隧道工程襯砌混凝土裂縫的原因與預(yù)防

張鵬 劉洋

摘 ?要：在隧道工程施工過程中出現(xiàn)的二次襯砌水泥混凝土裂縫是具有一定普遍性的品質(zhì)缺陷。文章對在隧道工程施工過程中出現(xiàn)的二次襯砌水泥混凝土裂縫的主要原因，指出二次襯砌水泥混凝土裂縫的防止和整治方法，對提升二次襯砌水泥混凝土襯砌現(xiàn)場作業(yè)水平有積極的借鑒參考價值。

關(guān)鍵詞：隧道工程作業(yè);水泥混凝土開裂;原因研究;預(yù)防

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）19-0127-02

Abstract： The secondary lining cement concrete crack in the process of tunnel construction is a universal quality defect. According to the main causes of cement concrete cracks in secondary lining during tunnel construction， this paper points out the prevention and treatment methods of secondary lining cement concrete cracks， which has positive reference value to improve the on-site operation level of secondary lining cement concrete lining.

Keywords： tunnel engineering operation; cement concrete cracking; cause study; prevention

引言

伴隨著我國國民經(jīng)濟高速穩(wěn)定的發(fā)展，新修公鐵路橋梁隨之大幅度增加，隧道工程在道橋施工項目中所占的比例逐漸提升。隧道工程中二次襯砌作業(yè)常規(guī)來講使用一體式鋼質(zhì)模板過跨平車、泵送水泥混凝土作業(yè)解決方案，但水泥混凝土在自然發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中出現(xiàn)的縫隙不但影響了外觀的觀賞度，還為工程質(zhì)量埋下了巨大的安全隱患?，F(xiàn)場作業(yè)過程中需要采用適當(dāng)?shù)墓こ碳夹g(shù)操作解決方案，用來把控和降低水泥混凝土中縫隙的數(shù)量與程度。文章研究了水泥混凝土縫隙出現(xiàn)的原因，指出了規(guī)避縫隙出現(xiàn)的相關(guān)解決方案措施，并且介紹了若干種比較常規(guī)的縫隙整治處理方案。

1 隧道工程水泥混凝土縫隙的種類

隧道工程襯砌水泥混凝土縫隙種類一般分為如下幾種：干燥收縮縫隙、溫度變化縫隙、外界應(yīng)力作用導(dǎo)致的變形縫隙、作業(yè)預(yù)留伸縮縫隙沒能正確處置引起的接續(xù)縫隙等等。

1.1 隧道工程水泥混凝土干燥收縮縫隙

水泥混凝土在固化進程中，內(nèi)部水分漸漸被蒸發(fā)，導(dǎo)致水泥混凝土中的凝固膠體體積收縮，發(fā)生變形，因為其外形受到圍巖和模具板的阻礙，隨之產(chǎn)生內(nèi)部的變形應(yīng)力，應(yīng)力作用數(shù)值一旦超過了水泥混凝土的抗拉力限度，就會產(chǎn)生干燥收縮縫隙。干燥收縮縫隙多發(fā)生在工程表面，分布呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)。

1.2 隧道工程水泥混凝土溫度變化產(chǎn)生的縫隙

水泥混凝土水化反應(yīng)過程中將會放出大量的熱能，在水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表層之間會因為溫度梯度進而產(chǎn)生載荷，當(dāng)溫度發(fā)生變化所產(chǎn)生的載荷大于水泥混凝土內(nèi)部和外部的限制應(yīng)力的同時，便會發(fā)生溫度變化縫隙。縫隙的寬度一般來說在冬季比較大，在夏季比較小。

1.3 隧道工程水泥混凝土作業(yè)縫隙（接茬縫隙）

在現(xiàn)場作業(yè)進程中因為停電、設(shè)備發(fā)生故障等因素使得水泥混凝土灌注間斷時間大于水泥混凝土的初始凝固時間，后續(xù)在灌注水泥混凝土的時候，原先的水泥混凝土基層外表面沒能實行鑿毛作業(yè)，或鑿毛作業(yè)以后沒能用水沖刷潔凈，同時也沒有鋪設(shè)水泥混凝土砂漿基層，就在原有水泥混凝土表層灌注水泥混凝土，導(dǎo)致新、老水泥混凝土接縫之間產(chǎn)生縫隙。

