隧道衬砌混凝土开裂原因分析与预防措施

摘 要：隧道二次衬砌混凝土的开裂不仅降低隧道的安全质量及耐久性，而且影响隧道的施工与应用环境。文章分析了引起隧道衬砌开裂的相关因素，分析了产生隧道衬砌混凝土裂缝的原因，提出了相应的预防措施，为今后类似工程的设计与施工提供了参考与借鉴。

关键词：隧道；衬砌混凝土；开裂；对策

隧道二次衬砌结构混凝土开裂会影响其长期使用性能，导致结构耐久性退化。公路或者客运专线隧道二次衬砌的细微裂缝甚至会在车辆运行作用下（振动、气动压力）扩展，影响行车安全。隧道二次衬砌混凝土开裂是一种普遍现象，裂缝的产生和发展不仅会影响工程结构的自身强度。同时，裂缝的存在会导致隧道渗漏水现象的发生，特别是在地下水丰富且水质有腐蚀性的情况下会对衬砌结构造成非常大的危害。由于隧道衬砌裂缝的出现是不可避免的，因此如何将早期裂缝控制在可以接受的范围内，而不影响结构自身的使用性能和安全性能。因此，对隧道衬砌早期裂缝控制与防治进行研究具有重要意义。

1 工程概况

拉庚拉隧道位于青海省玉树州称多县境内，进口位于珍秦乡，隧道走行于青藏高原三江源东部，海拔较高，地貌单位主要为冰缘水流构造侵蚀中山，冰缘水流构造侵蚀低山丘陵、河谷带冲洪积平原、侵蚀堆积河谷等，岩性主要为三叠系砂岩、页岩、泥岩、板岩、砂质板岩及片岩，受区内断裂构造影响，岩体节理裂隙十分发育，岩体较碎。隧道衬砌采用复合式衬砌施工，衬砌为C30钢筋混凝土，双层钢筋层距39cm，Φ22环向主筋间距20cm，Φ12纵向分布筋间距30cm，φ8箍筋于节点布置。衬砌厚50cm，预留30cm补强空间。衬砌须及时施作，与掌子面距离不大于70m，保证安全步距。

2 隧道衬砌开裂机理分析

从衬砌本身材料缺陷及施工缺陷上考虑，由于隧道衬砌在浇筑过程中不可避免会存在微孔洞和微缺陷，而这些孔洞、缺陷的存在就是初始微裂缝发生并发展的起源。在围岩压力作用下，衬砌结构中的应力逐渐增大，特别是在衬砌的某些部位诸如拱顶，由于浇筑不足够等原因造成衬砌后背空洞等问题，会使衬砌产生拉力区，当其抗拉压强度超过其自身所能承受的拉压强度时，混凝土就会发生损伤出现微观甚至宏观裂缝，而这些缺陷在外力场和变形场的作用下，裂缝的尖端处由于应力集中而成为高应力区，这些区域的存在又将进一步使已产生的缺陷发生进一步的损伤。隧道衬砌混凝土裂缝主要为温度应力裂缝、干缩裂缝、变形裂缝、接茬缝等。

3 隧道衬砌开裂的原因分析

导致二次衬砌砼干缩应力和温度应力过大的施工因素主要是隧道工程施工质量管理工作做的不到位、混凝土的捣实质量較差、施工配合比控制的不准确、混凝土等原材料检测工作不到位、水灰比不符合设计要求以及二次砼施工后期的保养工作不力等等，在混凝土失水的过程中以及水泥水化热的过程中就会产生相应的干缩应力和温度应力，而如果这个应力值超过了混凝土的抗拉极限强度时，那么就会导致干缩裂缝或是温度裂缝的出现。

4 隧道衬砌混凝土裂缝的预防措施

4.1 严格控制原材料

通过合理选择原材料和混凝土配合比，降低混凝土的热强比，提高混凝土的抗裂性能。选用热膨胀系数波折岩石骨料，使拌制的混凝土弹性模量低，极限拉伸值也较大；选用符合规定要求的低热水泥，在配合比设计时，在满足设计强度的前提下，尽可能改善骨料级配，特别要发挥外加剂的作用，最大限度地减小水泥用量，同时减小水灰比。应用能满足和易性要求的最小用水量，不用过大的坍落度。根据外加剂对混凝土性能的影响，综合考虑多种因素的共同作用，通过试验选择合适的外加剂。

4.2 严格控制混凝土施工质量

施工中认真执行“三检制”，对包括水灰比、骨料级配、拌和时间、平仓、振捣、初凝等各个环节严格控制，确保原材料符合标准要求，混凝土拌和质量优良，混凝土试件设计龄期保证强度、离差系数等均满足设计要求。采用二次振捣工艺，以提高混凝土的密实度和抗拉强度，并采用附着式振捣器振实，去除浮浆，以减少表面收缩裂缝。均匀浇筑混凝土，施工时充分考虑模板内围绕钢筋和斜面部位的混凝土早期沉淀收缩作用。

4.3 加强施工养护

采取洒水养护和覆盖养护法尽早开始养护，保证混凝土在适宜温度、湿度条件下使硬化过程正常进行，不致由于蒸发变干而引起水化作用失常，发生强度增长受阻、干缩裂缝等有害现象。

4.4 控制拆模时间

根据试件龄期强度条件确定拆模时间，在初期支护变形稳定后施工二次衬砌的，拆模试件强度达到8.0MPa以上时，方可拆模；在初期支护变形未稳定而提前施作二次衬砌的，拆模时混凝土强度应达到设计值的100%以上。

5 结语

隧道二次衬砌混凝土的开裂是一种较为严重的病害，会对隧道的安全质量以及耐久性产生不良的影响。当衬砌的开裂行为发生时，围岩地下水会由裂缝渗漏流出，对混凝土产生侵蚀作用，在一些寒冷地区，渗漏水又会产生反复持续的冻融破坏，降低使用强度。因此应对隧道开裂应引起足够的重视，在设计阶段，应运用综合分析手段选择合理的技术参数，在施工阶段要加强混凝土的施工组织和过程控制，尽最大可能采用工程技术措施预防隧道裂缝的发生。要有效地控制衬砌混凝土开裂，应加大现场监控量测工作，并及时进行信息反馈；保证初期喷射混凝土及时得到封闭，二次衬砌混凝土及时形成环体；不断提高初期支护施工质量，确保初期支护的稳定；要坚持“勤量测”原则，按照现场监控量测数据指导施工；在施工过程中，不断优化施工方案，对不合理的施工工艺及时进行调整和改进；尽可能的采用一次衬砌全断面施工。当隧道二次衬砌混凝土不可避免的出现裂缝后要引起足够的重视，要调查和分析开裂原因，适时采取相应措施进行加固或处理，只有这样才能确保隧道不渗不漏，耐久性才能得到保证。

参考文献

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[2] 李固华，郭建国.隧道衬砌裂缝和渗漏的成因、预防及治理[J].铁道建筑，2003（01）：23-25.

[3] 张志红.隧道二次衬砌混凝土裂缝原因分析和治理措施[J].西部探矿工程，2005（01）：26-27.

作者简介：张伟光（1983- ），男，河北涿州人，工程管理专业，助理工程师，项目总工程师，研究方向：现场施工技术管理。