浅谈水工隧洞施工裂缝预防及加固措施

王伟

摘   要：水工隧洞大多数用的是钢筋混凝土结构，混凝土的结构裂缝对于结构整体的安全运行以及承载力有着很重要的影响。混凝土裂缝是水工隧洞支护施工中比较常见的问题，也是隧洞混凝土工程亟待解决的一大技术难题。本文先分析了水工隧洞施工裂缝成因，在此基础上，重点研究了预防及加固措施，旨在为进一步提高水工隧洞支护施工质量建言。

关键词：水工隧洞  裂缝  预防措施  加固措施

中图分类号：TV523                                 文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）08（a）-0023-02

裂缝一直是水工隧洞混凝土結构存在质量问题的主要原因，水工隧洞裂缝的产生原因有很多，如果处理不及时或裂缝得不到有效控制，不仅会降低水工隧洞结构的承载力、稳定性和耐久性，还会导致内部受力钢筋锈蚀，损害结构构件，给水工结构造成严重的安全隐患。鉴于此，必须要积极预防和及时处理裂缝，提高水工隧洞结构的使用寿命和安全性能，实现工程降本增效的目的。

1  水工隧洞施工裂缝成因分析

1.1 水工隧洞施工裂缝的类型

水工隧洞支护施工中，经常会出现两种裂缝：细小表层裂缝和贯穿性有危害裂缝。细小表层裂缝通常分布在混凝土表层，其特点是非常细小，宽度都<0.5mm，长度≤1mm，没有规律可循，数量也比较多。细小表层裂缝呈轻微张开或闭合状态。从危害上来说，这种裂缝不会影响到支护混凝土，但若控制无效，长期存在，也会导致水工隧洞内部钢筋发生锈蚀，危害整体结构的安全，甚至引发安全事故。贯穿性有危害裂缝是贯穿整个水工隧洞整体结构的一种裂缝，其对水工隧洞的安全具有直接的影响，是水工隧洞不稳定的表现。这种裂缝经常单一出现，长度较长，呈现出显著的向外张开状态，宽度一般在5mm之上，有的甚至可到20mm以上。水工隧洞支护混凝土大面积渗漏，一般都是贯穿性有危害裂缝导致的。

1.2 水工隧洞施工裂缝的成因

多种原因都会导致水工隧洞施工裂缝，其中，最主要的有如下三点：第一，温差过大。大幅降温会引起衬砌混凝土收缩裂缝，尤其是中小型水工隧洞通风降温条件不佳，施工作业地层深度较深，而水泥水化热的温升又是比较快、比较大的，特别是在南方地区，水工隧洞中常年都会存在温度过高的情况。这样，洞内水分就会因温度过高而蒸发冷凝淅过快，如果混凝土养护不当，就会使大体积混凝土的散热与施工现场环境散热条件不符，进而产生裂缝。因温度而产生的收缩裂缝具有形成不规律的特点，对温度变化敏感性强，对工程性能的影响也具有较大的变数。第二，因外部围岩或钢筋应力效应导致的裂缝。如果水工隧洞施工周期短，开挖成洞质量就可能就不会很高，如混凝土养护不到位、不采取锚喷支护等，进而使得成洞后衬砌混凝土也出现低质量，在外部重压下就会产生裂缝问题。这种裂缝会影响衬砌混凝土发育质量与发育规模，破坏水工隧洞的整体安全。第三，地质水文条件变化导致的裂缝。地质水文都是一直处于运动状态的，尽管水工隧洞是按照设计图纸进行施工的，但因地质水文条件变化不定，就会导致具体施工技术等可能会与设计图纸存在一定的差别，从而导致裂缝出现，这种裂缝的形成一般都是直观易见的，也比较容易控制和处置。

