明挖隧道混凝土施工裂缝的控制措施研究

蒋玉兵 黄剑鹏 李 坤 曾凡杰

中机中联工程有限公司 重庆 400039

1 明挖隧道混凝土裂缝施工控制研究

近年来，城市道路网络向立体扩张发展，大跨桥梁等工程项目成为城市发展新常态。地下快速路多采用明挖隧道方式施工，混凝土施工通常采用泵送技术浇筑商品砼，浇筑后混凝土收缩变形较大。明挖隧道混凝土施工裂缝直接影响工程质量。明挖隧道施工出现大量混凝土裂缝问题，混凝土裂缝影响因素众多，明挖隧道混凝土施工裂缝控制影响工程质量安全。研究明挖隧道混凝土施工裂缝控制技术措施非常必要。

1.1 明挖隧道工程施工裂缝控制的意义

近年来城市空间无序开发等问题日益凸显，积极引导城市交通系统向立体扩展是必然趋势。城市地下隧道具有环境影响小等优点，建设城市地下隧道成为解决交通拥堵问题的首选方案，我国城市地下隧道工程建设加快推进。城市地下隧道施工方法分为明暗挖等，明挖施工工程造价等方面优于暗挖法，当前城市地下隧道建设规模巨大，具有环境影响大等特点[1]。城市地下隧道服役中受到不可控风险耦合影响，需要加强明挖隧道工程施工裂缝控制技术研究。

1.2 明挖隧道工程混凝土裂缝分析

混凝土是建筑结构中使用最广泛的建筑材料。混凝土施工中无法达到散热效果导致产生表面收缩裂缝。由于各地区原材料等条件不同，明挖隧道工程混凝土结构裂缝是施工中常见问题[2]。明挖隧道施工广泛应用大体积混凝土浇筑，裂缝影响工程质量事故屡屡发生。混凝土是由砂石骨料混合成的脆性材料，混凝土裂缝导致低钢筋砼材料承受能力降。混凝土裂缝类型有多种，根据产生原因分为荷载与变形引起裂缝，根据裂缝大小分为宏、微观裂缝，微观裂缝包括水泥石头裂缝等，宏观裂缝是宽度在0.05mm 以上的裂缝。混凝土表面裂缝非结构性裂缝，基础约束内的混凝土可避免出现深层裂缝。明挖隧道大体积砼浇筑初期多余水分蒸发等引起体积收缩变形。隧道衬砌开裂主要危害包括影响车辆安全通过、衬砌裂缝出现漏水现象、降低隧道衬砌结构对围岩承载能力等。

2 明挖隧道混凝土施工裂缝原因

随着我国经济的发展，公铁路基础设施建设持续推进，由于施工设计等因素导致隧道病害普遍，开裂与渗漏水是隧道工程主要病害，许多隧道病害多种同时发生，开裂隧道大多存在渗漏水现象。目前对混凝土裂缝开展结构裂缝控制研究较多，隧道工程隐蔽影响因素较多，裂缝在隧道施工中普遍存在，研究裂缝形成机理非常必要。

2.1 明挖隧道混凝土衬砌裂缝类型

隧道衬砌是承受地层压力的工程主体建筑结构，地层压力取决于工程地质条件等，与施工方法等因素有关。地层压力包括开挖引起松动，冻害影响隧道存在冻胀性压力等。由于松动压力作用、温度收缩应力作用等导致隧道结构产生裂缝。衬砌开裂是隧道病害主要形式，隧道衬砌开裂降低衬砌结构的安全性，危及行车人身安全。隧道衬砌裂缝类型有多种，根据裂缝走向分为纵横向裂缝，按产生原因分为干缩温度裂缝等。隧道混凝土裂缝由于外荷载应力引起，钢混结构施工中产生裂缝原因不同，非结构性裂缝是混凝土变形产生[3]。明挖隧道混凝土施工裂缝包括侧墙竖向裂缝等。隧道侧墙体裂缝宽度为0.1～0.4mm，隧道侧墙是大体积混凝土结构，拆模过早导致裂缝。隧道顶板45°裂缝与板边相隔1/ 8 处裂缝宽度约0.2～0.4mm。钢筋砼结构组成部分出现温度变化导致收缩变形变大[4]。顶板施工后不铺设塑料薄膜导致引发结构性裂缝。大多数裂缝距离板中1/ 3。