2 隧道工程水泥混凝土縫隙產(chǎn)生的成因研究

水泥混凝土縫隙產(chǎn)生的原因相當(dāng)復(fù)雜，一般是由許多種有害因素結(jié)合施加混合之后的結(jié)果。根據(jù)相關(guān)資料顯示，由于作業(yè)不合規(guī)導(dǎo)致的水泥混凝土縫隙大約占80%左右，隧道工程建筑原材料品質(zhì)差或者各原材料混合配例不合適導(dǎo)致的縫隙大約占15%左右，因為理論設(shè)計疏漏導(dǎo)致的縫隙大約占5%左右。

2.1 隧道工程理論設(shè)計不嚴(yán)謹(jǐn)，施工、監(jiān)理相關(guān)企業(yè)工作態(tài)度不認(rèn)真不敬業(yè)

因為許多方面的因素，相關(guān)勘測理論設(shè)計企業(yè)不能深層次地展開施工現(xiàn)場地質(zhì)勘探作業(yè)，隧道工程圍巖種類評估和支撐保護構(gòu)造理論設(shè)計缺少科學(xué)合理的根據(jù)，存在一定的盲目性。某些施工建設(shè)企業(yè)受限于本身管控與專業(yè)解決方案技術(shù)能力的制約，隨意更改原理論施工方案。一小部分隧道工程是由甲方的內(nèi)部相關(guān)工作人員構(gòu)成監(jiān)理組織架構(gòu)，導(dǎo)致監(jiān)理程序喪失了獨立性和客觀性。近些年來伴隨著建筑工程行業(yè)越來越規(guī)范，上述這些問題將會逐漸得以妥善解決。

2.2 隧道工程施工工藝流程或者現(xiàn)場作業(yè)不合規(guī)

（1）隧道工程挖掘成型效果不良，襯砌水泥混凝土壁厚非常不均勻;欠挖或者早期支撐保護滲入襯砌層限界內(nèi)，導(dǎo)致隧道工程襯砌水泥混凝土壁厚不夠。少數(shù)隧道工程襯砌水泥混凝土背后可能存在鏤空現(xiàn)象。（2）沒有展開監(jiān)控測量作業(yè)，僅僅依靠過往相關(guān)施工經(jīng)驗來敲定二次襯砌層的作業(yè)時間，導(dǎo)致安全穩(wěn)定性差，致使二次襯砌層超出理論設(shè)計應(yīng)力可以承載的圍巖層壓力。（3）使用一體式鋼質(zhì)模板臺車作業(yè)時，水泥混凝土灌注時不攪拌或者漏振，水泥混凝土均勻性較差。

3 水泥混凝土縫隙的整治

水泥混凝土屬于多種建筑原材料構(gòu)成的脆性材料，縫隙的產(chǎn)生是客觀必然的。作為相關(guān)施工企業(yè)需要強化襯砌層水泥混凝土的作業(yè)管控，規(guī)避或者降低水泥混凝土縫隙的產(chǎn)生。關(guān)于已經(jīng)產(chǎn)生的縫隙，需要深層次研究其主要原因，區(qū)分是有害縫隙還是無害縫隙，并且針對有害縫隙實行適當(dāng)?shù)奶幹?，阻止縫隙繼續(xù)擴大，進而影響襯砌層構(gòu)造的穩(wěn)定性。

3.1 水泥混凝土細(xì)小縫隙

隧道工程襯砌層水泥混凝土表層經(jīng)常會產(chǎn)生一些不具備延展性的細(xì)小縫隙，此類縫隙通常是穩(wěn)定的，一般情況下能夠自愈，不能影響主體構(gòu)造的日常使用與耐久性。從美觀層面考慮，可事先沖洗清潔縫隙表面，隨后涂抹環(huán)氧樹脂漿液2～3遍，最后使用刮抹涂料、調(diào)色涂料處置水泥混凝土表層，使其外觀顏色和周邊襯砌層水泥混凝土顏色相同。

3.2 水泥混凝土貫穿性縫隙

貫穿性裂縫（見圖1）的危害性很大，需要采用行之有效的處理方法。用清水沖洗雜物，插入壓漿管，利用砂漿錨固，用灰刀抹光。

4 防止或者延緩隧道工程使用水泥混凝土產(chǎn)生縫隙的工藝方法

4.1 提升隧道工程施工作業(yè)精度

提升隧道工程早期地質(zhì)勘探準(zhǔn)備工作質(zhì)量，為施工工藝提供詳細(xì)的隧道工程地質(zhì)勘探、水文地形勘探等相關(guān)技術(shù)資料，大幅提升隧道工程施工的質(zhì)量。

4.2 嚴(yán)格把控優(yōu)質(zhì)原材料進場這一關(guān)，嚴(yán)格管控隧道工程原材料的品質(zhì)與相關(guān)技術(shù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