2  水工隧洞施工裂缝预防及加固措施

2.1 预防措施

（1）对施工过程进行动态管控。由于开挖水工隧洞会破坏隧洞围岩，甚至会导致塌方事故，因此，必须要采取边开挖、边支护加固的方法，以减少开挖对岩体产生的震动和破坏，避免扰动成型隧洞的混凝土。在水工隧洞施工中，要保证良好的通风与排水条件，灌浆与喷锚施工工艺要科学、严谨，同时还要加固支护与稳定支护，有效消除围岩二次及三次应力重新分布作用，降低其对衬砌混凝土的破坏性影响，减少混凝土锚喷厚度不均、封闭结合不完全等问题。要均匀振捣浇筑混凝土，确保振捣密实，施工缝结合可靠。施工完成后，要对混凝土的浇筑厚度进行详细检查，并确定支护混凝土加固的基本钢筋配置。检查有无存在细小表层裂缝，如果有，应立即进行处理，保证水工隧洞衬砌混凝土施工的高质量。混凝土外加剂种类和用量要控制科学，应在自检合格的基础上，对外加剂与水泥进行相容性试验。混凝土完成浇筑后，要进行科学的养护，并保证养护时间足够。边墙和拱顶可采用喷涂养护剂进行养护，仰拱应采用流水养护方式。

（2）严格控制原材料质量。在采购原材料时，应尽量采用低热量的水泥品种。在运输和存储过程中，要加强管理，避免水泥受潮或掺杂其他混合物。不定期检查现场堆放的粗集料，及时做好记录和补给情况。在混凝土入模前，应采用水冷却、空气气化冷却、风冷却等方法，对温度进行严格控制。还可在混凝土中适当加入粉煤灰，以提高混凝土的密实度和和易性。膨化剂的合理掺入，可提高混凝土的抗渗性和抗裂性，增强其强度。如果施工中出现渗水情况，应立即进行处理，避免对衬砌结构及所使用的原材料产生腐蚀性等负性作用。此外，还要优化混凝土配合比，避免混凝土出现干缩或水化热现象，这样可以有效减少裂缝的发生。

（3）强调隧洞开挖清基。在水工隧洞施工过程中，经常存在欠挖或超挖现象，这都会导致裂缝产生。同时，清基不彻底也是不可忽视的裂缝成因之一。浇筑混凝土前，底板存在的沉积料和浮渣等，都要及时清理干净。如果清理不干净，就会出现混凝土夹层，限制岩石的弹性抗力，降低衬砌的荷载力，最终诱发裂缝出现。因此，施工单位要对隧洞清基质量进行严格控制，杜绝欠挖、超挖问题。强调技术交底的重要性，加强爆破水平及技术的培训，提高爆破效果。清洗岩石仓面时，应在两侧5m外设置围挡，避免杂物和外水流入仓内，并及时将仓面积水排干净。开挖后，要以每仓检查3个断面，合格后，才能进行钢筋绑扎。不合格的，可采用风镐凿除方式进行二次处理。

（4）强化振捣管理。施工单位在下料时，应指派经验丰富的管理人员旁站监管，同时，要采用先进的技术，施工人员严格按照施工流程进行施工，以最大程度地提高混凝土的密实性。

（5）利用高新技术预防裂缝发生。微生物技术或纳米技术都是先进的技术，将其应用在水工隧洞施工中，可改善混凝土的性能，有效减少裂缝的发生。例如，有的细菌能促进砂砾与有机物反应，通过反映析出碳酸钙晶体，可提升骨料间的凝结能力，使裂缝发生率大幅降低。纳米技术能降低混凝土材料中的含水量，提高混凝土材料的耐久性和骨料间的密实度，强化混凝土材料的抗渗能力。

2.2 加固措施

（1）粘钢加固混凝土。这种方法就是把钢板贴在混凝土基材表面，以达到共同承受外部荷载，加固混凝土的目的。其施工方便、加固及时、成本低、效果显著，应用比较广泛，不足之处是粘钢对粘结材料要求很高，还要对钢板进行防腐处理

（2）碳纤维加固。就是将碳纤维布粘贴到混凝土表面来增强混凝土构件的受力能力。树脂胶必须要保证质量，这样才能将碳纤维布和混凝土完美地联结在一起，充分发挥碳纤维布的强大抗拉性能。

（3）CFRP补强。这是一种碳纤维增强复合材料，在找平层和树脂层涂刷一层柔性聚脲弹性涂层，能增强碳纤维布与混凝土的粘结性能，提高混凝土结构的承载能力和抗震性能，防止有害离子的入侵，提高加固混凝土的耐久性。

3  结语

综上所述，在水工隧洞衬砌混凝土施工中，裂缝问题是一个常见问题，也是技术难题。在具体实践中，应结合水工隧洞的实际情况，对裂缝成因进行深入、全面的分析，有针对性地采取预防和加固措施，这样才能减少裂缝的发生，提高水工隧洞工程质量与效益。

参考文献

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