水工隧洞襯砌混凝土裂縫成因分析及控制措施

摘要：水工隧洞是如今水利地質工程中不可缺失的重要內容，無論是對于民生、生態，還是對于經濟發展、人員安全防護都有極其重要的意義。本文主要對隧洞中混凝土裂縫產生的原因進行著重分析，首先介紹了水工隧洞相關概念以及裂縫主要類型，其次，針對目前的裂縫類型進行成因分析，再次，對于裂縫處理，進行有步驟的闡釋，最后提出可行的控制措施。

關鍵詞：水工隧洞；襯砌；混凝土裂縫；控制措施

引言：

對于水工隧道所產生的裂縫進行處理，我們一般有以下幾個目的，其一為了結構防滲以及彌補漏洞，從而使之在使用過程中不會因為滲漏問題，從而引起周圍的地質環境發生改變，從而造成結構變形。其二，對于當前的隧洞結構進行進一步的補充加強及結構加固。防止一次性過水量較大造成壓力增大從而引起隧洞結構變化，并減少后期養護工作量及增加隧洞的使用年限。

1、概述

（一）概念

由直接在地表表面上的山體或地表之下開鑿的水洞被統稱為水工隧洞。其由于本身功能的不同，被分為兩大類，四個方面。兩大類分別指引水及泄水，而四個方面分別為民用隧洞，水利隧洞，尾水隧洞以及排沙隧洞。

（二）類型

根據目前隧洞在施工過程中的實際情況，我們可以將其裂縫主要根據其成因分為以下幾種。其一，由溫度變化導致裂縫出現。之所以出現溫度改變，是由施工環境溫度變化及混凝土原因有關。由于其溫度改變，對其施工材料造成梯度應力，而引發結構改變，被稱為溫度裂縫[1]。其二，由于干縮所導致的裂縫出現，這主要是因為原材料中所含的水分過度蒸發從而導致巖石和周圍模板發生結構改變，被稱為干縮裂縫。其三，由于受到外部風力以及其他因素多重作用，由此導致其混凝土在沒有徹底凝固之前出現體積收縮情況，容易出現龜裂現象，被稱為收縮裂縫[2]。其四，原材料是導致裂縫出現的一大原因，由于原材料配比問題導致其中的堿性離子過多并與其他拌合物產生化學反應從而使混凝土結構本身出現膨脹以及開裂問題。其五，在一定情況下，由荷載變化及基礎受損產生變形裂縫，在較為強烈的外力作用下，容易使整個結構產生不穩定變化[3]。其六，由于設計人員及施工人員本身失誤所導致的施工裂縫，也是導致裂縫出現的主要原因之一。

2、裂縫成因

（一）設計問題

由于設計問題導致裂縫發生概率增大，也是我們現如今仍舊需要正視的問題。通過對于當前國內隧洞施工程序及結果進行分析，我國在進行此類工程建設過程中仍然帶有一定的盲目性，缺乏專業性[4]。以設計之前的勘察工作而言，隨意性較大，缺乏一定的科學性并在管理質量上并無法達到既定目標。

（二）施工問題

施工問題是現如今隧洞結構中施工縫產生的主要原因之一，也是進一步引起其他類型裂縫出現的主要成因。目前我國的隧洞施工存在以下幾點問題。其一，在隧洞開挖過程中，成型效果較差。進一步引起厚度問題以及脫空現象。其二，在施工之前沒有按照規定進行測量工作，在大多數情況下，為了節省施工時間主要依靠施工經驗作為操作依據，因此其專業性具有較大的不確定性。其三，在施工的過程中，由于用量失誤以及自身專業性因素導致隨意摻加原料及水問題較為嚴重。因此，最終施工質量不能保證，容易造成收縮裂縫現象。其四，振搗過程中不均勻現象出現較為頻繁，一方面是由于施工人員技藝缺乏專業性，一方面也是由于作業人員責任意識不強。其五，養護問題對于最終施工成效有較大的影響作用。一方面是養護環境，另一方面是養護手段。只有當這兩者同時達到標準，才能夠盡可能的保證混凝土施工質量，避免荷載裂縫產生。

（三）材料問題

材料質量，類型以及用量是決定施工質量的重要標準。不同批次，不同類型，質量不一以及用量差異材料在施用過程中，極有可能會導致結構，應力，荷載，塑性等等量化標準產生改變，從而引起裂縫出現。

（四）外部原因

以上三種原因主要極有可能因為地質情況的多變性，施工建設的不確定性以及其他客觀因素導致結構裂縫的發生。而除此之外，還有以下兩種原因，其一是溫度改變造成，其二是應力效應造成。溫度不論對于哪類建筑都是重要的影響因素。最大程度上影響被動使用性能，并隨地區差異，氣候條件等等原因表現程度不一。而應力不論是在施工過程中，還是使用過程中都是重要的影響要素。在此過程中周圍巖體，以及施工結構本身共同產生應力，影響著整個施工質量。

3、處理步驟

（一）方式選擇

灌漿方式一般分為水泥灌漿及化學灌漿兩種，由此選擇不同的漿材，漿材需要保證可灌性與一定的耐久性。而由于水工隧洞一般的裂縫較小，外部壓強較大，水泥漿材及其方式難以處理，因此，我們選擇漿材主要圍繞EAA，CW，LPL這三種化學材料，以達到補強以及防滲漏的效果。選擇之后，通過打孔，埋管以及注漿完成，而漿材是保證質量的直接途徑。

