隧道衬砌混凝土裂缝原因分析及处理

张永福

（上海建科工程咨询有限公司 上海 200032）

0 引言

建筑市场日渐在完善，隧道工程在铁路、水电、公路以及轨道交通等诸多领域中均有较多的运用。衬砌混凝土在完成施工后，极易产生裂缝，出现明显的质量缺陷，影响结构的稳定性、耐久性。正因为此，我们在混凝土施工期间需提出科学的防治措施，预防各种衬砌混凝土裂缝。本文介绍了衬砌混凝土裂缝的类别及其成因，最后提出具体的防治对策。

1 裂缝的类型

1.1 干缩裂缝

硬化时，混凝土中的水分也会慢慢地蒸发。凝结胶体在干燥收缩的情况下，明显变形。在围岩、模板的限制下，混凝土发生变形并形成一种应力。如果应力值相比于抗拉强度明显要高，很多情况下会形成一种干缩裂缝。很多情况下，干缩裂缝均为表面性，纹路上没什么规律。干缩裂缝受到下列因素的影响：水泥品种、骨料大小以及用量，水灰比、外加剂类别与掺量等。

1.2 温度裂缝

水泥水化会释放较多的热量，同时在混凝土内、表面间出现明显的温度梯度，形成一种应力。若温度应力＞约束力，那么混凝土将出现温度裂缝。在每年冬季，裂缝宽度明显要宽。而到了夏季，裂缝相对要窄。温度裂缝的产生，受到衬砌厚度以及水泥量的共同影响。

1.3 荷载变形裂缝

仰拱或是边墙基础还留有大量的虚碴。对混凝土进行浇筑后，基底出现了不均匀沉降；堵头板尚未合理固定，脱模时间过早，或外力作用对混凝土造成强烈的撞击等，均可能引起变形裂缝。

1.4 施工缝（接茬缝）

在停电或是机械故障的情况下，浇筑中断时间明显要比初凝时间更长。再次继浇筑时，原混凝土基础外表尚未做好凿毛处理，或是未用水进行冲洗，未铺设水泥砂浆垫层，便直接在原混凝土表面上进行浇筑，这就导致新旧混凝土接茬处形成明显的裂缝。

2 混凝土裂缝的预防措施

2.1 温度裂缝的预防

温度裂缝，可以选择下列措施进行预防：①优先考虑矿渣、粉煤灰水泥等常见的低热水泥。②水泥用量不能高于450kg/m3，控制好用量。③掺入适当比例的粉煤灰或是高效减水剂，控制水泥用量，优化骨料级配，预防水化热。④减小水灰比，最好不高于0.6。⑤优化搅拌加工工艺。基于三冷技术，创新运用二次风冷新工艺，对浇筑温度进行有效控制。⑥为增加混凝土拌合物自身的保水性以及流动性，减少水化热，需延迟热峰时间。在混凝土中，需要适时地加入一定的外加剂。这种做法，可以增塑或是减水。⑦温度收缩缝。

2.2 干缩裂缝的预防

干缩裂缝，多数情况下是由水灰比、集料、水泥用量与性能这些因素来决定。预防措施：①水灰比越高，干缩相对也就越明显。水灰比，同样也可能会引起干缩。我们对混凝土进行配合比设计时，应控制好水灰比。必要时，投放适当的减水剂。②采用收缩量不大的水泥，建议中低热或是粉煤灰水泥，同时减小用量。③混凝土用水量，切勿高于配合比设计所需的用水量，同时控制搅拌与施工配合比。④应注重对混凝土做好早期养护，同时延长养护时间。若施工时间是在冬季，混凝土最好要延长进行保温，并抹上合适的养护剂，使其得到周全的养护。⑤在混凝土结构内，还要留出一定的收缩缝。

2.3 荷载变形裂缝的预防

荷载变形裂缝，需考虑下列几种预防措施：①在上部结构施工之前，需要对松软地基做好加固工作。②模板强度、刚度适中，稳定支撑，地基受力相对比较均匀。③混凝土浇筑时，地基切勿被水直接地浸泡。

