隧洞襯砌混凝土裂縫成因及施工改進(jìn)措施

王戰(zhàn)抗

摘要：在水利工程地下隧洞襯砌施工中裂縫是非常多見(jiàn)的，嚴(yán)重影響了水工隧洞的穩(wěn)固性與安全性，施工單位應(yīng)認(rèn)識(shí)到控制裂縫問(wèn)題的重要性與必要性，積極尋找產(chǎn)生混凝土裂縫問(wèn)題的成因，從根本上控制水工隧洞的裂縫問(wèn)題。

關(guān)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(chǎn)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(xiàng)目而言，原材料的基礎(chǔ)性質(zhì)量十分關(guān)鍵，也是存在問(wèn)題較多的環(huán)節(jié)，技術(shù)人員選取的水泥品種不能滿足工程實(shí)際需求，水泥運(yùn)輸和存儲(chǔ)過(guò)程受潮結(jié)塊問(wèn)題等較為常見(jiàn)。

1.2配合比參數(shù)設(shè)計(jì)不同

正是由于水利工程項(xiàng)目和水工隧洞自身的特征，耐久性影響較大，若是不能結(jié)合實(shí)際情況深度貫徹落實(shí)執(zhí)行機(jī)制，就會(huì)造成混凝土裂縫問(wèn)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(nèi)，隨外界氣溫變化較大;砂石骨料貯存于搭設(shè)的保溫棚料倉(cāng)內(nèi)，在夏季或冬季進(jìn)行澆筑時(shí)，水泥、砂石骨料等原材料的溫度，變化較大。

1.4隧洞開(kāi)挖清理工作不到位

在工程項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中，洞段成型輪廓較差，甚至出現(xiàn)超挖以及欠挖問(wèn)題，造成襯砌工作結(jié)束出現(xiàn)空洞問(wèn)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(zhì)條件差，基巖破碎，巖型不均，構(gòu)造較復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，并伴有地下水滲出的圍巖，隧洞內(nèi)有地下水滲出，襯砌完成后，地下水無(wú)法排出，圍巖內(nèi)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(kāi)挖圍巖超、欠挖致使巖面不平順，產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力裂縫。由于超挖，致使混凝土的澆筑厚度加大，應(yīng)力重新分布，原設(shè)計(jì)的鋼筋型號(hào)就不能滿足結(jié)構(gòu)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(guān)鍵，若是出現(xiàn)漏振、振搗不足以及振搗過(guò)多等問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致整體襯砌工作受阻。

1.8施工原因分析

砂石骨料質(zhì)量較差，含泥量超標(biāo)或細(xì)度模數(shù)超標(biāo)，含水量變化較大;外加劑減水率、保塌性、緩凝等指標(biāo)不穩(wěn)定，原材料質(zhì)量不穩(wěn)定，致使混凝土工作性能較差。混凝土澆筑過(guò)程中，澆筑速度較快，間隔時(shí)間過(guò)短。襯砌臺(tái)車作業(yè)空間小，沒(méi)有分層多窗口下料，振搗棒拉料流動(dòng)，振搗不充分、不及時(shí)，易產(chǎn)生冷縫[2]。

1.9外界環(huán)境溫度影響

混凝土養(yǎng)護(hù)期間有穿堂風(fēng)，降低了混凝土表面溫度及濕度，形成內(nèi)、外溫度差。澆筑初期環(huán)境溫度偏低或偏高，混凝土內(nèi)外溫差大，形成溫度裂縫。

2水工隧洞襯砌混凝土裂縫的預(yù)防措施

2.1優(yōu)化混凝土配合比

不斷優(yōu)化調(diào)整配合比，在保證強(qiáng)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(fā)熱量。

2.2控制原材料及混凝土溫度

（1）控制水泥進(jìn)場(chǎng)溫度。為避免因水泥溫度過(guò)高，造成拌合混凝土出機(jī)溫度過(guò)高;拌和站內(nèi)設(shè)置兩個(gè)散裝水泥罐，新進(jìn)場(chǎng)散裝水泥暫不使用，優(yōu)先使用早先進(jìn)場(chǎng)的水泥，等待新進(jìn)場(chǎng)水泥充分散熱，對(duì)進(jìn)場(chǎng)水泥溫度進(jìn)行測(cè)量，確保水泥溫度符合使用要求。（2）夏季施工時(shí)，為降低拌合水溫度，混凝土拌合前將施工用的井水抽至儲(chǔ)水箱，進(jìn)一步降低拌合混凝土出機(jī)溫度。冬季則將骨料提前運(yùn)至拌合站棚內(nèi)預(yù)熱，拌和用水加熱，澆筑溫控全過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)。（3）適當(dāng)提高減水劑的緩凝成分，降低水泥水化反應(yīng)速度，均勻放熱。（4）夏季襯砌混凝土澆筑時(shí)間，安排在低溫時(shí)段施工[3]。

