隧道二襯混凝土開裂的施工因素分析及措施

呂 瀟

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司公路隧道分公司，四川 成都 610200)

0 前 言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度的不斷加快，越來(lái)越多的隧道被施工[1]。特別是在修建高速公路時(shí)，為了讓道路更加順暢，節(jié)省行程時(shí)間，當(dāng)?shù)缆酚龅缴襟w時(shí)就需要進(jìn)行隧道開挖。但是隧道施工過程中，受到多方面因素的影響，導(dǎo)致隧道二襯混凝土經(jīng)常出現(xiàn)裂縫[2]。不僅對(duì)隧道工程的美觀程度造成了不利影響，同時(shí)還會(huì)對(duì)其正常安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。因此，有必要對(duì)隧道二襯混凝土開裂問題進(jìn)行深入分析和研究，找到導(dǎo)致二襯混凝土裂縫問題的根本原因。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合具體情況采取針對(duì)性的措施，來(lái)對(duì)裂縫問題進(jìn)行有效預(yù)防，提升隧道工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量[3]。

1 工程概況

灰嘎隧道位于攀枝花至大理高速公路，出口位于攀枝花仁和區(qū)太平鄉(xiāng)境內(nèi)，隧道為分離式長(zhǎng)隧道，左線全長(zhǎng)2 342 m，最大埋深529 m；右線全長(zhǎng)2 358 m，最大埋深524 m。路基段左線長(zhǎng)210 m，右線長(zhǎng)188 m。隧道設(shè)計(jì)速度為80km/h，隧道路面直線段單向坡為2%，曲線段超高不大于±4%，最大縱坡小于3%，大于0.3%。隧道防水為二級(jí)，二次襯砌抗?jié)B等級(jí)不小于S8。公路等級(jí)為雙向四車道高速公路。以下結(jié)合該隧道工程案例，詳細(xì)描述隧道二襯混凝土開裂的類型、原因及控制措施。

2 二襯混凝土縫隙類型

隧道二襯混凝土的種類有很多種，其中溫差裂縫、變形裂縫、施工裂縫是比較常見的二襯混凝土縫隙類型。下面分別對(duì)這三種常見的裂縫類型進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2.1 溫差裂縫

二襯混凝土施工過程中會(huì)用到大量的水泥，水泥在硬化過程中會(huì)存在水化效應(yīng)。在這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生很多熱量，這些熱量如果不及時(shí)排走，會(huì)使混凝土的溫度出現(xiàn)一定程度的升高。根據(jù)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，最嚴(yán)重的時(shí)候可以使混凝土的溫度升高35 ℃。比如灰嘎隧道工程項(xiàng)目，混凝土澆筑時(shí)的溫度為28 ℃，但是在澆筑完成以后，混凝土內(nèi)部的溫度最高時(shí)達(dá)到了68 ℃。通常情況下，水泥發(fā)生水化作用產(chǎn)生的熱量需要經(jīng)過1～3天左右才能夠釋放出50%左右，需要經(jīng)過3～5天的時(shí)間才能將熱量徹底排出。具體的散熱時(shí)間受到周圍環(huán)境因素以及混凝土自身屬性的影響?；谝陨戏治隹梢钥闯觯炷猎谀踢^程中會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外形成較大的溫度差，從而在混凝土中產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過了混凝土的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫問題。

2.2 變形裂縫

在正式進(jìn)行混凝土澆筑前，由于沒有對(duì)邊墻以及仰拱基礎(chǔ)進(jìn)行徹底清理，導(dǎo)致在混凝土澆筑完成后，由于不同位置的雜物不一樣，導(dǎo)致不同區(qū)域的沉降也存在一定程度的差異。當(dāng)堵頭板或者模板臺(tái)車沒有進(jìn)行牢固固定時(shí)，或者沒有到達(dá)拆模時(shí)間就將模板拆除，或者在拆除模板過程中混凝土表面受到了外界較大的沖擊時(shí)，都有可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，進(jìn)而引發(fā)變形裂縫。根據(jù)已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，隧道二襯混凝土裂縫中載荷變形裂縫所占的比例居高不下。

