從以下幾個方面入手：

1、襯砌分段長度的影響。若標準工況襯砌長度為12m時，分別對襯砌分段長度6m、9m、15m進行計算得出：在其它條件和標準工況相同的情況下，襯砌分段長度的增加，會導致襯砌混凝土截面內溫度應力的增加，可見通過改變襯砌分段長度來實現襯砌混凝土溫度控制目標是不可取的。

2、混凝土澆筑溫度的影響。若混凝土澆筑溫度分為10℃和8℃兩種情況時，通過對其分析可發現：混凝土澆筑溫度為10℃時，混凝土在澆筑的28d，其襯砌表面溫度應力和圍巖側溫度應力分別降低了8.1%、11.1%；混凝土澆筑溫度為8℃時，混凝土在澆筑的28d，其襯砌表面溫度應力和圍巖側溫度應力分別降低了13.4%、18.5%。由此可見，采用降低混凝土澆筑溫度的措施可取得較為明顯的襯砌溫度應力控制效果。

（四）冬季施工的混凝土襯砌溫控防裂分析

由于冬季氣溫較低，需采取相應措施實現對冬季施工襯砌混凝土溫度應力的有效控制。比如提高洞內環境溫度、確定混凝土表面保溫的起止時間等，以對溫度變化進行有效控制，減少或避免溫度裂縫的出現。通常在混凝土澆筑完成后的3～7d內對混凝土進行通風散熱處理，而后期應注重保溫措施的采取，同時合理確定混凝表面保溫的開始和結束時間，以確保冬季施工混凝土襯砌溫度能保持在一個相對穩定的水平。

四、結語

綜上所述，導致隧洞襯砌混凝土出現裂縫的原因是多方面的，而溫度控制是導致隧洞襯砌混凝土施工期間裂縫問題出現的主要原因。因此，在隧洞工程實際施工過程中，工程相關人員應結合襯砌混凝土裂縫出現的原因、特點等，采取針對性溫控防裂措施進行處理，同時在不同季節進行施工需要注意的溫控防裂事項不同，需對這一問題予以重視，從根本上減少溫度裂縫的產生，進而保障隧洞工程的順利施工。

參考文獻：

[1]彭守拙，鐘建文.非均質圍巖壓力隧洞混凝土襯砌的初裂間距[J].工程力學，2013（1）：205-214.

[2]宋威，楊水兵.仰拱滑模在錦屏二級水電站引水隧洞底拱混凝土襯砌施工中的應用[J].水利水電技術，2014，45（5）：60-62.endprint