浅谈隧道混凝土衬砌裂缝的成因及处理

王钟辉 李 笠

山东省路桥集团有限公司

浅谈隧道混凝土衬砌裂缝的成因及处理

王钟辉 李 笠

山东省路桥集团有限公司

随着我国经济实力的不断增强，国家基础建设也在完善，加大力度修建隧道也是我国首要的任务之一，其在减轻交通压力的同时，也促进了国民经济的快速发展。现如今，在隧道工程施工过程中隧道洞身衬砌混凝土的开裂病害还是较多，为避免这种病害，在施工过程中要严格加以控制，并多加分析找出相关的原因，在此基础上找到尽量消除裂缝所带来的影响，从而提高混凝土衬砌施工水平。基于此本文分析了隧道混凝土衬砌裂缝的成因及处理。

隧道；混凝土衬砌裂缝；成因；处理

1 、我国隧道的发展前景

隧道工程建设主要包括铁路隧道、公路隧道、城市地铁等项目，隧道在很大程度上节约了土地资源，缓解了城市的压力，在面临环境恶化等问题中发挥着重要的作用。在工程建设技术上，我国也处于领先地位，发展空间较大，前景十分可观。随着现在生活节奏越来越快，隧道的数量逐年增加，质量逐步提高，这就要求我们在增加数量的同时，也要保证隧道的质量。但是近年来，隧道工程的原材料不断改进，导致隧道混凝土衬砌出现裂缝、坍塌等严重现象，相关技术部门对此也是越来越重视，加大资金投资力度进行研究，在修补方法上不断创新，努力做到成本较低、效果最好。隧道的建设不仅推动了我国经济的发展，带动了交通运输的同时，也缓解了城市随着人口增多而增大的压力，给人们出行带来了极大的便利。

2 、隧道衬砌开裂原因

2.1 混凝土干缩裂缝。混凝土浇筑完成后，随着表面水分的蒸发，水泥混凝土会干燥变形，进而产生拉应力，如果拉应力大于混凝土表面的抗拉强度，则会导致混凝土出现干缩裂缝。通常情况下，干缩裂缝宽窄不一，形态不规则，而且深度一般在50mm以内。

2.2 温度应力裂缝。水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土表面和内部间形成温度差值而产生应力，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生温度裂缝。裂缝宽度冬季较宽，夏季较窄。温度裂缝的产生与二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种、用量有关。该种裂缝一般在隧道口部比较常见，尤其是在冬季施工时，昼夜温差大，导致洞口部混凝土温差变化也大，没有洞内温度那么平稳，因而就会产生这种温度裂缝。

2.3 外力作用。(1)松弛作用。在隧道工程地下水影响下，混凝土密实度下降，导致拱顶出现空洞问题，随着时间的发展，围岩松弛问题会越来越严重，进而造成张开型裂缝，最终会造成混凝土结构开裂。(2)偏压作用。如果隧道工程位于山脚位置或者地质褶皱位置，则会造成围岩产生偏压。另外，随着地下水位的升降，也会出现围岩产生偏压力的问题，最终会导致衬砌产生裂缝。(3)膨胀性土质产生土压力。黏土矿物质围岩出现体积膨胀后，就会引发附加应力，即膨胀性土压力。随着时间的增长，土压力也会不断增长，而且危害十分明显，甚至会导致隧道边墙与拱肩部水平方向出现裂缝问题。(4)地下水产生作用力。地下水作用力主要包括地下水压力以及寒冷天气，地下水对于围岩的冻胀力。如果在隧道工程设计过程中，没有考虑到地下水的影响，则地下水的渗透作用会导致水压力持续作用，最终导致衬砌出现裂缝。

3 、混凝土裂缝的处理措施

3.1 在满足流动性、粘聚性、保水性的同时，使单位用水量降到170kg/m3以下，严格控制混凝土用水量是减少收缩裂缝的根本措施。

3.2 在混凝土中掺入外加剂、改善混凝土和易性并相对释放出一部分水，可以减少单方用水量，减少由于多余水分蒸发而留下的毛细孔体积，使孔径变小，结构致密，可减少混凝土的收缩，提高混凝土的密实性，减少裂缝。同时含有缓凝成分，能抑制水泥初期水化作用，使温度升速缓慢，减少初期水化升温集中形成温度梯度。产生温度变形和温度应力，形成裂缝。

3.3 加强湿养措施。现代泵送混凝土不同于过去传统的施工方法，养护不当是混凝土长生裂缝的一个主要原因。为防止早期开裂必须在混凝土浇筑后今早喷水养护，并适当延长养护时间，对隧道风动效应采取措施，降低风速温差。

3.4 修补工艺。1)裂缝表面修补法。表面修补法是裂缝修补中最为常见的一种方法，主要是针对隧道内部结构没有受到损害，衬砌表面上出现轻微裂缝等情况进行处理。通常的处理方法就是对出现裂缝的地方涂抹防水沥青胶之类的材料，防止裂缝进一步扩大，避免导致更大的安全隐患。2)灌浆封堵法。灌浆封堵法适用于裂缝对结构整体有影响的情况下，利用压力设备将事先准备好的胶体材料注入到混凝土的深层裂缝中，通过胶体产生的化学反应和混凝土结合形成更坚实、承受能力更强的一个整体，这样就起到了防止裂缝进一步延伸的作用，防止裂缝向隧道内部扩张。3)内部结构补强法。如果出现的裂缝严重影响到了混凝土整体结构的性能时，可以使用这种方法进行修补，通常包括：围岩注浆、锚杆加固、钢筋加固、喷注混凝土等方法，根据隧道出现的实际问题选择相应的修补措施，从根本上解决混凝土衬砌出现的问题，增加使用期限，提高使用效率。4)拆除重建法。当混凝土衬砌裂缝严重的时候，衬砌就会基本丧失了承重能力，影响到交通和行人的安全，并且无法负荷外界压力，当上述修补方法都没有效果的时候，就应该考虑拆除出现裂缝的衬砌，根据技术人员重新计算的数据，结合混凝土的周围实际承重情况，设计搭建新的衬砌，以此来提高隧道的承重能力，防止在以后的使用中出现裂缝等问题。修补工艺，是在工程使用过程中对其出现的问题进行及时补救，防止出现的裂缝进一步扩大，避免最后对衬砌进行强拆重建。通过及时有效的修补工艺，对隧道混凝土出现的问题进行补救，防止进一步恶化，延长使用时间。

总之，由于二衬混凝土完整性要求高，外观更要平顺、美观、无裂缝，而在施工中裂缝的出现通常带有普遍性，所以在施工过程中要严格加以控制，并多加分析找出相关的原因，采取有效的措施进行优化，从而能够有效的控制裂缝，确保工程的质量。

[1]王立华.高铁隧道衬砌裂缝病害与整治技术[J].四川水泥，2015，06：340.

[2]轩俭良，轩宁.隧道衬砌裂缝检测与分析研究[J].公路，2015，06：263-267.

[3]李小晶.渠道混凝土衬砌裂缝成因及防裂措施[J].水利水电施工，2015，03：46-47.