试探公路衬砌隧道防裂策略

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摘要：本文介绍了公路隧道衬砌裂缝基本形态和裂缝形成的原因，提出了具体的防治措施，供大家参考。

关键词：隧道衬砌裂缝；工程地质；围岩；施工工艺

一、前言

随着国民经济的发展，各地区新建公(铁)路越来越多，隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二次衬砌施工普遍采用整体式钢模板台车、泵送混凝土施工工艺，但混凝土硬化过程中产生的裂缝不仅影响了美观，还给工程质量留下了隐患。施工中必须采取合理的工程技术措施，控制和减少混凝土中裂缝的数量和宽度。本文分析了混凝土裂缝产生的原因，提出了缓解裂缝产生的措施，并介绍了几种常见的裂缝治理方法。

二、衬砌裂缝基本形态

结合工程地质条件、施工状况分析以及衬砌裂缝的基本形态表述，从力学性质上分析衬砌裂缝可分为三类：

剪切裂缝。主要为拱腰处衬砌混凝土受剪切应力作用而开裂，甚至出现错位，呈纵向、斜线或x型交叉分布。剪切裂缝主要是由于偏压、围岩的承压力不足、纵向沉降差和其它施工因素引起的。

拉裂缝。由于隧道衬砌混凝土的干缩、热胀冷缩和衬砌外侧围岩阻碍了衬砌的自由胀缩，在衬砌内部产生温度应力。混凝土抗拉强度远远低于抗压强度，故常能抵抗升温时产生的压应力，而难以抵抗降温时产生的拉应力。一般混凝土所能承受的降温只有7一l0℃，都可能在隧道衬砌内产生环向和纵向裂缝。这些裂缝不仅影响隧道衬砌的受力，而且是隧道渗漏水的通道。

弯曲受压开裂：主要为拱顶处衬砌混凝土受压开裂。由于衬砌两侧受压，拱顶上升，衬砌内侧受压产生劈裂，外侧受拉产生“V”字形拉裂缝，当两者进一步发展时产生贯通裂缝，使裂面处于不稳定状态。

三、裂缝形成的原因分析

混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计，施工不规范造成的混凝土裂缝占80％左右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15％左右，设计不当引起的裂缝可能占5％。

（一）设计粗糙，建设、监理单位工作随意性大

由于多方面的原因，勘察设计单位无法深入地开展地质勘探工作，隧道围岩类别评价及支护结构设计缺乏科学依据，带有一定的盲目性。个别建设单位限于自身管理和专业技术水平的欠缺，任意变更原设计。少数工程由业主的内部人员组成监理机构，监理工作失去了独立性。随着建筑市场的规范，这些问题会逐步得到解决。

（二）施工工艺或现场操作不规范

隧道开挖成型差，衬砌混凝土厚度严重不均匀；欠挖或初期支护侵入衬砌限界，造成衬砌混凝土厚度不足。个别隧道衬砌混凝土背后存在脱空现象。

未开展监控量测工作，仅凭经验来确定二次衬砌的施作时间，安全可靠性差，造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。

混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加剂的掺加随意性大，没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。

采用整体式钢模板台车施工，混凝土浇筑时不振捣或漏振，混凝土均质性差。

盲目追求施工进度，随意提前脱模时间，使低强度混凝土过量承受荷载，破坏了混凝土结构。脱模后没有进行混凝土的潮湿养护。

夏季施工时砂、石料露天堆放，无切实有效的降温措施，混凝土入模温度高。冬期施工时采取的防寒保温措施不力。

（三）原材料质量差、配合比设计不合理

水泥品种选择不当，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂级配差，含泥量超标，碎石中石粉含量大，针、片状物过多，影响了水泥与骨料的胶结。

进行配合比设计时，忽视水泥用量增多对混凝土品质的影响，错误认为水泥用量越多，混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导，往往达不到预期的效果。

（四）施工因素及其引起的裂缝

施工因素可以说在整个隧道的建设过程中是最不确定的一个因素。之所以提出这个非技术原因，是因为施工因素已经成为造成隧道衬砌裂缝的重要原因。常见的主要施工因素有：施工所用材料质量不达标，存在偷工减料问题；野蛮施工；不按设计施工；不按程序施工；对于超挖段和塌方段回填不及时、不完全。

