隧道工程襯砌混凝土裂縫的原因與預防

張鵬 劉洋

摘 ?要：在隧道工程施工過程中出現的二次襯砌水泥混凝土裂縫是具有一定普遍性的品質缺陷。文章對在隧道工程施工過程中出現的二次襯砌水泥混凝土裂縫的主要原因，指出二次襯砌水泥混凝土裂縫的防止和整治方法，對提升二次襯砌水泥混凝土襯砌現場作業水平有積極的借鑒參考價值。

關鍵詞：隧道工程作業;水泥混凝土開裂;原因研究;預防

中圖分類號：U455 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）19-0127-02

Abstract： The secondary lining cement concrete crack in the process of tunnel construction is a universal quality defect. According to the main causes of cement concrete cracks in secondary lining during tunnel construction， this paper points out the prevention and treatment methods of secondary lining cement concrete cracks， which has positive reference value to improve the on-site operation level of secondary lining cement concrete lining.

Keywords： tunnel engineering operation; cement concrete cracking; cause study; prevention

引言

伴隨著我國國民經濟高速穩定的發展，新修公鐵路橋梁隨之大幅度增加，隧道工程在道橋施工項目中所占的比例逐漸提升。隧道工程中二次襯砌作業常規來講使用一體式鋼質模板過跨平車、泵送水泥混凝土作業解決方案，但水泥混凝土在自然發生化學反應的過程中出現的縫隙不但影響了外觀的觀賞度，還為工程質量埋下了巨大的安全隱患。現場作業過程中需要采用適當的工程技術操作解決方案，用來把控和降低水泥混凝土中縫隙的數量與程度。文章研究了水泥混凝土縫隙出現的原因，指出了規避縫隙出現的相關解決方案措施，并且介紹了若干種比較常規的縫隙整治處理方案。

1 隧道工程水泥混凝土縫隙的種類

隧道工程襯砌水泥混凝土縫隙種類一般分為如下幾種：干燥收縮縫隙、溫度變化縫隙、外界應力作用導致的變形縫隙、作業預留伸縮縫隙沒能正確處置引起的接續縫隙等等。

1.1 隧道工程水泥混凝土干燥收縮縫隙

水泥混凝土在固化進程中，內部水分漸漸被蒸發，導致水泥混凝土中的凝固膠體體積收縮，發生變形，因為其外形受到圍巖和模具板的阻礙，隨之產生內部的變形應力，應力作用數值一旦超過了水泥混凝土的抗拉力限度，就會產生干燥收縮縫隙。干燥收縮縫隙多發生在工程表面，分布呈現不規則狀態。

1.2 隧道工程水泥混凝土溫度變化產生的縫隙

水泥混凝土水化反應過程中將會放出大量的熱能，在水泥混凝土結構內部與表層之間會因為溫度梯度進而產生載荷，當溫度發生變化所產生的載荷大于水泥混凝土內部和外部的限制應力的同時，便會發生溫度變化縫隙。縫隙的寬度一般來說在冬季比較大，在夏季比較小。

1.3 隧道工程水泥混凝土作業縫隙（接茬縫隙）

在現場作業進程中因為停電、設備發生故障等因素使得水泥混凝土灌注間斷時間大于水泥混凝土的初始凝固時間，后續在灌注水泥混凝土的時候，原先的水泥混凝土基層外表面沒能實行鑿毛作業，或鑿毛作業以后沒能用水沖刷潔凈，同時也沒有鋪設水泥混凝土砂漿基層，就在原有水泥混凝土表層灌注水泥混凝土，導致新、老水泥混凝土接縫之間產生縫隙。

2 隧道工程水泥混凝土縫隙產生的成因研究

水泥混凝土縫隙產生的原因相當復雜，一般是由許多種有害因素結合施加混合之后的結果。根據相關資料顯示，由于作業不合規導致的水泥混凝土縫隙大約占80%左右，隧道工程建筑原材料品質差或者各原材料混合配例不合適導致的縫隙大約占15%左右，因為理論設計疏漏導致的縫隙大約占5%左右。

2.1 隧道工程理論設計不嚴謹，施工、監理相關企業工作態度不認真不敬業

因為許多方面的因素，相關勘測理論設計企業不能深層次地展開施工現場地質勘探作業，隧道工程圍巖種類評估和支撐保護構造理論設計缺少科學合理的根據，存在一定的盲目性。某些施工建設企業受限于本身管控與專業解決方案技術能力的制約，隨意更改原理論施工方案。一小部分隧道工程是由甲方的內部相關工作人員構成監理組織架構，導致監理程序喪失了獨立性和客觀性。近些年來伴隨著建筑工程行業越來越規范，上述這些問題將會逐漸得以妥善解決。

2.2 隧道工程施工工藝流程或者現場作業不合規

（1）隧道工程挖掘成型效果不良，襯砌水泥混凝土壁厚非常不均勻;欠挖或者早期支撐保護滲入襯砌層限界內，導致隧道工程襯砌水泥混凝土壁厚不夠。少數隧道工程襯砌水泥混凝土背后可能存在鏤空現象。（2）沒有展開監控測量作業，僅僅依靠過往相關施工經驗來敲定二次襯砌層的作業時間，導致安全穩定性差，致使二次襯砌層超出理論設計應力可以承載的圍巖層壓力。（3）使用一體式鋼質模板臺車作業時，水泥混凝土灌注時不攪拌或者漏振，水泥混凝土均勻性較差。