（1）隧道工程使用水泥混凝土

隧道工程作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)該盡可能的應(yīng)用普通硅酸鹽水泥混凝土，但是應(yīng)該盡可能降低單位水泥混凝土的使用數(shù)量。各種各樣不同品牌、不同型號規(guī)格、不同生產(chǎn)批次的水泥混凝土絕對不允許在一起混合使用。

（2）隧道工程使用碎石原材料

依據(jù)泵送管路內(nèi)壁的直徑，應(yīng)該盡量使用直徑比較大的粒徑碎石。嚴(yán)格管控含泥量小于等于1%，針型和片狀物含量小于等于15%的粒徑。

以5～31.5mm為最佳參數(shù)范圍，最大值不應(yīng)該超過40mm。

（3）隧道工程砂石原材料

使用級別優(yōu)良的中等品質(zhì)的砂石，細(xì)度模數(shù)應(yīng)該在3.0～2.3范圍內(nèi)，顆粒直徑<0.315mm的顆粒含量所占比例最佳是占15～20%。

（4）隧道工程使用水質(zhì)

最佳方式是使用城鎮(zhèn)居民日常生活的飲用水。當(dāng)使用其他類型的水源時，應(yīng)該按照國家現(xiàn)在正在執(zhí)行的《水泥混凝土攪拌混合用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63）里面的相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進行檢測，pH數(shù)值應(yīng)該>4。水和石灰比例數(shù)值越大，隧道工程施工所用水泥混凝土的干燥性收縮率就越大。

4.3 嚴(yán)格控制水泥混凝土作業(yè)方案

（1）提升打孔工藝手段，提升鉆孔系數(shù)指標(biāo)，提升光潔表面爆燃效果，強化隧道工程挖掘剖面檢驗，嚴(yán)格管控超級欠挖工藝水平，為隧道工程襯砌作業(yè)創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)場工作條件。（2）隧道工程水泥混凝土二次襯砌作業(yè)周期，應(yīng)當(dāng)在圍巖層與初始階段支撐防護形變基本趨于穩(wěn)固時實行。當(dāng)圍巖層形變非常明顯、流變特征變化顯著，需要提前實行二次襯砌的時候，一定要對初始階段支撐防護或者襯砌結(jié)構(gòu)采取強化手段。（3）水泥混凝土的攪拌與混合。a.作業(yè)原材料嚴(yán)格按一定比例進行計量，定期監(jiān)測校正計量設(shè)備。提升砂石原材料含水比例的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，及時優(yōu)化水泥混凝土攪拌混合的用水量。b.管控水泥混凝土入模時的溫度。在暑期作業(yè)時，當(dāng)溫度>+32℃時，砂石原材料、攪拌設(shè)備應(yīng)該搭建遮陽棚，使用涼水清洗碎石原材料使其溫度降低。盡可能安排在晚間灌注水泥混凝土。（4）水泥混凝土的澆筑施工工藝。a.水泥混凝土在輸送與泵送進程中嚴(yán)格禁止注水。b.逐漸減緩水泥混凝土的澆筑頻率，兩端的邊緣墻體進行對稱分層澆筑，到墻、拱交界處停止1小時至1.5小時，等到邊緣墻體水泥混凝土在下沉穩(wěn)固以后，再進行澆筑拱形區(qū)域的水泥混凝土。

5 結(jié)束語

施工現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)察測量與數(shù)據(jù)化作業(yè)管控，施工現(xiàn)場監(jiān)察測量是監(jiān)測作業(yè)中圍巖可靠性，校核理論設(shè)計和現(xiàn)場作業(yè)是否采用科學(xué)適當(dāng)?shù)年P(guān)鍵及主要解決方案，做好監(jiān)察測量并實時將測量捕捉到的數(shù)據(jù)反應(yīng)到理論設(shè)計與現(xiàn)場施工中去，這樣可以及時掌握圍巖與支撐保護在現(xiàn)場作業(yè)過程中的應(yīng)力動態(tài)和平穩(wěn)固定程度，以此確保現(xiàn)場作業(yè)的施工安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張明.結(jié)構(gòu)可靠度分析：方法與程序[M].科學(xué)出版社，2009.

[2]程五一，王貴和，呂建國.系統(tǒng)可靠性理論[M].中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]公路隧道施工[M].人民交通出版社，2001.

[4]施炳華，吳廣彬，楊建中，等.模板撓度計算方法的探討[J].施工技術(shù)，2000（03）：20-30.