隧洞襯砌混凝土裂縫成因及施工改進(jìn)措施

武云華，李玉峰

（云南省滇中引水工程建管局玉溪分局，云南玉溪653100）

1 引言

隧洞工程建設(shè)中，襯砌混凝土是非常重要的組成部分，混凝土施工的質(zhì)量會(huì)直接影響隧洞工程整體的質(zhì)量和安全。而結(jié)合實(shí)際情況分析，在隧洞襯砌混凝土施工中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦鞣N因素的影響而出現(xiàn)開裂問題。裂縫的類型包括了溫度裂縫、收縮裂縫、沉陷裂縫以及接茬裂縫等，這些裂縫的存在嚴(yán)重影響了襯砌混凝土的質(zhì)量和性能。對此，施工單位需要做好裂縫成因的分析，采取有效的改進(jìn)和應(yīng)對措施來對裂縫進(jìn)行處理。

2 項(xiàng)目概述

滇中引水工程是國務(wù)院批準(zhǔn)，國家發(fā)改委和水利部確定的172項(xiàng)重大節(jié)水供水工程中的標(biāo)志性工程之首，是云南省可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程，工程的實(shí)施可從根本上解決滇中區(qū)的水資源短缺問題，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。

滇中引水工程由水源工程和輸水工程2部分組成，在金沙江干流石鼓抽水至高程2 035 m，其后自流引水至各受水區(qū)，渠首流量135 m3/s。工程輸水線路總長664 km，其中隧洞線路總長612 km，占比高達(dá)92%。地質(zhì)條件國內(nèi)引調(diào)水工程中最復(fù)雜，跨越多個(gè)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造單元，隧洞施工遭遇復(fù)雜地質(zhì)段，施工工藝復(fù)雜。以玉溪段為例，輸水洞渠起點(diǎn)為昆明新莊，末點(diǎn)為玉溪市與紅河州分界的曲江，途經(jīng)昆明市晉寧區(qū)、玉溪市江川區(qū)及通海縣，線路總長78 km，設(shè)計(jì)引水流量隧洞渠首為40 m3/s，隧洞渠末為20 m3/s。輸水總洞渠采用無壓輸水，干渠建筑物主要有隧洞、渡槽、暗涵、倒虹吸、消能及控制建筑物，建筑物以隧洞為主，其中隧洞8條，長72.8 km，占線路總長的94.43%。隧洞斷面主要采用馬蹄形（小撲隧洞）和城門洞形，馬蹄型斷面尺寸4.6 m×4.6 m，城門洞型斷面尺寸3.0 m×3.9 m。隨著工程的不斷推進(jìn)，目前開始施工支洞二襯混凝土施工，如何更好地把控二襯混凝土的質(zhì)量，確保工程建成為經(jīng)得起考驗(yàn)的“千年工程”，對整個(gè)工程隧洞二襯混凝土施工提出了更嚴(yán)格要求。做好隧道襯砌混凝土工程的施工建設(shè)和維護(hù)，能夠切實(shí)保障隧道工程的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也可為引水工程的總體建設(shè)提供可靠支撐，應(yīng)該得到工程技術(shù)人員的重視[1]。

3 隧洞襯砌混凝土裂縫成因

以玉溪段施工支洞二襯混凝土進(jìn)行分析，全線共布置13條施工支洞，合計(jì)全長9.347 km，其中Ⅳ類圍巖合計(jì)長2.513 km，占比26.89%，Ⅴ類圍巖合計(jì)長5.058 km，占比54.11%，Ⅳ類、Ⅴ類圍巖合計(jì)占支洞總長比達(dá)81.0%，圍巖工程地質(zhì)條件較差，隧洞圍巖穩(wěn)定問題較突出，從保障隧洞襯砌混凝土施工質(zhì)量的角度，需要做好襯砌混凝土裂縫成因的分析。

1）混凝土配比不當(dāng)。隧洞工程襯砌工程采用的是泵送混凝土，對于強(qiáng)度的要求較高，這也使得其水灰比以及坍落度較大，水泥用量多，容易在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的水化熱，引發(fā)混凝土開裂問題。

2）材料和溫度。該工程中，混凝土配置使用的是散裝水泥，存放在鋼制水泥罐中，容易受到外部環(huán)境因素的影響，而粗細(xì)骨料在夏季或者冬季施工中存在較大的溫度變化，如果在混凝土拌和中無法進(jìn)行有效控制，會(huì)出現(xiàn)混凝土澆筑溫度變化較大的問題。

3）地下水影響。玉溪段輸水線路區(qū)穿越7個(gè)與輸水隧洞線關(guān)系密切、規(guī)模較大的巖溶水系統(tǒng)，部分地段地表、地下水環(huán)境影響問題較突出，隧洞施工存在一定程度的涌突水、疏干、塌陷等巖溶災(zāi)害問題，隧洞內(nèi)存在地下水外滲的問題，而在襯砌施工完成后，地下水難以排出，外水壓力的持續(xù)累積，會(huì)對襯砌混凝土產(chǎn)生較大的影響，而當(dāng)壓力超過混凝土結(jié)構(gòu)的承載極限時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂縫。