2.3 施工裂縫

在對(duì)二襯混凝土進(jìn)行施工過程中，如果因?yàn)橥饨缫蛩貙?dǎo)致施工過程突然中斷。這種現(xiàn)象在實(shí)踐過程中經(jīng)常遇到，比如因?yàn)闄C(jī)械故障或者突然停電等原因，都有可能導(dǎo)致施工過程中斷。如果施工過程中斷時(shí)間過長(zhǎng)，超過了相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。那么再次進(jìn)行澆筑時(shí)，就會(huì)在交接部位產(chǎn)生施工裂縫。對(duì)于這種情況，在第二次進(jìn)行二襯混凝土澆筑之前，通常需要對(duì)原先的混凝土部位進(jìn)行鑿毛處理，然后再在上面涂抹水泥砂漿，再進(jìn)行混凝土的澆筑。通過這樣的措施，能夠有效避免施工裂縫的出現(xiàn)。

3 隧道二襯混凝土開裂的原因

3.1 地質(zhì)因素問題

隧道工程項(xiàng)目的性質(zhì)決定了施工質(zhì)量會(huì)受到地質(zhì)因素的影響，并且地質(zhì)條件對(duì)工程項(xiàng)目的影響程度比較嚴(yán)重。因?yàn)榈刭|(zhì)條件會(huì)對(duì)隧道工程的受力狀態(tài)產(chǎn)生決定性的影響，隧道開挖會(huì)對(duì)山體原本平衡的受力狀態(tài)產(chǎn)生影響。隧道頂部在自身重力以及外界傳遞到該部位的力的綜合作用下會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，當(dāng)這種變形達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致二襯混凝土產(chǎn)生裂縫。

3.2 施工進(jìn)度問題

一般情況下，為了壓縮整個(gè)工程項(xiàng)目的施工周期，加快施工進(jìn)度，隧道二襯混凝土都是緊跟在掌子面后面進(jìn)行施工。由于掌子面剛施工完成時(shí)間不久，附近區(qū)域的受力狀態(tài)還沒有達(dá)到平衡。在這樣的情況下，如果直接進(jìn)行二襯混凝土澆筑施工。隧道的圍巖出現(xiàn)沉降時(shí)就會(huì)導(dǎo)致二襯混凝土承受較大的作用力，進(jìn)而引發(fā)裂紋。

3.3 施工材料問題

混凝土澆筑施工時(shí)，各類原材料的質(zhì)量必然會(huì)對(duì)澆筑質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。尤其是水泥的質(zhì)量，對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量有非常重要的影響。通常情況下，水泥中包含的游離氧化鈣含量應(yīng)該不超過1%，水泥的比表面積應(yīng)該在300～350 m2/ kg。當(dāng)前階段整個(gè)水泥市場(chǎng)處于供大于求的局面，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，很多水泥生產(chǎn)廠家為了贏得客戶，一味的壓低價(jià)格。為了降低水泥生產(chǎn)成本，在水泥中添加了過量的粉煤灰、礦粉等物質(zhì)。通過添加這些物質(zhì)能夠在一定程度上降低水泥的生產(chǎn)成本，但是會(huì)對(duì)其質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的影響。已有的理論和實(shí)踐結(jié)果都表明，水泥中包含的游離氧化鈣含量太高時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致水泥的體積穩(wěn)定性出現(xiàn)降低，當(dāng)這種穩(wěn)定性降低到一定程度時(shí)，就導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂紋。另外，水泥中包含的堿太多時(shí)，也容易導(dǎo)致出現(xiàn)混凝土開裂現(xiàn)象。因?yàn)榛炷林羞^量的堿會(huì)與骨料中包含的二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)過程會(huì)導(dǎo)致混凝土體積膨脹，進(jìn)而引發(fā)裂紋。

3.4 施工爆破影響

隧道在開挖過程中經(jīng)常會(huì)涉及到爆破問題，爆破過程中產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)必然會(huì)對(duì)附近的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，尤其是會(huì)影響隧道圍巖的穩(wěn)定性。當(dāng)圍巖還不是非常穩(wěn)定時(shí)，一旦遇到爆破施工，就會(huì)導(dǎo)致二襯混凝土承受較大的力。當(dāng)外部施加在二襯混凝土的力超過混凝土結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

4 隧道二襯開裂的處理和預(yù)防措施

4.1 做好地質(zhì)勘察工作

在對(duì)隧道工程項(xiàng)目進(jìn)行正式施工前，需要對(duì)附近區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行系統(tǒng)全面的勘察，包括工程項(xiàng)目附近的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文特征、氣候條件等。這些信息數(shù)據(jù)是做好隧道工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工的重要依據(jù)。在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該充分考慮地質(zhì)情況合理設(shè)計(jì)布局結(jié)構(gòu)，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)以及二襯混凝土結(jié)構(gòu)都具備有充足的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)二襯混凝土裂縫。在工程項(xiàng)目施工階段，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)際的地質(zhì)條件與前期勘察結(jié)果存在差異，就需要第一時(shí)間對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行變更，使之更加符合實(shí)際情況。只有這樣才能夠降低地質(zhì)因素對(duì)隧道工程項(xiàng)目的影響，防止隧道二襯混凝土出現(xiàn)裂縫。