2.3引排水措施

（1）在隧洞施工過(guò)程中，排水系統(tǒng)的合理設(shè)置是施工環(huán)節(jié)的重要組成部分，為避免流出或滲出的地下水對(duì)隧洞的使用或運(yùn)行安全造成隱患，防止地下水進(jìn)入混凝土澆筑界面，在襯砌混凝土?xí)r，地下水處理以引排的方式為主，水量大時(shí)，在襯砌工作開(kāi)展前進(jìn)行阻水灌漿。（2）襯砌前系統(tǒng)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(shí)，在鋼筋制安工序施工前必須進(jìn)行系統(tǒng)的防排水，具體措施是在墻面布設(shè)排水盲管、防水布;（3）回填灌漿孔排水：在淋滲水點(diǎn)多的富水洞段襯砌后，及時(shí)把預(yù)留回填灌漿孔鉆深至巖面，利用回填灌漿進(jìn)行排水，避免襯砌面出現(xiàn)水擊穿裂縫加強(qiáng)開(kāi)挖過(guò)程施工控制根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，敞開(kāi)式TBM施工后，周邊圍巖受力均勻，無(wú)明顯超挖，混凝土襯砌后出現(xiàn)裂縫的機(jī)率及數(shù)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(qiáng)混凝土施工過(guò)程控制

（1）原材料進(jìn)場(chǎng)控制：對(duì)拌和系統(tǒng)稱量裝置定期進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)，加強(qiáng)砂石料含水、含泥量的檢測(cè)，及時(shí)調(diào)整混合料的用水量，保證混凝土的和易性。（2）嚴(yán)格控制混凝土的拌和質(zhì)量：嚴(yán)格按照試驗(yàn)室出具的配料單進(jìn)行混凝土拌制，嚴(yán)禁私自調(diào)整配合比，拌和站稱量偏差，必須滿足規(guī)范要求，適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，以滿足混凝土的均勻性，確保混凝土的攪拌質(zhì)量。（3）加強(qiáng)施工過(guò)程管控：加強(qiáng)混凝土的振搗，保證襯砌混凝土的均勻密實(shí)性，嚴(yán)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(guò)振[1]。（4）控制混凝土拆模時(shí)間：嚴(yán)格控制脫模時(shí)間，根據(jù)同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試塊檢測(cè)，襯砌混凝土頂拱強(qiáng)度超過(guò)5MPa，滿足拆模強(qiáng)度要求，為避免外水壓力大、水化熱高、腰線以下結(jié)構(gòu)受力大致使襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫，延遲拆模時(shí)間，混凝土澆筑完成后24h方可拆模。（5）加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)：根據(jù)規(guī)范要求，養(yǎng)護(hù)水溫與混凝土溫差不得大于25℃，為避免由于溫差過(guò)大產(chǎn)生混凝土裂縫，混凝土脫模后及時(shí)進(jìn)行混凝土溫度測(cè)量，在混凝土表面溫度低于45℃后，開(kāi)始進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不低于28d，養(yǎng)護(hù)期間確保混凝土表面處于濕潤(rùn)狀態(tài)。

2.5外界環(huán)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(fēng)門，控制空氣對(duì)流，保持洞內(nèi)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(bǔ)法

表面修補(bǔ)法是一種非常常見(jiàn)的處理裂縫的方法，主要用于一些沒(méi)有影響水工隧洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的裂縫修補(bǔ)[2]。在施工過(guò)程主要是在混凝土裂縫表面涂抹上一層環(huán)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(duì)水工隧洞整體穩(wěn)定性造成一定影響的裂縫中使用，也可以使用灌漿法修復(fù)對(duì)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(shè)備把膠結(jié)材料壓入到混凝土的裂縫中，使混凝土和膠結(jié)材料結(jié)合為一體，達(dá)到封堵裂縫的效果。目前較為常見(jiàn)的膠結(jié)材料主要有環(huán)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(guān)的止水材料。

3.3結(jié)構(gòu)加固法

若裂縫已經(jīng)嚴(yán)重影響到了水工隧洞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的安全性能，則應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)加固法進(jìn)行有效的控制處理裂縫。現(xiàn)階段較為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)加固方式主要有：增大混凝土截面面積、粘貼鋼板加固、構(gòu)件角部外包型鋼、增設(shè)支點(diǎn)加固等，通過(guò)對(duì)隧洞襯砌結(jié)構(gòu)缺陷部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)加固，從而改善裂縫對(duì)隧洞質(zhì)量的不利影響[3]。

結(jié)語(yǔ)：總之，在水工隧洞襯砌混凝土處理工作開(kāi)展過(guò)程中，要對(duì)影響因素進(jìn)行集中梳理和排查，有效整合管理標(biāo)準(zhǔn)和管控機(jī)制，對(duì)可能影響整體質(zhì)量的問(wèn)題進(jìn)行集中梳理，避免施工過(guò)程受到影響，從根本上提高工程質(zhì)量和安全性，為隧洞襯砌項(xiàng)目發(fā)揮其實(shí)際價(jià)值奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2]寧曉娜，劉忠富，龍翔.水工隧洞混凝土襯砌裂縫成因的調(diào)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.