淺談水工隧洞施工裂縫預防及加固措施

王偉

摘 ? 要：水工隧洞大多數用的是鋼筋混凝土結構，混凝土的結構裂縫對于結構整體的安全運行以及承載力有著很重要的影響。混凝土裂縫是水工隧洞支護施工中比較常見的問題，也是隧洞混凝土工程亟待解決的一大技術難題。本文先分析了水工隧洞施工裂縫成因，在此基礎上，重點研究了預防及加固措施，旨在為進一步提高水工隧洞支護施工質量建言。

關鍵詞：水工隧洞 ?裂縫 ?預防措施 ?加固措施

中圖分類號：TV523 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0023-02

裂縫一直是水工隧洞混凝土結構存在質量問題的主要原因，水工隧洞裂縫的產生原因有很多，如果處理不及時或裂縫得不到有效控制，不僅會降低水工隧洞結構的承載力、穩定性和耐久性，還會導致內部受力鋼筋銹蝕，損害結構構件，給水工結構造成嚴重的安全隱患。鑒于此，必須要積極預防和及時處理裂縫，提高水工隧洞結構的使用壽命和安全性能，實現工程降本增效的目的。

1 ?水工隧洞施工裂縫成因分析

1.1 水工隧洞施工裂縫的類型

水工隧洞支護施工中，經常會出現兩種裂縫：細小表層裂縫和貫穿性有危害裂縫。細小表層裂縫通常分布在混凝土表層，其特點是非常細小，寬度都<0.5mm，長度≤1mm，沒有規律可循，數量也比較多。細小表層裂縫呈輕微張開或閉合狀態。從危害上來說，這種裂縫不會影響到支護混凝土，但若控制無效，長期存在，也會導致水工隧洞內部鋼筋發生銹蝕，危害整體結構的安全，甚至引發安全事故。貫穿性有危害裂縫是貫穿整個水工隧洞整體結構的一種裂縫，其對水工隧洞的安全具有直接的影響，是水工隧洞不穩定的表現。這種裂縫經常單一出現，長度較長，呈現出顯著的向外張開狀態，寬度一般在5mm之上，有的甚至可到20mm以上。水工隧洞支護混凝土大面積滲漏，一般都是貫穿性有危害裂縫導致的。

1.2 水工隧洞施工裂縫的成因

多種原因都會導致水工隧洞施工裂縫，其中，最主要的有如下三點：第一，溫差過大。大幅降溫會引起襯砌混凝土收縮裂縫，尤其是中小型水工隧洞通風降溫條件不佳，施工作業地層深度較深，而水泥水化熱的溫升又是比較快、比較大的，特別是在南方地區，水工隧洞中常年都會存在溫度過高的情況。這樣，洞內水分就會因溫度過高而蒸發冷凝淅過快，如果混凝土養護不當，就會使大體積混凝土的散熱與施工現場環境散熱條件不符，進而產生裂縫。因溫度而產生的收縮裂縫具有形成不規律的特點，對溫度變化敏感性強，對工程性能的影響也具有較大的變數。第二，因外部圍巖或鋼筋應力效應導致的裂縫。如果水工隧洞施工周期短，開挖成洞質量就可能就不會很高，如混凝土養護不到位、不采取錨噴支護等，進而使得成洞后襯砌混凝土也出現低質量，在外部重壓下就會產生裂縫問題。這種裂縫會影響襯砌混凝土發育質量與發育規模，破壞水工隧洞的整體安全。第三，地質水文條件變化導致的裂縫。地質水文都是一直處于運動狀態的，盡管水工隧洞是按照設計圖紙進行施工的，但因地質水文條件變化不定，就會導致具體施工技術等可能會與設計圖紙存在一定的差別，從而導致裂縫出現，這種裂縫的形成一般都是直觀易見的，也比較容易控制和處置。

