試析隧道混凝土襯砌裂縫的成因及處理

孟渭存

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，隧道工程得到了快速發(fā)展與進(jìn)步，在隧道工程中，混凝土襯砌裂縫是非常常見的質(zhì)量通病，會對后期的施工和運營造成安全隱患。本文將對隧道混凝土襯砌裂縫進(jìn)行了分類并對裂縫出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，針對裂縫出現(xiàn)的原因和分類提出合理的處理對策，希望為隧道工程類似問題提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】混凝土襯砌裂縫 隧道施工 修補工藝探究

近年來，隨著橋梁道路施工建設(shè)水平的提高以及施工工藝的進(jìn)步，越來越重視各種質(zhì)量問題的控制，隧道工程所占的比例較大，并且作為一項基礎(chǔ)施工，對質(zhì)量有著更為嚴(yán)格的要求，在建設(shè)與運營當(dāng)中，經(jīng)常存在襯砌裂縫，這已經(jīng)成為一項質(zhì)量通病，嚴(yán)重威脅到行車安全以及施工的穩(wěn)定性。由此，加強對隧道裂縫產(chǎn)生的原因分析，并提出合理的解決對策尤為重要。

1 隧道混凝土襯砌裂縫產(chǎn)生的原因以及類型

1.1 裂縫類型

隧道施工中混凝土是必不可少的施工材料，但在應(yīng)用中受各種因素的影響會出現(xiàn)裂縫。通常，可以將隧道襯砌裂縫分為如下幾種：縱向裂縫、內(nèi)環(huán)向裂縫以及斜向的裂縫等。其中，危險性最大的是縱向裂縫，一旦出現(xiàn)縱向裂縫將容易造成墻面的坍塌或者掉拱等，并沿著縱向的裂縫進(jìn)行加深，危及到整個隧道的穩(wěn)定性，受力性質(zhì)為：壓裂、張拉、拉裂等；出現(xiàn)剪裂時會出現(xiàn)掉塊，剪裂通常會與隧道斷面呈一個30°斜角，按照襯砌裂縫產(chǎn)生的規(guī)律可以將其分為早期的溫度裂縫、干縮裂縫以及外力荷載裂縫等。施工中的很多因素都會出現(xiàn)這些裂縫，對正常施工帶來阻礙，下面就對隧道混凝土襯砌裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析[1]。

1.2 隧道裂縫產(chǎn)生的原因

溫度應(yīng)力裂縫。溫度裂縫是最為常見的，在施工的過程中，水泥與水結(jié)合后產(chǎn)生的水化熱會使其溫度升高，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部與表面產(chǎn)生溫度差，如果內(nèi)外溫差超過25℃，在溫度應(yīng)力的作用下就會出現(xiàn)裂縫。混凝土表面溫度與空氣溫度差超過15℃也會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，也會產(chǎn)生裂縫。

干縮裂縫。在進(jìn)行二次襯砌過程中，混凝土凝結(jié)硬化，在變硬過程中水分會急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時骨料和水泥之間產(chǎn)生不均勻的伸縮變形。整體鋼模與外圍巖石約束的影響下，還會出現(xiàn)徐變應(yīng)力，如果此時的應(yīng)力值比混凝土的抗拉強度高，將出現(xiàn)明顯的裂縫規(guī)律，主要影響因素包括砂石粗細(xì)程度、級配效果以及水灰比、外加劑的使用等[2]。

特殊地質(zhì)環(huán)境情況下，還會產(chǎn)生其他類型的裂縫，很多時候因為地質(zhì)勘察不清楚或者設(shè)計方案不合理，都會出現(xiàn)裂縫。隧道受外圍巖土松動壓力影響較大時，大面積變形巖體的擠壓，將促使隧道出現(xiàn)不勻稱的受力效果，產(chǎn)生高地應(yīng)力，致使外圍的巖石不斷膨脹，隧道受力也隨之狀態(tài)改變，會出現(xiàn)應(yīng)力集中使隧道結(jié)構(gòu)變形或者扭曲、隆起、侵蝕等情況，影響到施工的整體質(zhì)量。

