试析隧道混凝土衬砌裂缝的成因及处理

孟渭存

【摘 要】随着我国经济发展水平的不断提高，隧道工程得到了快速发展与进步，在隧道工程中，混凝土衬砌裂缝是非常常见的质量通病，会对后期的施工和运营造成安全隐患。本文将对隧道混凝土衬砌裂缝进行了分类并对裂缝出现的原因进行分析，针对裂缝出现的原因和分类提出合理的处理对策，希望为隧道工程类似问题提供借鉴。

【关键词】混凝土衬砌裂缝 隧道施工 修补工艺探究

近年来，随着桥梁道路施工建设水平的提高以及施工工艺的进步，越来越重视各种质量问题的控制，隧道工程所占的比例较大，并且作为一项基础施工，对质量有着更为严格的要求，在建设与运营当中，经常存在衬砌裂缝，这已经成为一项质量通病，严重威胁到行车安全以及施工的稳定性。由此，加强对隧道裂缝产生的原因分析，并提出合理的解决对策尤为重要。

1 隧道混凝土衬砌裂缝产生的原因以及类型

1.1 裂缝类型

隧道施工中混凝土是必不可少的施工材料，但在应用中受各种因素的影响会出现裂缝。通常，可以将隧道衬砌裂缝分为如下几种：纵向裂缝、内环向裂缝以及斜向的裂缝等。其中，危险性最大的是纵向裂缝，一旦出现纵向裂缝将容易造成墙面的坍塌或者掉拱等，并沿着纵向的裂缝进行加深，危及到整个隧道的稳定性，受力性质为：压裂、张拉、拉裂等；出现剪裂时会出现掉块，剪裂通常会与隧道断面呈一个30°斜角，按照衬砌裂缝产生的规律可以将其分为早期的温度裂缝、干缩裂缝以及外力荷载裂缝等。施工中的很多因素都会出现这些裂缝，对正常施工带来阻碍，下面就对隧道混凝土衬砌裂缝产生的原因进行分析[1]。

1.2 隧道裂缝产生的原因

温度应力裂缝。温度裂缝是最为常见的，在施工的过程中，水泥与水结合后产生的水化热会使其温度升高，导致混凝土内部与表面产生温度差，如果内外温差超过25℃，在温度应力的作用下就会出现裂缝。混凝土表面温度与空气温度差超过15℃也会产生温度应力，也会产生裂缝。

干缩裂缝。在进行二次衬砌过程中，混凝土凝结硬化，在变硬过程中水分会急剧蒸发，引起失水收缩，此时骨料和水泥之间产生不均匀的伸缩变形。整体钢模与外围岩石约束的影响下，还会出现徐变应力，如果此时的应力值比混凝土的抗拉强度高，将出现明显的裂缝规律，主要影响因素包括砂石粗细程度、级配效果以及水灰比、外加剂的使用等[2]。

特殊地质环境情况下，还会产生其他类型的裂缝，很多时候因为地质勘察不清楚或者设计方案不合理，都会出现裂缝。隧道受外围岩土松动压力影响较大时，大面积变形岩体的挤压，将促使隧道出现不匀称的受力效果，产生高地应力，致使外围的岩石不断膨胀，隧道受力也随之状态改变，会出现应力集中使隧道结构变形或者扭曲、隆起、侵蚀等情况，影响到施工的整体质量。

地下水作用也不可忽视，主要就是因为渗流以及侵蚀作用下使混凝土强度降低，厚度减小；隧道很多时候需要穿越复杂的地理区域，同时，降雨或者排水都可能引起隧道周围的水压出现变化，从而产生衬砌裂缝[3]。

施工缝。二次衬砌混凝土施工中，机械故障或者停电等行为使混凝土浇筑终止，或者浇筑时间超出了最佳的凝结时间，不能进行及时的连续作业，由此产生裂缝；二次衬砌前不能对仰拱进行凿毛处理，如果直接在原有的混凝土上衬砌，容易在新旧混凝土接茬处出现裂缝。

2 隧道混凝土衬砌裂缝的修补方法

2.1 直接涂抹法

对于不同的裂缝需要结合具体的施工情况与施工工艺使用不同的修补方法，一般宽度在0.2～0.4mm之间的小裂缝可以使用最简单的直接修补法，因为没有明显的变形与滑移或者渗水情况，结构承载力作用不是很大，更不会影响到结构安全。对此，出于外观考虑，可以先对裂缝表面进行清洗，保持面部的整洁，然后在裂缝处涂抹腻子，反复涂几遍，然后刮抹料并进行颜色调和，使混凝土表面的颜色与衬砌混凝土颜色基本一致。