（二）打孔

在注漿之前，我們需要進行打孔以及埋管來保障灌漿的效率及質量。首先我們需要進行實際考察辨明裂縫類型及產生成因，針對其制定具體方案。其次，我們需要采用利用工具如水槍，對于裂縫的周邊以及縫面進行仔細清潔，從而保證灌漿效果。最后我們進行打孔及埋管，緩解由于水工隧洞一般所產生的裂縫寬度較小，承受的水壓較大所引起的問題，確保最終的注漿質量。我們需要按照指定打孔及埋管規范進行斜孔鉆打及上下埋管。傾角一般為50度，深度在30厘米左右為淺孔，傾角為70度，深度在45厘米左右為深孔，范圍不超過裂縫中心15厘米半徑，兩孔交叉進行，在裂縫中心兩側。而在埋管過程中，一是注漿管，二是回漿管，注漿管位于裂縫下層，管徑達到八厘米，深度在五厘米左右；回漿管位于裂縫上層，同樣管徑達到八厘米深度在十厘米。除此之外，必須做好所注漿裂縫的密閉性防護措施，如，可以用堵漏化劑。最后做好通風檢查，并進行漿液的配置，其中需要注意的是時刻保持溫度在25℃左右。

（三）注漿

在注漿過程中采用注漿嘴進行處理能夠最大限度保證注漿效率及質量。需要經過檢查注漿嘴性能，清洗，布置，注漿以及最后封縫幾個步驟。其中需要注意的是在布置注漿嘴時，需要按照縫寬情況采用不同方案。在封縫的過程中，同樣需要根據注漿效果采用堵漏化劑進行縫口的封堵防護，并使其盡快固化減少外界壓力，風力，溫度等因素影響。

4、控制措施

（一）改良升級材料

通過上文分析，我們得知，材料是保證施工質量的重要基礎，因此，我們加強裂縫控制首先需要通過改良及升級材料加強其在具體適用過程中的抗性。而材料影響施工質量主要源于以下幾個指標。其一是材料的極限拉伸作用力，其二是最終施工混凝土強度，其三則是在施工過程中的質量平均情況。通過改善以上三個指標，從而使其原材料在選用，配比，施工過程中更加符合施工環境，符合施工設計，符合施工工藝。其中水泥材料應當注意吸水率，干縮率問題，從而選擇適合當前地質環境，氣候環境等等因素的質量較高等水泥種類。在實現配比時，為了進一步降低其化學作用，增加其實用性能，我們還需要通過摻加一定的化學合劑，如，引氣劑，減水劑以及緩凝劑等。在拌合的過程中，應當注意溫度，用量，水量等對最終混凝土材料質量的影響，是可以通過加強拌合的自動化水平，智能化水平來控制拌合質量，以提高拌合的精準度。在運輸的過程中，應做好材料保護工作，盡量減少外部環境對其質量的影響。

（二）合理設計澆筑

合理的設計和規范的澆筑為確保施工質量的重要要素。而通過現如今國內對相關設計理論及實踐成果的考察分析。我們進一步發現，在澆筑結構溫度控制過程中澆筑的一次性尺寸及范圍對齊有明顯的影響作用。因此，我們需要通過合理的分塊來克服施工環境對于裂縫產生概率的影響。我們可以通過以下幾點進行。其一，應當不斷加強施工的機械化水平，盡量以智能化操作精準控制澆筑質量性能的平均差距。其二，必須繼續加強施工管理水平，確保人員在施工過程中的工藝規范性從而保證最終施工質量。其三，應當不斷促進實驗室實驗及理論研究的發展，從而為施工分塊設計提供良好參考及科學依據。其四，不斷提高對于施工設計的標準，以高標準，高要求促使施工質量穩步提升。

（三）加強養護管理

而通過以上分析，我們也發現溫度，濕度，荷載等等是決定水工隧洞性能的重要因素。我們需要通過加強養護管理，從而提高混凝土的耐久作用。在養護時，我們應當按照規定工作步驟實施養護。如，確保養護時間，一般養護時間應當在28d以上，盡可能的減少環境對其影響作用。

【結束語】

本文主要針對水工隧洞中所產生的裂縫進行類型介紹、成因分析，并在分析的基礎上給出合理處理裂縫的步驟、注意事項，最終根據相關經驗結合全文分析提出適用的控制措施。當下，水工隧洞由于使用范圍較廣，對其實際使用質量有嚴格要求，與之相對的是施工環境較為惡劣，因此，在一定程度上加大了施工難度。我們應當積極探究更加先進的施工手段以促進質量及效率雙提升。

參考文獻：

[1]劉旸.水工隧洞襯砌混凝土裂縫的防治及處理[J].科技創新與應用，2014（11）：147-147.

[2]孫笑.基于斷裂力學的水工隧洞襯砌混凝土裂縫擴展機理研究[J].科學咨詢：科技·管理，2017（11）：30-31.

[3]柯柳英.水工隧洞混凝土結構溫控防裂措施研究[J].青年科學月刊，2014（8）：88-88.

[4]徐茂華，李亮.錦屏二級水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫的處理[J].四川水力發電，2015，34（a02）：17-20.