3 其他预防措施

3.1 原材料控制

①水泥。各种品牌、规格和批次的水泥，切勿随意混用。水泥用量必须得当，建议选用普通硅酸盐水泥。②碎石。结合泵送管路内径的真实情形，选择粒径相对偏大的碎石。另外，含泥量不能超出1%。针、片状物，其含量应低于15%，且粒径为5～31.5mm，最大也应小于40mm。③砂。那些级配比较合理的中砂，可作为施工的理想选择，其含泥量要控制在3%以内。④水。建议选择饮用水。⑤掺合料。掺入适当的粉煤灰以及膨胀剂，控制好水泥用量。

3.2 混凝土施工工艺控制

对钻爆参数进行调整，运用钻眼开挖技术，达到预期的爆破效果。同时，超欠挖也应控制得当。隧道开挖断面，需定期进行查验，为衬砌施工创造有力的条件。混凝土拌合。①计量装置，要做好常规性检查，按施工配料单作出科学地计量。在此基础上，对砂石料含水率进行合理检测，调节拌合所需的用水量。②混凝土施工时，需控制好入模温度。灌注混凝土。a.对混凝土进行运输或是泵送时，要及时加水。b.灌注速度切勿过快，双侧边墙必须对称分层。一般来说，墙、拱交汇处需要暂停1-1.5h。等到边墙混凝土完全地下沉，才能对拱部混凝土进行灌注。③为预防内部微裂缝、减少气孔，使混凝土保持足够的密实度，达到合格的抗裂性，我们在灌注时还应做好振捣工作。

4 混凝土裂缝的治理

4.1 对细微裂缝的治理

隧道衬砌混凝土外表，可见明显的细微裂缝，但这些裂缝没有太大的扩展性。该类裂缝相对来说比较稳定，通常能够自愈，对结构后期的使用并无严重的影响。故建议：先对裂缝表面进行清洗，抹上一层环氧树脂浆液，最好2～3遍，使用刮抹料或是调色料来对混凝土表面进行处理，让他的颜色能够和周围衬砌混凝土之间保持相同。

4.2 处理贯通性裂缝

该种裂缝有明显的危害，需妥善地治理。顺着裂缝方向进行开凿，宽度5cm，深度3cm，形状为V形。槽内建议钻孔，0.5m/孔，深度=衬砌厚度的50%（或2/3）。一般，深度不低于15cm，很少直接透过整个衬砌，防止跑浆。使用水冲来对杂物粉尘进行清洗，在孔内直接插入10mm长度的压浆管，同时借助环氧树脂水泥浆来对灰砂进行锚固，做好压实抹光工作。树脂砂浆配比：环氧：水泥：细砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12。乙二胺是比较好用的固化剂，稀释剂可以改用二丁酯，以0.15～0.2MPa压力成功地对双液浆或是环氧树脂浆液进行压入。最后，根据压力水来对压浆效果进行检查，裂缝外表要做好刮抹以及调色处理。

4.3 治理密集裂缝

衬砌背后由于空洞或是衬砌厚度过小，可能形成密集裂缝。此时，应当对防水、地层做好加固处理。顺着裂缝双侧，进行交叉布点，间隔距离为1.2～1.5m，方槽尺寸10cm×10cm、深约5cm。接着开始钻孔，工具为风动凿岩机。孔深3m，并利用WDT25注浆锚杆进行操作。水灰比调至1：1，灰砂比 1：（3～5），注浆顺序为先上后下。

5 结语

隧道裂缝受到多个因素的限制，对隧道结构的破坏程度也有很大区别。正因为此，要酌情采取合理的解决措施。裂缝除了会影响隧道的日常使用，降低渗透阻力外，同时也会腐蚀结构中的钢筋，使混凝土严重地碳化，影响材料自身的耐久性，降低承载能力。在隧道工程中，裂缝是衬砌结构比较普遍的情形。施工中，需选择合适的处理方案，延缓裂缝的形成，确保隧道结构的安全性与平稳性。