2.2 埋管注浆法

埋管注浆法适合应用在裂缝宽度为0.4～0.8mm的裂缝修补上，这种裂缝多是贯通性裂缝，同时，危害也是非常大的，必须结合施工内外部环境选择适合的修补方法，加强修补。沿着裂缝刻一个沟槽，每间隔30cm对沟槽进行钻孔，先钻一次，深度控制在衬砌厚度的1/2～2/3，且不小于13cm。钻孔完成以后要在孔内安装一个压浆管道，直径控制在15mm左右，固定使用材料为环氧树脂砂浆，抹实使用灰刀砂浆，反复几次，直到表面抹平变得均匀。环氧树脂砂浆需要控制好配比，通常按照如下比例进行配比，环氧树脂：水泥砂浆：细砂：二丁醇，按照1：1.5：3.0：0.2的比例配比。需要注意的是，环氧树脂砂浆强度必须控制在0.12～0.4MPa左右，在达到这一标准时向水泥中添加适量的水泥玻璃浆液与环氧树脂浆液，充分对其配比并搅拌均匀，完成压浆以后对配比效果进行试验，如果试验合格才能进行裂缝修补，用刮抹涂料的方法对调色料优化处理[4]。如图1所示。

2.3 修补密集裂缝

在对密集裂缝修补过程中，适合应用在衬砌混凝土的背后空洞状态或者衬砌厚度不够引起的密集型裂缝中，将间距控制为2m，在此处周围交叉方式进行布点，将其凿成一个方形槽，大小规格控制为12cm×10cm左右，深度控制位6cm左右，再向其中打进去一个注浆锚杆，注意不能让锚杆接触到衬背侧的防水层，防止出现渗水，在向其中灌注浆时，按照如下比例进行注浆配比；灰砂：水泥砂浆，即，1：2，水泥砂浆：灰砂，即1：3，具体修补过程中，需要将注浆的压力控制在0.4～0.76MPa左右，完成了注浆以后，如果达到了规定压力标准，但是砂浆压实不够时，则表示已经达到限度，可以在注浆过程中应用环氧树脂砂浆，将其作为抹平的主要材料，最后使用刮抹方法调和料。

2.4 粘贴碳纤维布

为了使隧道衬砌更加牢固，减少出现裂缝，可以在完成裂缝注浆以后在表面黏贴一层宽的碳纤维布；将衬砌表面的防火涂料去除，留出适当的宽度，将混凝土结构露出，整平表面，按照设计要求灌缝或者对裂缝进行封堵，然后将碳纤维黏贴胶涂抹上，最后粘贴碳纤维布。黏贴碳纤维布的方法比较适合荷载较小的裂缝，如果裂缝的面积较大，则不适合使用这种方法，会增加修补的成本。

3 加强混凝土质量的建议

为了减少在施工中产生衬砌裂缝等问题，造成不必要的麻烦，需要在施工前就做好地质勘察，收集详尽的地质工程资料以及水文资料等，了解隧道断面的强度、断面形式、衬砌的厚度以及配筋的形式、裂缝位置、设计参数等。

（1）合理划分衬砌施工长度，提高混凝土台车加工、安装质量，定期检查混凝土台车及搅拌机器，保证其能正常的运行。

（2）把好材料关，加强对混凝土的拌和，并在浇筑中加强监督管理，安排技术人员在搅拌的过程中，严格按照设计标准与施工规范配比材料，保证混凝土的配比比例符合施工的标准。同时，在搅拌的过程中严格控制混凝土内外的温度差，从根本上保证混凝土的强度。

（3）控制好二衬施作的时间，加强监控量测，二衬尽可能在在围岩与初期支护变形稳定以后进行，如果围岩稳定性不够，则要提前进行二次衬砌，加固初期支护，使结构稳定性增强。

（4）加强对外部应力的预控，及时做好应急方案。比如，高地应力、膨胀土造成的隆起、黄土隧道地基承载力不足出现的不均匀沉降等。提前做好相应的加强处理措施，以防止外部应力对衬砌的破坏。

4 结语

隧道施工面临的内外部影响因素较多，混凝土衬砌裂缝是非常常见的质量通病，也让施工单位备受困扰，为此，要想使隧道稳定性与安全性增强，减少裂缝，最重要的就是明确混凝土衬砌裂缝产生的原因，实施可靠、合理的修补方法，进而将隧道施工质量提高。

参考文献：

[1]张帅.隧道混凝土衬砌裂缝成因分析及扩展规律研究[J].建筑工程技术与设计，2015（10）：957-957.

[2]王晓明，刘斌.隧道混凝土结构病害成因分析及其健康诊断研究[J].混凝土，2010（7）：89-91.

[3]戴成元，韩汀.隧道混凝土衬砌裂缝成因分析及扩展规律研究[J].岩土工程界，2010，8（12）：71-73.

[4]卞康，肖明.水工隧洞衬砌水压致裂过程的渗流-损伤-应力耦合分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29（z2）：3769-3776.