公路隧道衬砌混凝土裂纹的原因分析及防治

赵玉钊

摘 要：当前，在公路隧道的施工过程中，衬砌混凝土裂纹的出现非常普遍。本文详细论述了公路隧道衬砌裂纹的类型及原因，总结得出隧道衬砌开裂的有效的整治措施，以期对工程实践提供理论依据和参考，在隧道衬砌施工和隧道衬砌裂损整治方面发挥积极作用。

关键词：公路隧道；混凝土裂纹；原因；防治

1裂缝的类型

1.1温度裂缝

混凝土施工中，水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部及其表面形成温度梯度，内外张力超过混疑土内外约束力时就会产生温度裂缝。裂缝宽度、深度冬季较明显，夏季较窄施工中产生温度裂缝主要与衬砌混凝土厚度及水泥品种、用量有关。

1.2纵向裂缝裂纹平行于隧道轴线，单线隧道集中在边墙部分，双线隧道主要集中在拱腰，危险系数最高。拱顶由于内缘压力的存在，容易受内侧挤压产生衬砌开裂，剥落掉块；拱腰受衬砌内缘张拉开裂；拱脚裂缝会使衬砌发生错动，存在掉拱的可能性；边墙裂纹容易受内缘张拉错位。

1.3施工缝（接茬缝）

在二衬砼施工过程中，由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇注中断时间超过混疑土的凝结时间，或超过混凝土的正常连续作业时间，因而产生明显裂缝。隧道整体二衬前一般先在隧道两边浇主矮边墙（高80cm）左右，矮边墙混凝表面应进行凿毛处理，再用水泥砂浆垫层，如直接在原混疑土上进行衬砌，会导致新旧混凝接茬间出现裂缝。

2公路隧道衬砌混凝土裂纹的原因

2.1混凝土原材料及混凝土配合在施工中控制不严

在施工中，一是由于地区材料的限制，特别是近几年公路工程大量开工建设，导致地方的砂、石等地材供不应求，不能满足工程进度的需要，而且工期紧张的情况下，施工单位、监理单位往往会放松对进场材料的验收工作，部分级配不良、含泥量超标的不合格材料按合格材料进行了验收。其二，混凝土在拌合时，未严格按照设计、施工配合比进行拌合，随意改变水灰比，这些都是导致混凝土后期开裂的因素之一。

2.2温度应力和约束应力引起的裂纹

混凝土在浇筑后，由于混凝土在水化热期间，内部温度不断上升，在混凝土内外产生较大温差，在表面引起拉应力而产生裂纹。而后期在降温过程中，由于受到初支混凝土或模板台车的约束，往往会因约束应力而会出现裂纹。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不及时，混凝土内外温差过大、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，往往导致表面出现不规则的裂纹。

2.3设计方面的因素

隧道工程属于地下工程，其受力结构与外部荷载均与地质密切相关。首先，隧道地质环境受地壳运动的影响在不断变化，但具体如何变化，变化量多大，难以精确地把握；其次，隧道施工时需爆破开挖，施工后要通车运营，这势必会破坏隧道区域内原有岩体内的内力、水文地质等原有平衡。这个影响超过二衬砼自身所能承受的应力时，就会产生一些裂纹。

3公路隧道衬砌混凝土裂纹的防治措施

3.1严格控制混凝土材料及施工配比

施工单位在进场前，应对工程所在地的原材料供应情况做充足的了解，做好原材料的供应、备料方案，并加强混凝土所使用的砂、石地材的进场自检工作，严格把关，坚决做到不合格材料不得进场。同时在混凝土拌合时，采用集中拌合，使用电子计量的方式拌合混凝土，不得随意更改混凝土配合比，严格按设计及施工配合进行施工，控制好水灰比。

3.2温度应力和约束应力引起裂纹的措施

混凝土的入模温度应视洞内温度而调整。冬季施工时，骨料采取加热或者加热拌合用水的方法进行混凝土的拌合，使混凝土的入模温度不应低于5℃；夏期施工时，应根据夏季混凝土的浇筑方案，对骨料采取先加水冷却或者在拌合用水中加冰块的方式，使混凝土的入模温度不宜高于洞内温度且不宜超过30℃。施工过程中要估计混凝土温度与拉应力的变化，提出混凝土温度的控制值，并在施工养护过程中实际测定关键截面的中部点温度和离表面约5cm深处的表层温度（包括仰拱和底板），实行严格的温度控制。二次衬砌结构任一截面在任一时间内的内部最高温度与表层温度之差一般不大于20℃，新澆筑混凝土与上一区段二次衬砌混凝土或围岩之间的温差不大于20℃，洒于混凝土表面的养护水温度低于混凝土表面温度的差值不大于15℃，混凝土的降温速率最大不宜超过3℃/d。

3.3设计方面

首先，切实加强地质勘察与试验分析，提供准确的设计参数；其次，针对不同的地质条件，采用适宜的洞室断面结构不应在不同的地质条件下千篇一律地套用同一洞室断面结构形式；再次，设计人员应密切注意隧道工程的施工现场情况，根据具体施工工艺与地质情况及时修正设计；最后，在条件允许的情况下，建议隧道二衬砼采用具有良好的整体抗拉及抗压性能的钢纤维砼。

3.4选取优良的骨料级配

在选取混凝土配合比时，应采用优良的骨料级配，其中细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、级配和粒径良好、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂；采用掺人粉煤灰等胶凝材料，以及引气剂等外加剂的措施，尽量减少混凝土的水泥用量。

3.5衬砌裂损病害的防治原则

衬砌裂缝的整治应结合裂缝宽度、受力状态和发展情况综合考虑。对不同裂损区域采用不同的工程措施，以稳固围岩为主加固衬砌相结合的综合治理措施。尽量减少对原衬砌的扰动，避免破坏原衬砌结构的整体性、稳定性。同时加强观测，掌握裂缝变形情况，已有的衬砌裂损对结构造成的危害要及时控制并防止扩大。对运营中的隧道应合理安排施工，合理地控制行车流量，尽量减少对正常运行的干扰。对施工中的隧道应加强监控量测，保证隧道衬砌锚喷加固、拱背压浆等治理措施的施工质量，确保加固后的隧道净空满足限界要求。

3.6加强混凝土浇筑的养护工作

混凝土养护的最低期限应符合相应的规定，且不得中断，混凝土3.6期间，混凝土内部温度不宜超过60℃，最高不得大于65℃，混凝土内部温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于加℃，养护用水温度与混凝土表面温度之差不得大于巧℃。当采用养护剂养护时，养护剂应符合《水泥混凝土养护剂》规定。

结语

我相信，只要我们在具体的施工中多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防、控制处理措施，隧道衬砌混凝土的裂纹（缝）是完全可以控制和避免的。

参考文献

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[2]王海强，张成良，陈娱.浅埋偏压连拱隧道衬砌裂缝监测与综合分析.世界科技研究与发展，2016（2）：341-346.

（作者身份证号码：320322198711266514）