隧道二襯混凝土開裂的施工因素分析及措施

呂 瀟

(四川公路橋梁建設集團有限公司公路隧道分公司，四川 成都 610200)

0 前 言

隨著我國基礎設施建設速度的不斷加快，越來越多的隧道被施工[1]。特別是在修建高速公路時，為了讓道路更加順暢，節省行程時間，當道路遇到山體時就需要進行隧道開挖。但是隧道施工過程中，受到多方面因素的影響，導致隧道二襯混凝土經常出現裂縫[2]。不僅對隧道工程的美觀程度造成了不利影響，同時還會對其正常安全運行構成威脅。因此，有必要對隧道二襯混凝土開裂問題進行深入分析和研究，找到導致二襯混凝土裂縫問題的根本原因。在此基礎上，結合具體情況采取針對性的措施，來對裂縫問題進行有效預防，提升隧道工程項目的施工質量[3]。

1 工程概況

灰嘎隧道位于攀枝花至大理高速公路，出口位于攀枝花仁和區太平鄉境內，隧道為分離式長隧道，左線全長2 342 m，最大埋深529 m；右線全長2 358 m，最大埋深524 m。路基段左線長210 m，右線長188 m。隧道設計速度為80km/h，隧道路面直線段單向坡為2%，曲線段超高不大于±4%，最大縱坡小于3%，大于0.3%。隧道防水為二級，二次襯砌抗滲等級不小于S8。公路等級為雙向四車道高速公路。以下結合該隧道工程案例，詳細描述隧道二襯混凝土開裂的類型、原因及控制措施。

2 二襯混凝土縫隙類型

隧道二襯混凝土的種類有很多種，其中溫差裂縫、變形裂縫、施工裂縫是比較常見的二襯混凝土縫隙類型。下面分別對這三種常見的裂縫類型進行簡要介紹。

2.1 溫差裂縫

二襯混凝土施工過程中會用到大量的水泥，水泥在硬化過程中會存在水化效應。在這個過程中會產生很多熱量，這些熱量如果不及時排走，會使混凝土的溫度出現一定程度的升高。根據相關的實踐經驗表明，最嚴重的時候可以使混凝土的溫度升高35 ℃。比如灰嘎隧道工程項目，混凝土澆筑時的溫度為28 ℃，但是在澆筑完成以后，混凝土內部的溫度最高時達到了68 ℃。通常情況下，水泥發生水化作用產生的熱量需要經過1～3天左右才能夠釋放出50%左右，需要經過3～5天的時間才能將熱量徹底排出。具體的散熱時間受到周圍環境因素以及混凝土自身屬性的影響。基于以上分析可以看出，混凝土在凝固過程中會導致內外形成較大的溫度差，從而在混凝土中產生溫度應力，當這種溫度應力超過了混凝土的強度時，就會導致混凝土出現裂縫問題。

2.2 變形裂縫

在正式進行混凝土澆筑前，由于沒有對邊墻以及仰拱基礎進行徹底清理，導致在混凝土澆筑完成后，由于不同位置的雜物不一樣，導致不同區域的沉降也存在一定程度的差異。當堵頭板或者模板臺車沒有進行牢固固定時，或者沒有到達拆模時間就將模板拆除，或者在拆除模板過程中混凝土表面受到了外界較大的沖擊時，都有可能導致混凝土結構發生變形，進而引發變形裂縫。根據已有的實踐經驗表明，隧道二襯混凝土裂縫中載荷變形裂縫所占的比例居高不下。

2.3 施工裂縫

在對二襯混凝土進行施工過程中，如果因為外界因素導致施工過程突然中斷。這種現象在實踐過程中經常遇到，比如因為機械故障或者突然停電等原因，都有可能導致施工過程中斷。如果施工過程中斷時間過長，超過了相關的設計標準時間。那么再次進行澆筑時，就會在交接部位產生施工裂縫。對于這種情況，在第二次進行二襯混凝土澆筑之前，通常需要對原先的混凝土部位進行鑿毛處理，然后再在上面涂抹水泥砂漿，再進行混凝土的澆筑。通過這樣的措施，能夠有效避免施工裂縫的出現。

3 隧道二襯混凝土開裂的原因

3.1 地質因素問題

隧道工程項目的性質決定了施工質量會受到地質因素的影響，并且地質條件對工程項目的影響程度比較嚴重。因為地質條件會對隧道工程的受力狀態產生決定性的影響，隧道開挖會對山體原本平衡的受力狀態產生影響。隧道頂部在自身重力以及外界傳遞到該部位的力的綜合作用下會使混凝土結構產生變形，當這種變形達到一定程度時，就會導致二襯混凝土產生裂縫。

3.2 施工進度問題

一般情況下，為了壓縮整個工程項目的施工周期，加快施工進度，隧道二襯混凝土都是緊跟在掌子面后面進行施工。由于掌子面剛施工完成時間不久，附近區域的受力狀態還沒有達到平衡。在這樣的情況下，如果直接進行二襯混凝土澆筑施工。隧道的圍巖出現沉降時就會導致二襯混凝土承受較大的作用力，進而引發裂紋。