对于由施工因素引起的衬砌裂缝在很多文献中都可以看到，此处不详述。

四、预防混凝土裂缝的措施

（一）提高设计精度

加强工程前期地质工作，为设计提供详尽的工程地质、水文地质勘探资料，提高设计的质量。

（二）把好材料进场关，严格控制原材料的质量和技术标准

水泥。施工现场多使用普通硅酸盐水泥，但应尽量减少单位水泥用量。不同品牌、不同规格、不同批次的水泥不能混用。

碎石。根据泵送管路的内径，尽可能选用较大粒径的碎石。严格控制含泥量≤1％，针、片状物含量≤15％，粒径以5～31．5mm为宜，最大不超过40mln。

砂。采用级配良好的中砂，细度模数应为3．0～2．3，粒径小于0．315mm的颗粒含量所占比例宜为15～20％，严格控制含泥量在3％以内。为方便混凝土的运输、泵送和浇筑，砂率取35％～45％。

水。最好选用饮用水。当采用其他水源时，应按国家现行《砼拌合用水标准》(JGJ63)的规定进行检验，PH值应大于4。水灰比越大，混凝土的干燥收缩越大。严格控制泵送混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。施工中水灰比在0．45～0．55之间，混凝土入泵塌落度控制在（12±2)cm。

掺合料。推广掺加粉煤灰和膨胀剂的双掺技术，等量替代水泥，以减少水泥用量。对强度等级C25以下的混凝土，粉煤灰掺量一般为水泥用量的10％～15％，膨胀剂掺量为水泥用量的8％～12％，具体掺量需经试验确定。

粉煤灰比表面积小，需水量低，不仅能有效降低混凝土的干燥收缩值，还可以改善混凝土的流动性、粘聚性和保水性。在水泥中掺入原状或磨细粉煤灰后，可以降低混凝土中水泥的水化热，推迟水化热峰值的出现，减少绝热条件下的温升，有利于控制温度裂缝的产生。粉煤灰的掺加在水工大体积混凝土施工中应用比较广泛，由于认识、技术上的原因，目前在山岭隧道施工中应用较少。

掺加适量的膨胀剂可以补偿混凝土的收缩，增加密实度，提高混凝土防渗抗裂能力。

外加剂。高效减水剂能够有效减少拌合用水，降低水化热，延缓水化热释放速度，从而减少温度裂缝，但掺量过多，会引起混凝土的肿胀和开裂。施工时必须慎重选择外加剂的品种和掺量。

（三）严格混凝土施工工艺

提高钻眼技术水平，优化钻爆参数，提高光面爆破效果，加强隧道开挖断面检测，严格控制超欠挖，为衬砌施工创造良好的条件。

次衬砌施作时间，应在围岩和初期支护变形基本稳定时进行。当围岩变形较大、流变特性明显，需提前进行二次衬砌时，必须对初期支护或衬砌结构进行加强。

混凝土的拌合

①严格按施工配料单计量，定期检查校正计量装置。加强砂石料含水率检测，及时调整拌合用水量。

②控制混凝土的入模温度。夏季施工时，当气温高于32℃时，砂石料、搅拌机应搭设遮阳棚，用冷水冲洗碎石降温。尽量安排在夜间浇筑混凝土。

混凝土的灌注

①混凝土在运输和泵送过程中严禁加水。

②适当放慢灌注速度，两侧边墙对称分层灌注，到墙、拱交界处停1h～1．5h，待边墙混凝土下沉稳定后，再灌注拱部混凝土。

③混凝土灌注过程中必须振捣，提高混凝土的密实度和均质性，减少内部微裂缝和气孔，提高抗裂性。

混凝土的脱模、养护

①混凝土拆模时的强度必须符合设计或规范要求，严禁未经试验人员同意提前脱模，脱模时不得损伤混凝土。

②传统的混凝土洒水养护方法，增加了隧道内的文明施工难度，洒水也不均匀，使混凝土早期强度得不到保证。建议使用喷涂混凝土养护液的方法进行养护。

五、结束语

公路隧道衬砌裂缝的治理是一项综合性很强的施工技术，它需要有经验的工程师及时分析施工进展与现场施工数据，调整原设计方案施工细节，以便施工措施更能符合病害实际情况，从而避免在治理段重新产生新的病害。