襯砌防裂施工技術在鐵門坎隧道工程中的應用

摘要：隧道襯砌裂縫是隧道的常見質量缺陷，若裂縫未及時得到妥善的處理，易誘發滲漏水、結構失穩甚至坍塌等問題，因此以科學可行的方案防止隧道襯砌裂縫至關重要。以鐵門坎隧道進口大跨段隧道工程實例為依托，著重分析襯砌防裂施工技術，闡述在初期支護設置、原材料取用、養護等環節的關鍵作業要點，以期起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞：隧道工程;襯砌;防裂技術;質量控制

1" "工程概況

鐵門坎隧道為正線區間雙線隧道，全長2130m，最大埋深96m，地面高程336.6～484.4m，相對高差60～110m，平坦性欠佳。隧道進口分布在砂巖陡崖周邊，施工環境較差，存在難度大、質量要求高的特點。其中，DK115+158～DK115+203段采用的是大管棚超前支護的方式，選用單根長度為50m的Φ108大管棚，襯砌設置為Ⅴ級加寬Ⅱ型斷面，最大開挖高度、最大開挖寬度分別為13.47m、18.92m。

2" "隧道襯砌防裂施工概述

在隧道二襯施工中，泵送混凝土坍落度偏大，同時施工易受到現場氣候、地質條件等自然因素和養護不到位等人為因素的影響，可能導致出現不規則裂縫，嚴重影響隧道二襯的正常使用。

2.1" "襯砌防裂施工思路

鐵門坎隧道施工采用新奧法，將支護結構連同坑道周邊巖體視為完整的結構體系，充分發揮出現場圍巖的自承能力，加之支護結構的應用，有效提升了支護效果。按照“少擾動、早錨噴、勤量測、緊封閉”的基本思路施工，有效規避隧道襯砌裂縫問題。

2.2" "隧道開挖方法的合理選擇

在新奧法施工理念下，最大限度減小開挖對圍巖造成的擾動影響，具體至鐵門坎隧道工程中，視圍巖等級采取相應的作業方法。考慮Ⅱ類圍巖、Ⅲ-Ⅴ類圍巖兩大類，各自的周邊眼分別采用預裂爆破、光面爆破的施工方法，周邊眼間距分別為20～30cm、40～50cm。如此施工一方面是為了保證爆破效果，另一方面為了減小對周邊圍巖的擾動。合理控制周邊眼的深度，使眼底均在同一垂直面，最小抵抗線大于炮眼間距。配套高精度遲發雷管，有效起爆。

在光面爆破施工中，沿周邊各孔的中心連線形成破裂縫，促進了內部圍巖的裂解，以減少圍巖中的裂縫量。周邊圍巖在爆破過程中受到的影響較小，產生的爆破面具有平順性，不存在明顯的超欠挖問題。

在鐵門坎隧道的爆破施工中，工程人員群策群力，突破技術瓶頸，不再禁錮于傳統方法。其中Ⅱ類圍巖、Ⅲ-Ⅴ類圍巖的周邊眼分別采用到預裂爆破、光面爆破的方法，有效減小了爆破對周邊的影響范圍，具體如圖1所示。聯合應用預裂爆破和光面爆破的方法，充分發揮出了圍巖的自穩優勢，開挖輪廓圓順，成型的二次襯砌的厚度滿足要求，結構的穩定性較好，可避免裂縫的產生。

3" "隧道襯砌防裂施工要點

3.1" "合理設置初期支護

隧道噴錨支護結構集錨桿、鋼筋網、混凝土于一體，共同構成柔性支護結構，其突出優勢在于具有良好的適應性，可調節圍巖變形，允許圍巖塑性區有適當的發展。通過噴錨支護的設置，促使圍巖較快進入變形收斂階段，避免圍巖大幅度變形。

在本隧道工程中，Ⅱ-Ⅲ類圍巖支護采用聯合支護的方案，Ⅳ-Ⅴ類圍巖采用噴錨支護體系。在聯合支護方式中，噴射混凝土可有效處理隧道凹穴，使成型的隧道壁輪廓具有圓順性，受力均勻，避免因應力集中于某處而出現裂縫。

隧道采用復合式襯砌結構，荷載主要由初期支護承受，但仍設置二次襯砌，將其作為安全儲備。在該組合方式下充分發揮出初期支護的受力作用，減小二次襯砌所受的圍巖應力，二襯受力條件得到有效優化，可避免裂縫的產生。