4）施工因素影響。工程施工中，對于施工材料的質(zhì)量有著非常嚴(yán)格的要求，如果砂石骨料的含泥量超標(biāo)，或者細(xì)度模數(shù)超標(biāo)，會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能，而在混凝土澆筑過程中，也存在著間隔時(shí)間短，澆筑速度偏快的問題，部分區(qū)域施工作業(yè)空間有限，無法采用分層多窗口下料的方式，或者在對混凝土進(jìn)行振搗時(shí)，存在著振搗不及時(shí)又或者振搗不充分的情況，很容易產(chǎn)生冷縫。混凝土養(yǎng)護(hù)對于混凝土施工質(zhì)量的影響十分巨大，若養(yǎng)護(hù)工作沒有及時(shí)進(jìn)行，或者養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足[2]，則混凝土的強(qiáng)度可能無法達(dá)到預(yù)期，在前期強(qiáng)度難以抵抗收縮應(yīng)力的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)自然會(huì)產(chǎn)生開裂問題。

5）外部環(huán)境溫度及養(yǎng)護(hù)?；炷琉B(yǎng)護(hù)過程中，如果沒有做好穿堂風(fēng)的防范，則混凝土表面的溫度濕度會(huì)下降，形成相應(yīng)的內(nèi)外溫差，澆筑初期環(huán)境溫度偏高或者偏低都會(huì)引發(fā)混凝土內(nèi)外溫差過大的問題，容易形成溫度裂縫。

4 隧洞襯砌混凝土改進(jìn)措施

4.1 結(jié)合項(xiàng)目需求優(yōu)化混凝土配合比

工程技術(shù)人員應(yīng)該結(jié)合玉溪段隧洞工程襯砌混凝土施工的現(xiàn)實(shí)需求，對混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，在保證其強(qiáng)度不變的情況下，可以適當(dāng)增加粉煤灰的用量，減少水泥用量，或者添加高效減水劑，以降低水灰比，對混凝土水化熱進(jìn)行控制。從保證混凝土持久性和滲透性的角度，應(yīng)該將水膠比控制在0.4以內(nèi)，水膠比越低，相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度也越高。水量與水膠比都可以在很大程度上保障混凝土的持久性和強(qiáng)度，不過想要保證混凝土的流動(dòng)性，還需要加入一定的減水劑，理想狀態(tài)下，減水劑的摻入量應(yīng)該控制在1%~2%，如果超過這個(gè)范圍，并不能進(jìn)一步提升效果，也會(huì)導(dǎo)致成本增大。

4.2 有效控制原材料及混凝土溫度

1）應(yīng)該對水泥的進(jìn)場溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。為了避免水泥材料溫度過高引發(fā)混凝土拌和出機(jī)溫度偏高的問題，需要對水泥材料的進(jìn)場溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以在拌和站內(nèi)設(shè)置2個(gè)散裝水泥罐，對于新進(jìn)場的散裝水泥，可以先貯存，優(yōu)先使用早進(jìn)場的水泥，等到新進(jìn)場水泥的溫度適宜后再使用，使用前需要對溫度進(jìn)行測量。砂石料需要提前放入料倉保溫棚，避免太陽暴曬。

2）在夏季施工時(shí)，可以在混凝土拌和中，使用井水來降低混凝土拌和溫度和出機(jī)溫度。冬季施工需要提前將骨料運(yùn)送到拌和站的棚內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱[3]，水也需要提前加熱，對混凝土拌和過程中的溫度進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，確保其入倉溫度不能超過28℃。

3）應(yīng)該做好減水劑的合理選擇，對水泥水化速度進(jìn)行控制，確保其能夠?qū)崿F(xiàn)均勻放熱。

4）在夏季施工中，應(yīng)該盡可能安排早上10點(diǎn)前、下午4點(diǎn)后的低溫時(shí)段施工，冬季則相反，應(yīng)該安排白天氣溫較高的時(shí)段施工，混凝土運(yùn)輸罐車應(yīng)該設(shè)置好相應(yīng)的罐體保溫措施，確?；炷恋娜雮}溫度不能低于5℃。

4.3 完善引排水措施

1）在對隧洞進(jìn)行施工的過程中，排水系統(tǒng)是一個(gè)非常關(guān)鍵的組成部分，其能夠?qū)⑺矶磧?nèi)的積水排出，避免滲出或者流出的地下水威脅隧洞運(yùn)行安全，也可以阻止地下水進(jìn)入混凝土澆筑界面。在對襯砌混凝土進(jìn)行施工的過程中，一般是通過引排的方式來對地下水進(jìn)行處理，如果水量較大，則需要在襯砌施工前做好必要的阻水灌漿工作[4]。

