隧洞襯砌混凝土裂縫成因及施工改進措施

王戰抗

摘要：在水利工程地下隧洞襯砌施工中裂縫是非常多見的，嚴重影響了水工隧洞的穩固性與安全性，施工單位應認識到控制裂縫問題的重要性與必要性，積極尋找產生混凝土裂縫問題的成因，從根本上控制水工隧洞的裂縫問題。

關鍵詞：隧洞襯砌;裂縫成因;處理措施

1隧洞襯砌混凝土裂縫產生的原因

1.1原材料管理工作

在水工隧洞襯砌混凝土施工項目而言，原材料的基礎性質量十分關鍵，也是存在問題較多的環節，技術人員選取的水泥品種不能滿足工程實際需求，水泥運輸和存儲過程受潮結塊問題等較為常見。

1.2配合比參數設計不同

正是由于水利工程項目和水工隧洞自身的特征，耐久性影響較大，若是不能結合實際情況深度貫徹落實執行機制，就會造成混凝土裂縫問題。

1.3原材料及混凝土溫度

混凝土所用散裝水泥存放在室外鋼制水泥罐內，隨外界氣溫變化較大;砂石骨料貯存于搭設的保溫棚料倉內，在夏季或冬季進行澆筑時，水泥、砂石骨料等原材料的溫度，變化較大。

1.4隧洞開挖清理工作不到位

在工程項目運行過程中，洞段成型輪廓較差，甚至出現超挖以及欠挖問題，造成襯砌工作結束出現空洞問題，都是造成襯砌厚度不等的因素[1]。

1.5地下水影響

圍巖地質條件差，基巖破碎，巖型不均，構造較復雜，節理裂隙發育，并伴有地下水滲出的圍巖，隧洞內有地下水滲出，襯砌完成后，地下水無法排出，圍巖內滲水的外水壓力不斷累積，作用在襯砌混凝土上。

1.6隧洞超挖因素分析

爆破開挖圍巖超、欠挖致使巖面不平順，產生應力集中，當應力值超過混凝土的抗拉強度時，就會出現應力裂縫。由于超挖，致使混凝土的澆筑厚度加大，應力重新分布，原設計的鋼筋型號就不能滿足結構配筋要求，局部配筋率偏小。

1.7振搗操作不足

在水工隧洞襯砌混凝土施工操作中，混凝土襯砌工作十分關鍵，若是出現漏振、振搗不足以及振搗過多等問題，都會導致整體襯砌工作受阻。

1.8施工原因分析

砂石骨料質量較差，含泥量超標或細度模數超標，含水量變化較大;外加劑減水率、保塌性、緩凝等指標不穩定，原材料質量不穩定，致使混凝土工作性能較差。混凝土澆筑過程中，澆筑速度較快，間隔時間過短。襯砌臺車作業空間小，沒有分層多窗口下料，振搗棒拉料流動，振搗不充分、不及時，易產生冷縫[2]。

1.9外界環境溫度影響

混凝土養護期間有穿堂風，降低了混凝土表面溫度及濕度，形成內、外溫度差。澆筑初期環境溫度偏低或偏高，混凝土內外溫差大，形成溫度裂縫。

2水工隧洞襯砌混凝土裂縫的預防措施

2.1優化混凝土配合比

不斷優化調整配合比，在保證強度不變的情況下，增加粉煤灰用量，以減少水泥用量，減少混凝土發熱量。

2.2控制原材料及混凝土溫度

（1）控制水泥進場溫度。為避免因水泥溫度過高，造成拌合混凝土出機溫度過高;拌和站內設置兩個散裝水泥罐，新進場散裝水泥暫不使用，優先使用早先進場的水泥，等待新進場水泥充分散熱，對進場水泥溫度進行測量，確保水泥溫度符合使用要求。（2）夏季施工時，為降低拌合水溫度，混凝土拌合前將施工用的井水抽至儲水箱，進一步降低拌合混凝土出機溫度。冬季則將骨料提前運至拌合站棚內預熱，拌和用水加熱，澆筑溫控全過程跟蹤監測。（3）適當提高減水劑的緩凝成分，降低水泥水化反應速度，均勻放熱。（4）夏季襯砌混凝土澆筑時間，安排在低溫時段施工[3]。