3.3 施工材料問題

混凝土澆筑施工時，各類原材料的質量必然會對澆筑質量產生重要的影響。尤其是水泥的質量，對混凝土澆筑質量有非常重要的影響。通常情況下，水泥中包含的游離氧化鈣含量應該不超過1%，水泥的比表面積應該在300～350 m2/ kg。當前階段整個水泥市場處于供大于求的局面，市場競爭非常激烈，很多水泥生產廠家為了贏得客戶，一味的壓低價格。為了降低水泥生產成本，在水泥中添加了過量的粉煤灰、礦粉等物質。通過添加這些物質能夠在一定程度上降低水泥的生產成本，但是會對其質量產生一定程度的影響。已有的理論和實踐結果都表明，水泥中包含的游離氧化鈣含量太高時，就會導致水泥的體積穩定性出現降低，當這種穩定性降低到一定程度時，就導致混凝土出現裂紋。另外，水泥中包含的堿太多時，也容易導致出現混凝土開裂現象。因為混凝土中過量的堿會與骨料中包含的二氧化硅發生化學反應，整個反應過程會導致混凝土體積膨脹，進而引發裂紋。

3.4 施工爆破影響

隧道在開挖過程中經常會涉及到爆破問題，爆破過程中產生的強烈振動必然會對附近的結構產生不良影響，尤其是會影響隧道圍巖的穩定性。當圍巖還不是非常穩定時，一旦遇到爆破施工，就會導致二襯混凝土承受較大的力。當外部施加在二襯混凝土的力超過混凝土結構的屈服強度時，就會導致混凝土結構出現裂縫。

4 隧道二襯開裂的處理和預防措施

4.1 做好地質勘察工作

在對隧道工程項目進行正式施工前，需要對附近區域的地質情況進行系統全面的勘察，包括工程項目附近的地質結構、水文特征、氣候條件等。這些信息數據是做好隧道工程項目設計施工的重要依據。在設計階段就應該充分考慮地質情況合理設計布局結構，確保支護結構以及二襯混凝土結構都具備有充足的強度，避免出現二襯混凝土裂縫。在工程項目施工階段，如果發現實際的地質條件與前期勘察結果存在差異，就需要第一時間對設計進行變更，使之更加符合實際情況。只有這樣才能夠降低地質因素對隧道工程項目的影響，防止隧道二襯混凝土出現裂縫。

4.2 做好施工進度計劃

隧道在施工過程中，很多情況下為了壓縮施工周期，提升施工速度，都是在掌子面完成施工后馬上進行二襯混凝土的澆筑施工。由于掌子面剛完成施工，附近的圍巖結構還不是特別穩定。圍巖結構從不穩定狀態逐漸趨于穩定狀態過程中會發生微小的變形，變形產生的力都會作用在二襯混凝土中。基于這種情況，在完成掌子面施工后，不應該馬上進行二襯混凝土澆筑，而是應該對附近的圍巖結構變形情況進行監測。經過一段時間的監測發現圍巖結構不再發生變化時，再進行二襯混凝土澆筑工作。通過對施工進度的調整，能夠有效規避圍巖結構變形導致的二襯混凝土裂縫現象。

4.3 加強材料性能管控

水泥在正式投入使用前，對其內部包含的游離氧化鈣含量進行準確檢測，同時也有必要對比表面積進行檢測。所有進入施工場地的水泥都必須進行抽檢，抽檢滿足相關規范標準要求后才能夠正式進入場地投入使用，否則直接退回廠家處理。水泥混凝土在拌制過程中，需要對其各項指標進行檢測，確保滿足實際使用需要。考慮到水泥混凝土中水泥質量的重要性，在對水泥進行采購時應該優先選擇大品牌、大廠家的貨源，因為它們生產的水泥可靠性更高。水泥運輸到施工場地后，需要對其合理的存儲，如果存儲措施不當會使水泥的性能大打折扣。拌制水泥混凝土時，各種細骨料和粗骨料嚴格按照相關技術規范標準進行檢測，必須達到使用標準才能夠投入使用。

水泥混凝土生產過程中通常需要添加一定的減水劑，使用的減水劑必須要有出廠合格證明。進入施工場地投入使用前還需要對每個批次的減水劑材料進行相關實驗，以確保其勻質性。注意減水劑材料的保存，尤其是在夏季，不得將其放置在室外進行暴曬。

4.4 合理設計爆破任務

隧道工程項目施工過程中，爆破工作是不可避免的。但是爆破任務又會在一定程度上影響二襯混凝土的穩定性，使其產生裂紋。為了盡可能降低爆破過程對二襯混凝土穩定性造成的影響，對于可以不進行爆破的地方盡量不進行爆破。對于確實需要進行爆破的地方，需要綜合考慮多方面因素對爆破的位置進行合理設計，此外也要對爆破強度進行控制。通過對爆破任務的合理設計和控制，能夠有效避免爆破因素導致的二襯混凝土裂紋問題。

5 結束語

基于上述分析可以看出，隧道施工過程中二襯混凝土裂縫的類型是多樣的，導致二襯混凝土結構出現縫隙的原因也是多方面的。實際施工過程非常復雜，二襯混凝土出現裂縫必然是多方面原因綜合作用的結果。本文對二襯混凝土裂縫問題進行深入的分析和研究，對于更好的把控二襯混凝土縫隙問題，進而在實踐過程中更好地控制它，具有重要的實踐意義。

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