2 ?水工隧洞施工裂縫預防及加固措施

2.1 預防措施

（1）對施工過程進行動態管控。由于開挖水工隧洞會破壞隧洞圍巖，甚至會導致塌方事故，因此，必須要采取邊開挖、邊支護加固的方法，以減少開挖對巖體產生的震動和破壞，避免擾動成型隧洞的混凝土。在水工隧洞施工中，要保證良好的通風與排水條件，灌漿與噴錨施工工藝要科學、嚴謹，同時還要加固支護與穩定支護，有效消除圍巖二次及三次應力重新分布作用，降低其對襯砌混凝土的破壞性影響，減少混凝土錨噴厚度不均、封閉結合不完全等問題。要均勻振搗澆筑混凝土，確保振搗密實，施工縫結合可靠。施工完成后，要對混凝土的澆筑厚度進行詳細檢查，并確定支護混凝土加固的基本鋼筋配置。檢查有無存在細小表層裂縫，如果有，應立即進行處理，保證水工隧洞襯砌混凝土施工的高質量。混凝土外加劑種類和用量要控制科學，應在自檢合格的基礎上，對外加劑與水泥進行相容性試驗。混凝土完成澆筑后，要進行科學的養護，并保證養護時間足夠。邊墻和拱頂可采用噴涂養護劑進行養護，仰拱應采用流水養護方式。

（2）嚴格控制原材料質量。在采購原材料時，應盡量采用低熱量的水泥品種。在運輸和存儲過程中，要加強管理，避免水泥受潮或摻雜其他混合物。不定期檢查現場堆放的粗集料，及時做好記錄和補給情況。在混凝土入模前，應采用水冷卻、空氣氣化冷卻、風冷卻等方法，對溫度進行嚴格控制。還可在混凝土中適當加入粉煤灰，以提高混凝土的密實度和和易性。膨化劑的合理摻入，可提高混凝土的抗滲性和抗裂性，增強其強度。如果施工中出現滲水情況，應立即進行處理，避免對襯砌結構及所使用的原材料產生腐蝕性等負性作用。此外，還要優化混凝土配合比，避免混凝土出現干縮或水化熱現象，這樣可以有效減少裂縫的發生。

（3）強調隧洞開挖清基。在水工隧洞施工過程中，經常存在欠挖或超挖現象，這都會導致裂縫產生。同時，清基不徹底也是不可忽視的裂縫成因之一。澆筑混凝土前，底板存在的沉積料和浮渣等，都要及時清理干凈。如果清理不干凈，就會出現混凝土夾層，限制巖石的彈性抗力，降低襯砌的荷載力，最終誘發裂縫出現。因此，施工單位要對隧洞清基質量進行嚴格控制，杜絕欠挖、超挖問題。強調技術交底的重要性，加強爆破水平及技術的培訓，提高爆破效果。清洗巖石倉面時，應在兩側5m外設置圍擋，避免雜物和外水流入倉內，并及時將倉面積水排干凈。開挖后，要以每倉檢查3個斷面，合格后，才能進行鋼筋綁扎。不合格的，可采用風鎬鑿除方式進行二次處理。

（4）強化振搗管理。施工單位在下料時，應指派經驗豐富的管理人員旁站監管，同時，要采用先進的技術，施工人員嚴格按照施工流程進行施工，以最大程度地提高混凝土的密實性。

（5）利用高新技術預防裂縫發生。微生物技術或納米技術都是先進的技術，將其應用在水工隧洞施工中，可改善混凝土的性能，有效減少裂縫的發生。例如，有的細菌能促進砂礫與有機物反應，通過反映析出碳酸鈣晶體，可提升骨料間的凝結能力，使裂縫發生率大幅降低。納米技術能降低混凝土材料中的含水量，提高混凝土材料的耐久性和骨料間的密實度，強化混凝土材料的抗滲能力。

2.2 加固措施

（1）粘鋼加固混凝土。這種方法就是把鋼板貼在混凝土基材表面，以達到共同承受外部荷載，加固混凝土的目的。其施工方便、加固及時、成本低、效果顯著，應用比較廣泛，不足之處是粘鋼對粘結材料要求很高，還要對鋼板進行防腐處理

（2）碳纖維加固。就是將碳纖維布粘貼到混凝土表面來增強混凝土構件的受力能力。樹脂膠必須要保證質量，這樣才能將碳纖維布和混凝土完美地聯結在一起，充分發揮碳纖維布的強大抗拉性能。

（3）CFRP補強。這是一種碳纖維增強復合材料，在找平層和樹脂層涂刷一層柔性聚脲彈性涂層，能增強碳纖維布與混凝土的粘結性能，提高混凝土結構的承載能力和抗震性能，防止有害離子的入侵，提高加固混凝土的耐久性。

3 ?結語

綜上所述，在水工隧洞襯砌混凝土施工中，裂縫問題是一個常見問題，也是技術難題。在具體實踐中，應結合水工隧洞的實際情況，對裂縫成因進行深入、全面的分析，有針對性地采取預防和加固措施，這樣才能減少裂縫的發生，提高水工隧洞工程質量與效益。

參考文獻

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