地下水作用也不可忽視，主要就是因為滲流以及侵蝕作用下使混凝土強度降低，厚度減?。凰淼篮芏鄷r候需要穿越復(fù)雜的地理區(qū)域，同時，降雨或者排水都可能引起隧道周圍的水壓出現(xiàn)變化，從而產(chǎn)生襯砌裂縫[3]。

施工縫。二次襯砌混凝土施工中，機械故障或者停電等行為使混凝土澆筑終止，或者澆筑時間超出了最佳的凝結(jié)時間，不能進(jìn)行及時的連續(xù)作業(yè)，由此產(chǎn)生裂縫；二次襯砌前不能對仰拱進(jìn)行鑿毛處理，如果直接在原有的混凝土上襯砌，容易在新舊混凝土接茬處出現(xiàn)裂縫。

2 隧道混凝土襯砌裂縫的修補方法

2.1 直接涂抹法

對于不同的裂縫需要結(jié)合具體的施工情況與施工工藝使用不同的修補方法，一般寬度在0.2～0.4mm之間的小裂縫可以使用最簡單的直接修補法，因為沒有明顯的變形與滑移或者滲水情況，結(jié)構(gòu)承載力作用不是很大，更不會影響到結(jié)構(gòu)安全。對此，出于外觀考慮，可以先對裂縫表面進(jìn)行清洗，保持面部的整潔，然后在裂縫處涂抹膩子，反復(fù)涂幾遍，然后刮抹料并進(jìn)行顏色調(diào)和，使混凝土表面的顏色與襯砌混凝土顏色基本一致。

2.2 埋管注漿法

埋管注漿法適合應(yīng)用在裂縫寬度為0.4～0.8mm的裂縫修補上，這種裂縫多是貫通性裂縫，同時，危害也是非常大的，必須結(jié)合施工內(nèi)外部環(huán)境選擇適合的修補方法，加強修補。沿著裂縫刻一個溝槽，每間隔30cm對溝槽進(jìn)行鉆孔，先鉆一次，深度控制在襯砌厚度的1/2～2/3，且不小于13cm。鉆孔完成以后要在孔內(nèi)安裝一個壓漿管道，直徑控制在15mm左右，固定使用材料為環(huán)氧樹脂砂漿，抹實使用灰刀砂漿，反復(fù)幾次，直到表面抹平變得均勻。環(huán)氧樹脂砂漿需要控制好配比，通常按照如下比例進(jìn)行配比，環(huán)氧樹脂：水泥砂漿：細(xì)砂：二丁醇，按照1：1.5：3.0：0.2的比例配比。需要注意的是，環(huán)氧樹脂砂漿強度必須控制在0.12～0.4MPa左右，在達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)時向水泥中添加適量的水泥玻璃漿液與環(huán)氧樹脂漿液，充分對其配比并攪拌均勻，完成壓漿以后對配比效果進(jìn)行試驗，如果試驗合格才能進(jìn)行裂縫修補，用刮抹涂料的方法對調(diào)色料優(yōu)化處理[4]。如圖1所示。

2.3 修補密集裂縫

在對密集裂縫修補過程中，適合應(yīng)用在襯砌混凝土的背后空洞狀態(tài)或者襯砌厚度不夠引起的密集型裂縫中，將間距控制為2m，在此處周圍交叉方式進(jìn)行布點，將其鑿成一個方形槽，大小規(guī)格控制為12cm×10cm左右，深度控制位6cm左右，再向其中打進(jìn)去一個注漿錨桿，注意不能讓錨桿接觸到襯背側(cè)的防水層，防止出現(xiàn)滲水，在向其中灌注漿時，按照如下比例進(jìn)行注漿配比；灰砂：水泥砂漿，即，1：2，水泥砂漿：灰砂，即1：3，具體修補過程中，需要將注漿的壓力控制在0.4～0.76MPa左右，完成了注漿以后，如果達(dá)到了規(guī)定壓力標(biāo)準(zhǔn)，但是砂漿壓實不夠時，則表示已經(jīng)達(dá)到限度，可以在注漿過程中應(yīng)用環(huán)氧樹脂砂漿，將其作為抹平的主要材料，最后使用刮抹方法調(diào)和料。

