廈門電纜隧道工程主體結構裂縫問題及對策研究

夏 標

（廈門電力勘察設計院有限公司，福建廈門 361006）

隨著電力工業和城市化建設的迅速發展，越來越多的輸配電網絡逐漸被電力電纜隧道取代，由于電纜隧道的施工環境復雜，電纜隧道的施工質量會對電力電纜的安全可靠運行產生決定性的影響，不嚴格控制電纜隧道的施工質量，會導致電力輸送中斷，對城市居民的工作和生活造成不利影響。電纜隧道主要采用明挖法、頂管法和盾構法隧道法敷設[1]。本文以廈門電力進島第二通道纜化遷改工程為背景，研究明挖段電纜隧道箱涵主體結構產生裂縫的現象和原因，并采取相應的處理措施修復裂縫，同時采取相應的預防措施以防裂縫形成保證施工質量，保障電力電纜輸配電的安全可靠。

1 工程概況

本工程位于廈門市，為廈門電力進島第二通道纜化遷改工程，新建電纜隧明挖段地下箱涵工程位于廈門市海滄區，擬建箱涵為鋼筋混凝土結構，沿馬青路-海滄大道接入海滄海底隧道，支護長度約1 877.5 m，里程樁號為K0+020～K0+375、K0+477～K2+000，基坑開挖深度約為3.4～8.6 m，工程位置如圖1所示。

圖1 廈門電力進島第二通道纜化遷改工程

2 施工過程中產生的裂縫問題分析

2.1 現象分析

本工程島內長岸路段屬于明挖段電纜隧道，采用鋼管樁+鋼管內撐的支護形式，基坑開挖深5.5 m、寬9 m，鋼管樁采用Ф219×16@500的電焊鋼管，引Ф280孔下鋼管后用水泥漿灌滿，鋼管撐采用Ф299×10@4 000施加預應力100 kN，鋼管撐支座采用雙拼40c工字鋼圍檁。

坑內降水采用集水明排的方式，在坡頂設置截水溝，截水溝每隔30～40 m設置一口集水井。坡面布置泄水管，防止下滲的雨水對基坑側壁產生不利影響；坡底設置300 mm×300 mm排水溝，借助坑底地形把水匯集到低洼處后用抽水設備經沉淀后排入周邊城市管網。基坑土方應分層分段均衡開挖，分層開挖深度不超過2 m，且嚴禁超挖。

明挖段電纜隧道剖面如圖2所示。

圖2 明挖段電纜隧道剖面（單位：mm）

電纜隧道箱涵主體采用C35防水混凝土，墊層及二次澆注混凝土采用C20素混凝土。為適應地基變形，減少不均勻沉降和混凝土收縮裂縫，現澆段電纜隧道每隔不大于30 m的距離設置一道沉降縫[2]。隧道箱涵基坑兩側范圍采用中粗砂對稱均勻回填，每隔300 m分層夯實。

目前該處電纜隧道箱涵主體已施工約200 m，由于該段地質情況及施工條件復雜，且局部施工作業面不足，在施工過程中采取單邊支模澆筑箱涵結構主體，外側設置支架澆筑混凝土至鋼管樁支護邊側。

實際施工過程中，K1+770～K1+880樁號位置處單邊支模90 m的箱涵主體澆筑完成后10～40 d內，電纜隧道箱涵主體結構出現若干條寬度不超過0.3 mm、垂直于隧道延伸方向的裂縫；箱涵主體內部混凝土結構面層裂縫位置出現水印。經現場勘測，發現裂紋主要出現在管樁支護牛腿附近，初步判斷為貫穿裂縫，若不及時處理后期回填后會導致隧道箱涵漏水。

電纜隧道箱涵內部與外部的裂縫如圖3、圖4所示。

圖3 箱涵內部裂縫

圖4 箱涵外部裂縫

2.2 裂縫產生原因分析

基坑內部空間狹小，且含有鋼管支撐，導致施工工作面較小，采用單邊支模澆筑的箱涵主體結構會產生質量通病。

單側模澆筑前后電纜隧道箱涵主體如圖5、圖6所示。

圖5 單側模澆筑前

圖6 單側模澆筑后

（1）混凝土結構內部存在不同程度的孔隙及微裂紋，初始的內部缺陷對混凝土結構通常不產生影響，但當外部荷載作用于混凝土結構時，內部的裂縫會進一步擴展，最終在混凝土結構表面形成宏觀裂縫。由于鋼管支撐設置在鋼管樁上鋼圍檁的牛腿處，每一根鋼管樁與鋼管支撐受直接接觸的受力情況與其他鋼管支撐的受力均不一致。在單側模板處進行混凝土澆筑作業時，混凝土的入模荷載在鋼管樁支護上的每個部位也不一致，導致該段隧道箱涵主體的受力情況不一致，產生應力差，造成裂縫。