3 水泥混凝土縫隙的整治

水泥混凝土屬于多種建筑原材料構成的脆性材料，縫隙的產生是客觀必然的。作為相關施工企業需要強化襯砌層水泥混凝土的作業管控，規避或者降低水泥混凝土縫隙的產生。關于已經產生的縫隙，需要深層次研究其主要原因，區分是有害縫隙還是無害縫隙，并且針對有害縫隙實行適當的處置，阻止縫隙繼續擴大，進而影響襯砌層構造的穩定性。

3.1 水泥混凝土細小縫隙

隧道工程襯砌層水泥混凝土表層經常會產生一些不具備延展性的細小縫隙，此類縫隙通常是穩定的，一般情況下能夠自愈，不能影響主體構造的日常使用與耐久性。從美觀層面考慮，可事先沖洗清潔縫隙表面，隨后涂抹環氧樹脂漿液2～3遍，最后使用刮抹涂料、調色涂料處置水泥混凝土表層，使其外觀顏色和周邊襯砌層水泥混凝土顏色相同。

3.2 水泥混凝土貫穿性縫隙

貫穿性裂縫（見圖1）的危害性很大，需要采用行之有效的處理方法。用清水沖洗雜物，插入壓漿管，利用砂漿錨固，用灰刀抹光。

4 防止或者延緩隧道工程使用水泥混凝土產生縫隙的工藝方法

4.1 提升隧道工程施工作業精度

提升隧道工程早期地質勘探準備工作質量，為施工工藝提供詳細的隧道工程地質勘探、水文地形勘探等相關技術資料，大幅提升隧道工程施工的質量。

4.2 嚴格把控優質原材料進場這一關，嚴格管控隧道工程原材料的品質與相關技術法規標準

（1）隧道工程使用水泥混凝土

隧道工程作業現場應該盡可能的應用普通硅酸鹽水泥混凝土，但是應該盡可能降低單位水泥混凝土的使用數量。各種各樣不同品牌、不同型號規格、不同生產批次的水泥混凝土絕對不允許在一起混合使用。

（2）隧道工程使用碎石原材料

依據泵送管路內壁的直徑，應該盡量使用直徑比較大的粒徑碎石。嚴格管控含泥量小于等于1%，針型和片狀物含量小于等于15%的粒徑。

以5～31.5mm為最佳參數范圍，最大值不應該超過40mm。

（3）隧道工程砂石原材料

使用級別優良的中等品質的砂石，細度模數應該在3.0～2.3范圍內，顆粒直徑<0.315mm的顆粒含量所占比例最佳是占15～20%。

（4）隧道工程使用水質

最佳方式是使用城鎮居民日常生活的飲用水。當使用其他類型的水源時，應該按照國家現在正在執行的《水泥混凝土攪拌混合用水標準》（JGJ63）里面的相關規定標準進行檢測，pH數值應該>4。水和石灰比例數值越大，隧道工程施工所用水泥混凝土的干燥性收縮率就越大。

4.3 嚴格控制水泥混凝土作業方案

（1）提升打孔工藝手段，提升鉆孔系數指標，提升光潔表面爆燃效果，強化隧道工程挖掘剖面檢驗，嚴格管控超級欠挖工藝水平，為隧道工程襯砌作業創造優質的現場工作條件。（2）隧道工程水泥混凝土二次襯砌作業周期，應當在圍巖層與初始階段支撐防護形變基本趨于穩固時實行。當圍巖層形變非常明顯、流變特征變化顯著，需要提前實行二次襯砌的時候，一定要對初始階段支撐防護或者襯砌結構采取強化手段。（3）水泥混凝土的攪拌與混合。a.作業原材料嚴格按一定比例進行計量，定期監測校正計量設備。提升砂石原材料含水比例的檢驗標準，及時優化水泥混凝土攪拌混合的用水量。b.管控水泥混凝土入模時的溫度。在暑期作業時，當溫度>+32℃時，砂石原材料、攪拌設備應該搭建遮陽棚，使用涼水清洗碎石原材料使其溫度降低。盡可能安排在晚間灌注水泥混凝土。（4）水泥混凝土的澆筑施工工藝。a.水泥混凝土在輸送與泵送進程中嚴格禁止注水。b.逐漸減緩水泥混凝土的澆筑頻率，兩端的邊緣墻體進行對稱分層澆筑，到墻、拱交界處停止1小時至1.5小時，等到邊緣墻體水泥混凝土在下沉穩固以后，再進行澆筑拱形區域的水泥混凝土。

5 結束語

施工現場作業監察測量與數據化作業管控，施工現場監察測量是監測作業中圍巖可靠性，校核理論設計和現場作業是否采用科學適當的關鍵及主要解決方案，做好監察測量并實時將測量捕捉到的數據反應到理論設計與現場施工中去，這樣可以及時掌握圍巖與支撐保護在現場作業過程中的應力動態和平穩固定程度，以此確保現場作業的施工安全性。

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