2.4 粘貼碳纖維布

為了使隧道襯砌更加牢固，減少出現(xiàn)裂縫，可以在完成裂縫注漿以后在表面黏貼一層寬的碳纖維布；將襯砌表面的防火涂料去除，留出適當(dāng)?shù)膶挾龋瑢⒒炷两Y(jié)構(gòu)露出，整平表面，按照設(shè)計要求灌縫或者對裂縫進(jìn)行封堵，然后將碳纖維黏貼膠涂抹上，最后粘貼碳纖維布。黏貼碳纖維布的方法比較適合荷載較小的裂縫，如果裂縫的面積較大，則不適合使用這種方法，會增加修補的成本。

3 加強混凝土質(zhì)量的建議

為了減少在施工中產(chǎn)生襯砌裂縫等問題，造成不必要的麻煩，需要在施工前就做好地質(zhì)勘察，收集詳盡的地質(zhì)工程資料以及水文資料等，了解隧道斷面的強度、斷面形式、襯砌的厚度以及配筋的形式、裂縫位置、設(shè)計參數(shù)等。

（1）合理劃分襯砌施工長度，提高混凝土臺車加工、安裝質(zhì)量，定期檢查混凝土臺車及攪拌機器，保證其能正常的運行。

（2）把好材料關(guān)，加強對混凝土的拌和，并在澆筑中加強監(jiān)督管理，安排技術(shù)人員在攪拌的過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與施工規(guī)范配比材料，保證混凝土的配比比例符合施工的標(biāo)準(zhǔn)。同時，在攪拌的過程中嚴(yán)格控制混凝土內(nèi)外的溫度差，從根本上保證混凝土的強度。

（3）控制好二襯施作的時間，加強監(jiān)控量測，二襯盡可能在在圍巖與初期支護(hù)變形穩(wěn)定以后進(jìn)行，如果圍巖穩(wěn)定性不夠，則要提前進(jìn)行二次襯砌，加固初期支護(hù)，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強。

（4）加強對外部應(yīng)力的預(yù)控，及時做好應(yīng)急方案。比如，高地應(yīng)力、膨脹土造成的隆起、黃土隧道地基承載力不足出現(xiàn)的不均勻沉降等。提前做好相應(yīng)的加強處理措施，以防止外部應(yīng)力對襯砌的破壞。

4 結(jié)語

隧道施工面臨的內(nèi)外部影響因素較多，混凝土襯砌裂縫是非常常見的質(zhì)量通病，也讓施工單位備受困擾，為此，要想使隧道穩(wěn)定性與安全性增強，減少裂縫，最重要的就是明確混凝土襯砌裂縫產(chǎn)生的原因，實施可靠、合理的修補方法，進(jìn)而將隧道施工質(zhì)量提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]張帥.隧道混凝土襯砌裂縫成因分析及擴展規(guī)律研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015（10）：957-957.

[2]王曉明，劉斌.隧道混凝土結(jié)構(gòu)病害成因分析及其健康診斷研究[J].混凝土，2010（7）：89-91.

[3]戴成元，韓汀.隧道混凝土襯砌裂縫成因分析及擴展規(guī)律研究[J].巖土工程界，2010，8（12）：71-73.

[4]卞康，肖明.水工隧洞襯砌水壓致裂過程的滲流-損傷-應(yīng)力耦合分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010，29（z2）：3769-3776.