（2）由于本工程地質條件較為復雜，地基承載能力也存在差異，容易造成箱涵的差異沉降；由于側向土壓力作用在單側澆筑混凝土的結構上，箱涵側壁每個部位受力不同。因此在地基土的豎向和側向的作用下，結構內部必然產生應力，應力不斷增大引發裂縫。

（3）由于本工程箱涵混凝土用量較大，混凝土在凝結硬化過程中會在內部積累的熱量，若混凝土內部和表面的溫差過大則會引起拉應力溫差裂縫。除了由于混凝土內部和表明溫差造成裂縫以外，基坑圍護結構屬于超靜定結構，溫度變化可能導致超靜定結構發生溫度變形產生裂縫。暴露于室溫條件下的混凝土結構，其溫度易受到氣溫變化的影響，也可能使混凝土結構產生溫差裂縫。

綜上所述，將以上三種情況所產生的裂縫分別稱為荷載裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫。若在施工中發現裂縫，應及時暫停施工，預留1～2處裂縫進行對比觀察，根據觀察所得的裂縫變化情況，采取相應的修復和預防措施。

3 施工過程中裂縫的修復措施

3.1 填充修復裂縫

裂縫寬度小于0.3 mm且深度較淺時，沿裂縫開鑿U形或V形槽，加壓灌注不同稠度的改性環氧樹脂溶液補縫，干燥后除去多余溶液，再用水泥漿涂抹至外觀平整[3]。若發現已經造成內部鋼筋的銹蝕，應加深鑿槽，除去鋼筋表面的銹跡并涂抹防銹涂料，填充環氧砂漿或纖維復合修補材料。裂縫寬大于5 mm時，使用鋼釘沿著裂縫兩側開鑿寬20～100 mm、深15～50 mm的U形或V形槽，并將混凝土碎屑清理干凈，在凹槽內均勻涂刷改性環氧樹脂。在涂刷過程中應避免改性環氧樹脂出現氣泡或波紋，待環氧樹脂硬化后再填充含少量稀釋劑丙酮的環氧砂漿并抹平。

3.2 化學灌漿修復裂縫

裂縫寬度小于5 mm時，可選用化學灌漿法修復。將裂縫表面殘留的物清理干凈，用丙酮或有機溶劑清洗劑對裂縫進行清洗，將灌漿嘴對準裂縫中心位置，并在灌漿口周圍涂抹約1 mm厚的環氧膠泥封閉膠，使灌漿嘴與裂縫粘貼牢固，用封閉膠或粘貼玻璃纖維布對裂縫進行封堵；封閉完成后，采用環氧樹脂或甲基丙烯酸酯作為灌漿材料，裝入灌漿氣囊并搖勻，將灌漿器與灌漿嘴對齊，擰緊壓力筒，即可開始灌注，灌注結束后需要穩壓至少3 min，漿液初凝后將灌漿嘴取下，并用速凝封閉膠將灌漿嘴塞住。灌注過程中應遵循從左到右、從上到下的順序依次進行。

3.3 表面處理修復裂縫

表面處理分為表面涂抹和表面貼補。裂縫分布較廣時，通常采用涂抹一層水泥砂漿或環氧砂漿進行處理，若裂縫較多，應涂抹有機防水涂料。裂縫位置尚不明確的混凝結構表面，可在表面涂刷環氧樹脂或環氧焦油，粘貼水工模和防水片或玻璃纖維布，即表面貼補。

4 施工過程中預防裂縫的措施

針對荷載裂縫的預防，應在施工過程中嚴格控制鋼管樁支護的施工質量，使鋼管撐與鋼圍檁、鋼圍檁與鋼管樁之間嚴密接觸，若在施工過程中發現局部接觸不嚴密，應及時在鋼管樁與鋼支撐間補焊鋼管，保證支護結構的受力平衡。在混凝土澆筑過程中，混凝土結構強度尚未達到設計強度要求時，嚴禁在結構上施加任何荷載；還應注意施工活荷載不應超過結構的設計荷載。

針對沉降裂縫的預防，應在單側模的一側即鋼管樁與箱涵結構的側壁間，加設10～20 mm塑性泡沫隔層，抵消作用于箱涵結構上的側向土體變形產生的局部應力；對基坑底部土體進行夯實加固，做好排水措施及時將坑底的積水排出。

針對溫度裂縫的預防，應在單側澆筑施工時設置多道施工縫，尤其是鋼管樁處牛腿的位置；澆筑施工應分層分塊進行，摻入相應的混凝土外加劑，完成澆筑施工后及時養護。

5 結語

在電纜隧道箱涵主體結構施工過程中會受到各種因素的影響，導致混凝土裂縫的產生。本工程地質條件復雜且工作面狹小，采用單側模澆筑工藝施工的箱涵內外均有裂縫，出現裂縫的原因主要為施工荷載不均勻、土質分布不均以及溫度差。針對上述原因總結了適用于本工程的裂縫修復和預防措施，為指導電纜隧道施工及保障工程質量奠定基礎。