4.2 做好施工進(jìn)度計(jì)劃

隧道在施工過程中，很多情況下為了壓縮施工周期，提升施工速度，都是在掌子面完成施工后馬上進(jìn)行二襯混凝土的澆筑施工。由于掌子面剛完成施工，附近的圍巖結(jié)構(gòu)還不是特別穩(wěn)定。圍巖結(jié)構(gòu)從不穩(wěn)定狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)過程中會(huì)發(fā)生微小的變形，變形產(chǎn)生的力都會(huì)作用在二襯混凝土中?；谶@種情況，在完成掌子面施工后，不應(yīng)該馬上進(jìn)行二襯混凝土澆筑，而是應(yīng)該對(duì)附近的圍巖結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。經(jīng)過一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)圍巖結(jié)構(gòu)不再發(fā)生變化時(shí)，再進(jìn)行二襯混凝土澆筑工作。通過對(duì)施工進(jìn)度的調(diào)整，能夠有效規(guī)避圍巖結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的二襯混凝土裂縫現(xiàn)象。

4.3 加強(qiáng)材料性能管控

水泥在正式投入使用前，對(duì)其內(nèi)部包含的游離氧化鈣含量進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，同時(shí)也有必要對(duì)比表面積進(jìn)行檢測(cè)。所有進(jìn)入施工場(chǎng)地的水泥都必須進(jìn)行抽檢，抽檢滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求后才能夠正式進(jìn)入場(chǎng)地投入使用，否則直接退回廠家處理。水泥混凝土在拌制過程中，需要對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，確保滿足實(shí)際使用需要?？紤]到水泥混凝土中水泥質(zhì)量的重要性，在對(duì)水泥進(jìn)行采購(gòu)時(shí)應(yīng)該優(yōu)先選擇大品牌、大廠家的貨源，因?yàn)樗鼈兩a(chǎn)的水泥可靠性更高。水泥運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地后，需要對(duì)其合理的存儲(chǔ)，如果存儲(chǔ)措施不當(dāng)會(huì)使水泥的性能大打折扣。拌制水泥混凝土?xí)r，各種細(xì)骨料和粗骨料嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，必須達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)才能夠投入使用。

水泥混凝土生產(chǎn)過程中通常需要添加一定的減水劑，使用的減水劑必須要有出廠合格證明。進(jìn)入施工場(chǎng)地投入使用前還需要對(duì)每個(gè)批次的減水劑材料進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以確保其勻質(zhì)性。注意減水劑材料的保存，尤其是在夏季，不得將其放置在室外進(jìn)行暴曬。

4.4 合理設(shè)計(jì)爆破任務(wù)

隧道工程項(xiàng)目施工過程中，爆破工作是不可避免的。但是爆破任務(wù)又會(huì)在一定程度上影響二襯混凝土的穩(wěn)定性，使其產(chǎn)生裂紋。為了盡可能降低爆破過程對(duì)二襯混凝土穩(wěn)定性造成的影響，對(duì)于可以不進(jìn)行爆破的地方盡量不進(jìn)行爆破。對(duì)于確實(shí)需要進(jìn)行爆破的地方，需要綜合考慮多方面因素對(duì)爆破的位置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，此外也要對(duì)爆破強(qiáng)度進(jìn)行控制。通過對(duì)爆破任務(wù)的合理設(shè)計(jì)和控制，能夠有效避免爆破因素導(dǎo)致的二襯混凝土裂紋問題。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于上述分析可以看出，隧道施工過程中二襯混凝土裂縫的類型是多樣的，導(dǎo)致二襯混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縫隙的原因也是多方面的。實(shí)際施工過程非常復(fù)雜，二襯混凝土出現(xiàn)裂縫必然是多方面原因綜合作用的結(jié)果。本文對(duì)二襯混凝土裂縫問題進(jìn)行深入的分析和研究，對(duì)于更好的把控二襯混凝土縫隙問題，進(jìn)而在實(shí)踐過程中更好地控制它，具有重要的實(shí)踐意義。

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