2）在一些富水區(qū)域，尤其是施工中遇到的圍巖面潮濕的情況，需要在鋼筋制作安裝前，開展系統(tǒng)性的防排水施工，在玉溪段的13條隧洞中，采用的防排水設(shè)施主要是在墻面鋪設(shè)防水布或者設(shè)置排水管道，襯砌面出水點(diǎn)位置需要設(shè)置出水管，通過縱向與環(huán)向引排水管的相互配合來保證排水的效果，縱向引排水管需要向前方持續(xù)延伸，這樣能夠盡可能地減小出水壓力，確保后續(xù)襯砌作業(yè)中不會(huì)出現(xiàn)長距離出水的問題。需要注意，所有的引排水設(shè)施都必須做到牢固固定，這樣在后續(xù)的混凝土入倉環(huán)節(jié)，才不容易出現(xiàn)引排水措施松動(dòng)、脫落的問題，也才能最大限度地保障襯砌施工的質(zhì)量。

3）在完成富水區(qū)域隧洞的襯砌施工后，需要做好預(yù)留回填灌漿孔的排水工作，確保襯砌面不會(huì)因?yàn)樗畨撼霈F(xiàn)水擊穿裂縫[5]。

4.4 做好材料進(jìn)場質(zhì)量控制工作

（1）應(yīng)該做好砂石料質(zhì)量控制。在工程施工中，需要選擇經(jīng)過檢驗(yàn)合格的砂石料，將其依照規(guī)格、品種和來源分開存放，每一車砂石都需要經(jīng)過試驗(yàn)員目測合格后才能進(jìn)場，對于目測不合格的材料需要清除。連續(xù)進(jìn)場達(dá)到一定程度后（該工程中為600 t），需要做好取樣檢測，檢驗(yàn)合格后才能允許使用。（2）應(yīng)該做好水泥、外加劑等材料的進(jìn)場控制。需要先查看材料的合格證書和質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告，看其是否與送來的原材料一致，按照廠家、品種、規(guī)格、批號(hào)等卸到指定區(qū)域，在標(biāo)識(shí)牌上標(biāo)識(shí)清楚。（3）應(yīng)該依照現(xiàn)場施工進(jìn)度，確保材料供應(yīng)的及時(shí)性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)較大的質(zhì)量波動(dòng)。

4.5 加強(qiáng)對施工過程的控制

1）需要對混凝土拌和質(zhì)量進(jìn)行控制。工程技術(shù)人員應(yīng)該依照預(yù)先設(shè)計(jì)好的配比進(jìn)行混凝土拌制作業(yè)，不能對配合比進(jìn)行私自調(diào)整。拌和站設(shè)備的稱量偏差需要控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)適當(dāng)延長混凝土攪拌的時(shí)間，保證拌和的均勻性[6]。在對拌和好的混凝土進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)該選擇專用罐車一邊攪拌一邊運(yùn)輸，確保混凝土在進(jìn)入泵內(nèi)時(shí)更加均勻，在條件允許的情況下，確保混凝土盡早入倉。

2）應(yīng)該做好施工過程管控。對于質(zhì)量不合格的材料，應(yīng)該禁止入倉，做好混凝土入倉坍落度的嚴(yán)格控制，明確要求作業(yè)人員在混凝土運(yùn)輸和泵送過程中不能隨意加水。混凝土振搗應(yīng)該采用分層振搗的方式，做到不超振、不漏振，橡膠止水帶周邊應(yīng)該采用人工振搗的方式，在保證沒有粗集料集中的同時(shí)，避免止水帶的扭曲。需要依照外部環(huán)境溫度來對混凝土澆筑的時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，做好結(jié)合面振搗和分層振搗工作，每一層澆筑的厚度不能超過50 cm，混凝土澆筑過程中，兩側(cè)混凝土澆筑面的高度差應(yīng)該被控制在50 cm左右，澆筑的速度也需要控制在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。

3）需要做好混凝土拆模時(shí)間控制，確保襯砌混凝土頂拱的強(qiáng)度能夠達(dá)到5 MPa以上，同時(shí)為了避免水泥水化熱、外水壓力等因素引發(fā)的結(jié)構(gòu)開裂問題，應(yīng)該適當(dāng)推遲拆模時(shí)間，將其放在混凝土澆筑完成24 h后。

4）做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作?；炷撩撃：笮枰獙ζ錅囟冗M(jìn)行跟蹤測量，在表面溫度低于45℃以后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為24 d，在養(yǎng)護(hù)期間需要始終保持混凝土表面濕潤。

5 結(jié)語

綜上所述，通過結(jié)合滇中引水工程玉溪段隧洞施工的實(shí)際情況，對隧洞襯砌混凝土裂縫形成的原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的施工改進(jìn)措施，在減少裂縫出現(xiàn)的同時(shí)，也降低了裂縫處理所需的成本，提高了工程的施工質(zhì)量和整體效益。