3.2" "注重混凝土原材料的選擇

3.2.1" "水泥的選擇

根據混凝土的設計強度等級確定合適的水泥強度，若制備混凝土的水泥強度偏低，在實際拌制階段往往需投入過量的水泥，導致經濟效益較差。水泥用量不宜較少，否則影響混凝土的和易性，施工成型的二次襯砌結構難以滿足質量要求。在低強度混凝土的拌制中，若必須采用高強度等級的水泥，為滿足工程對混凝土的質量要求，可采取摻入混合料的方式，起到改善和易性的作用。

在鐵門坎隧道工程中，綜合考慮到現場環境、工程特點、質量要求等，選擇強度等級為C25的混凝土。關于水泥材料選擇方面，考慮多個廠家提供的水泥，經過對比分析后認為P.042.5水泥較為合適。

3.2.2" "集料的選擇

集料是混凝土拌制時的重要原材料，其性能指標將直接對混凝土的性能造成影響，具體包含顆粒級配、顆粒形態、含泥量、泥塊含量等，要求各方面均滿足要求。在混凝土的制備階段，集料的粗細程度和顆粒級配是重點考慮的對象。

通常，若集料的級配良好、顆粒大，有助于減小空隙，適宜作為混凝土拌制的原材料。采用級配良好的集料，可減少水泥的用量，保證拌制后的混凝土在強度和密實性兩方面均滿足要求。鐵門坎隧道施工中，根據《建設用砂》《GB/T 14684-2011》等相關規范合理選擇集料，粗集料為連續級配碎石，細集料選用細度模數約為2.5的中沙。

3.2.3" "拌和及養護用水的選擇

拌和用水的選取主要考慮如下幾點：不對混凝土的和易性造成影響;不會降低混凝土的耐久性;不存在腐蝕鋼筋的情況。經分析，將河水用于混凝土的拌和以及養護中。

3.2.4" "外加劑的選擇

外加劑具有改善混凝土性能的作用，盡管其用量較少，但對技術經濟效益有著顯著的影響。在鐵門坎隧道二次襯砌的施工中，外加劑選用的是防水劑，按照6%的用量進行使用。實踐證明，混凝土的和易性和防水性能均有所提升。

3.3" "配合比的設計和控制

3.3.1" "合理設計配合比

應保證混凝土在強度、和易性、耐久性等方面均滿足要求。應保證拌制后的混凝土易于施工。在滿足前述兩項基本要求的前提下，計算水泥、集料等各類原材料的用量。在確定初步的配合比后，組織試配，檢驗混凝土的性能，結合工程要求做相應的調整，確保混凝土能夠滿足質量要求。

在保證混凝土性能的前提下盡可能降低成本，以實現技術效益和經濟效益的雙重目標。部分工程項目中，技術人員在配合比設計時局限性較強，其認為適配后強度達到要求即可，若實際拌制的混凝土不滿足強度要求，則采取增加水泥用量的方法。僅有少數人員綜合考慮到材料調配、經濟效益等層面的要求。實際上，水泥用量偏大，易加劇混凝土的徐變和收縮，嚴重影響混凝土的性能，可能引發裂縫。

為提高配合比的可行性，試驗室工作人員設計3種配合比，分別試拌混凝土，從工程性能、操作便捷性、經濟效益多個方面做對比分析，同時考慮各部位的施工要求，做針對性的調整。在試驗室配合比設計階段，參與人員積極收集配合比以及施工數據，做對比分析，最后確定合適的水灰比、砂率等參數。

3.3.2" "施工中的控制

首先要加強對拌和用水量的控制。在部分工程中，施工人員為提升施工的便捷性，往往過度提高坍落度，隨意增加用水量，使混凝土的強度難以得到保證。加之管控不到位等原因，導致混凝土的應用效果欠佳，存在異常收縮現象，最終顯現出裂縫。為此，在施工中應加強抽檢，杜絕隨意增加拌和用水量的情況。

其次要注重對混凝土的檢查。若其工程性能較差，要及時將問題反饋給試驗員，探尋具體的原因，對既有配合比做合理的調整，直至拌制的混凝土滿足質量要求為止。現場質檢人員要積極投身于質量控制中，按照規范及時檢查混凝土，及時發現問題，盡快處理問題。

同時要加強對砂、石原材料用量的控制。在部分工程中，施工單位對砂、石材料用量控制的重視程度不足，僅對到場的第一車材料過磅，后續則在小推車上畫線，以此來控制材料的用量。顯然此方法缺乏精準性，可能導致砂、石材料存在用量偏差。對此可適配J1200型配料機，此設備可精細化配料，能保證材料計量的準確性。