2.3引排水措施

（1）在隧洞施工過程中，排水系統的合理設置是施工環節的重要組成部分，為避免流出或滲出的地下水對隧洞的使用或運行安全造成隱患，防止地下水進入混凝土澆筑界面，在襯砌混凝土時，地下水處理以引排的方式為主，水量大時，在襯砌工作開展前進行阻水灌漿。（2）襯砌前系統的防排水措施：在富水洞段，尤其是圍巖面潮濕，噴射混凝土表面大面積潮濕有水漬時，在鋼筋制安工序施工前必須進行系統的防排水，具體措施是在墻面布設排水盲管、防水布;（3）回填灌漿孔排水：在淋滲水點多的富水洞段襯砌后，及時把預留回填灌漿孔鉆深至巖面，利用回填灌漿進行排水，避免襯砌面出現水擊穿裂縫加強開挖過程施工控制根據經驗，敞開式TBM施工后，周邊圍巖受力均勻，無明顯超挖，混凝土襯砌后出現裂縫的機率及數量較鉆爆法襯砌施工后的混凝土裂縫要減少約70%。

2.4加強混凝土施工過程控制

（1）原材料進場控制：對拌和系統稱量裝置定期進行檢查和校準，加強砂石料含水、含泥量的檢測，及時調整混合料的用水量，保證混凝土的和易性。（2）嚴格控制混凝土的拌和質量：嚴格按照試驗室出具的配料單進行混凝土拌制，嚴禁私自調整配合比，拌和站稱量偏差，必須滿足規范要求，適當延長攪拌時間，以滿足混凝土的均勻性，確保混凝土的攪拌質量。（3）加強施工過程管控：加強混凝土的振搗，保證襯砌混凝土的均勻密實性，嚴禁采用附著式振搗器代替插入式振搗棒使用，避免漏振、欠振、過振[1]。（4）控制混凝土拆模時間：嚴格控制脫模時間，根據同條件養護混凝土試塊檢測，襯砌混凝土頂拱強度超過5MPa，滿足拆模強度要求，為避免外水壓力大、水化熱高、腰線以下結構受力大致使襯砌混凝土產生裂縫，延遲拆模時間，混凝土澆筑完成后24h方可拆模。（5）加強混凝土養護：根據規范要求，養護水溫與混凝土溫差不得大于25℃，為避免由于溫差過大產生混凝土裂縫，混凝土脫模后及時進行混凝土溫度測量，在混凝土表面溫度低于45℃后，開始進行灑水養護，灑水養護時間不低于28d，養護期間確保混凝土表面處于濕潤狀態。

2.5外界環境溫度控制

在隧洞貫通處采取封堵措施，如：砌筑磚墻或擋風門，控制空氣對流，保持洞內恒溫。

3水工隧洞襯砌混凝土裂縫的控制措施

3.1表面修補法

表面修補法是一種非常常見的處理裂縫的方法，主要用于一些沒有影響水工隧洞結構穩定性的裂縫修補[2]。在施工過程主要是在混凝土裂縫表面涂抹上一層環氧膠泥、水泥漿或是瀝青等。

3.2灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法是在對水工隧洞整體穩定性造成一定影響的裂縫中使用，也可以使用灌漿法修復對有較高防滲要求的混凝土裂縫。灌漿法原理主要使用壓力設備把膠結材料壓入到混凝土的裂縫中，使混凝土和膠結材料結合為一體，達到封堵裂縫的效果。目前較為常見的膠結材料主要有環氧樹脂、水泥漿、甲基丙燃酸酯等。而嵌縫法主要是沿裂縫鑿槽，并在槽中嵌入相關的止水材料。

3.3結構加固法

若裂縫已經嚴重影響到了水工隧洞襯砌混凝土結構的安全性能，則應該采用結構加固法進行有效的控制處理裂縫。現階段較為常見的結構加固方式主要有：增大混凝土截面面積、粘貼鋼板加固、構件角部外包型鋼、增設支點加固等，通過對隧洞襯砌結構缺陷部位進行結構性補強加固，從而改善裂縫對隧洞質量的不利影響[3]。

結語：總之，在水工隧洞襯砌混凝土處理工作開展過程中，要對影響因素進行集中梳理和排查，有效整合管理標準和管控機制，對可能影響整體質量的問題進行集中梳理，避免施工過程受到影響，從根本上提高工程質量和安全性，為隧洞襯砌項目發揮其實際價值奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]劉美玲.輸水隧洞襯砌混凝土裂縫成因及處理措施[J].四川水泥，2021（6）：159-160.

[2]寧曉娜，劉忠富，龍翔.水工隧洞混凝土襯砌裂縫成因的調查與分析[J].東北水利水電，2021，39（5）：67-68.

[3]原振軍.隧道工程襯砌混凝土裂縫的原因與控制措施[J].城市建筑，2021，18（11）：184-186.