3.4" "混凝土拌和、運輸、澆筑

部分施工中，在泵送拱頂混凝土時可能存在人為減少粗骨料用量、增加細骨料用量的情況。此舉目的在于增強混凝土的流動性，以便更加便捷地施工。但如此將導致拱頂混凝土出現粗細集料離析現象，骨料分布缺乏均勻性，隨之顯現出收縮裂縫。

針對該問題，在鐵門坎隧道施工中，配套小型拌和站用于拌制，滿足二次襯砌施工所需的混凝土。并采取電子計量的方法，根據配合比控制材料的用量，使其與配合比保持一致，從而保證拌制混凝土的質量，以便有效施工[1-2]。

為使拱部混凝土灌注飽滿，適當增加水泥的用量，即增加10～15kg/m3。在原有基礎上，將拌和時間延長至30s。組建高效的混凝土運輸隊伍，及時將拌和后的混凝土平順運至現場，以便泵送入模。拱部開窗數量由原本的3個增加至4個，從而縮小混凝土的自流距離。

3.5" "脫模

通常，二襯混凝土強度達到2.5MPa時可脫模。禁止提前脫模，否則混凝土的早期強度偏低，易產生裂縫。在鐵門坎隧道施工中，除了考慮混凝土的強度外，還注重對時間的控制，即實施的是“雙控”的方法，同時具備“混凝土強度超5.0MPa、澆筑后至少24h”的條件時，安排脫模。脫模時，操作人員秉承著謹慎作業的原則，加強防護，以免因操作不當而導致混凝土磕碰受損。

3.6" "加強養護

鐵門坎隧道二襯養護采取的是噴高壓水的方法，由專員負責。隧道內溫度變化較小，濕度較高，根據現場環境，要求養護時間至少達到14d。養護人員根據混凝土的濕潤程度靈活調整用水量和澆水頻率，使混凝土表面始終保持濕潤的狀態，減少水分流失，以免因混凝土溫度異常或干縮而引起裂縫。養護階段加強防護，最大限度減小外部因素的干擾，給混凝土的有效成型創設良好條件。

3.7" "預埋管線和預留洞室的合理施工

部分隧道施工單位對預埋件、預埋管線的重視程度不足，在實際施工中僅考慮到安裝數量的合理性，存在位置不準確、穩固效果差等問題。對于鐵門坎隧道工程，施工單位充分考慮到預埋管線、預埋件等各類預埋件布置位置，鑒于二次襯砌預埋部位易開裂的特點，采取有效的防裂措施。此外，對于混凝土厚度較薄的部位，做針對性的處理，以免出現裂縫。

在源頭上加強質量控制，對于預埋管線和預留洞室的部位，秉承著“寧可小幅度超挖也不欠挖”的原則。其原因在于，有效的開挖能夠提供足夠的空間用于預埋管線設置，也能夠保證預留洞室位置的合理性，不會對混凝土的正常施工造成影響，自然不存在混凝土厚度不足的問題。對預埋管線和預留洞室的位置做靈活的調整，在確保位置無誤后，用Φ 22鋼筋焊接骨架進行加固，維持預埋設施的穩定性，以免在混凝土澆筑期間出現偏位現象，從而保證混凝土的厚度。

除此之外，還考慮到預埋管線和預留洞室周邊的施工。在對此類區域的混凝土做振搗處理時，采用的是小型振動棒，一方面使混凝土在經過振搗后具有足夠的密實性和平整性，另一方面減小振搗對預埋設施的擾動影響。采用此方法，澆筑后的混凝土將有效成型，在厚度、表觀質量等方面均滿足要求。

4" "結語

綜上所述，開裂是隧道二次襯砌的常見質量問題，開裂現象的出現輕則影響二次襯砌的表觀質量，重則威脅到二次襯砌的正常使用，引發滲漏水、結構承載能力下降、隧道耐久性變差等問題。本文基于工程實例展開分析，綜合考慮到原材料質量、配合比設計、混凝土拌和、泵送、澆筑及養護等方面，闡述關鍵的作業要點，系統性地闡述襯砌防裂施工技術的應用方法，希望能夠對類似工程提供參考。

參考文獻

[1] 姜虎成.隧道襯砌澆筑混凝土施工技術[J].工程建設與設計，2020（7）：211-213.

[2] 田小路.渠道襯砌混凝土防裂施工技術[J].水利建設與管理，2012（1）：22-25.