2.2 隧道混凝土裂缝的原因

钢筋砼构件出现受拉裂缝后数量逐渐增多，由于影响混凝土裂缝因素众多，裂缝发生具有随机性，对其准确分析难度较大，出现不同的计算方法。隧道混凝土裂缝理论包括混凝土线性弹性断裂力学等，隧道衬砌开裂机理包括围岩变形机制、衬砌变形机制等。导致隧道衬砌混凝土裂缝原因复杂，包括材料收缩变形等原因引起裂缝，施工技术工艺不当引等因素，导致对到衬砌裂缝因素产生机理不同，实际工程中要采取恰当的治理措施。

由于围岩环境变化施加在衬砌上作用力变化，主要包括膨胀性土压、温度应力等。混凝土吸收空气中水分，塑形裂缝大多发生于浇筑后。在混凝土浇筑后随着压力增大造成空隙地基下沉，北方地区昼夜温差大，混凝土结构冬季施工地面出现冻土，水泥加入适量水导致混凝土体积变小内部出现空隙。混凝土配比中使用过多砂石导致内部留有空隙。混凝土搅拌热量无法挥发，混凝土凝固中迅速降温产生裂缝不断加大。施工工艺与质量控制问题包括施工技术条件限制，混凝土材料检验不利，混凝土模板不平等因素。施工未处理好施工缝，施工质量问题未处理好出现裂缝，产生主要是施工质量等因素。

3 隧道混凝土裂缝处理控制措施

隧道设计要使线型与当地地势完美匹配，达到保护当地生态环境的目的。隧道类型有多种，根据长度分为长中短隧道，依据断面分为大中小断面形式。公路隧道主体洞身由喷射砼形成，运营中出现衬砌开裂，裂缝产生对衬砌强度造成破坏，隧道规划设计施工中要重视裂缝控制，运营期间产生裂缝影响大，恶劣天气要加大裂缝检测次数，保证不会对隧道安全产生影响。隧道混凝土裂缝需要根据实际情况采取处理控制措施。

3.1 混凝土裂缝处理方法

隧道裂缝产生原因不同，应采取不同的处理办法。裂缝宽度较大的边墙采取填充法，细小裂缝采取表面涂抹法。表面涂抹适用范围是浆材难以灌入裂缝，用环氧树脂浆液涂抹后用水泥进行调色处理，经反复实验确定调和比例。填充法是用修补材料填充裂缝，宽度小于0.3mm深度较浅裂缝，用灌浆法难以达到效果，裂缝可采取开V型槽填充处理。槽内骑缝钻孔＞15cm,填充施工后进行调色处理。灌浆法施工可适用细微裂缝与大裂缝，沿裂缝凿10cm×10cm 深5cm 方槽，安装WDT25 中空注浆锚杆，施工中自下而上逐级注浆，注浆24h 后安装锚杆垫板，表面用涂抹法进行调色处理。

3.2 隧道混凝土裂缝预防措施

隧道施工中要从干缩温度裂缝等方面预防裂缝产生，干缩裂缝预防要选用收缩量较小的水泥，严格控制混凝土搅拌与施工中的配合比，适当延长混凝土养护时间，在混凝土配合比设计中控制好水灰比选用，在混凝土结构中设置合适的收缩缝。隧道工程设计引起混凝土裂缝预防需要合理留置施工缝等，增配构造筋提高抗裂性能，精心设计混凝土配合比，避免结构突变产生应力集中。施工管理引起裂缝预防需要采用强制式自动计量装置，混凝土拌制装置符合要求。采用混凝土运输车运输中严禁出现离析等问题，卸料前以常速进行二次搅拌。浇筑混凝土前将模板内杂物等清除干净，混凝土浇筑要连续进行，施工缝处理预埋适量接插片石。要改进施工技术采用新施工工艺，混凝土砌模板台车拆模要在强度超过2.5MPa以上，通过实验确定时间为18～22h，混凝土内外温差小于25℃则不会出现温度裂缝。

4 明挖隧道混凝土施工裂缝控制措施

某立交桥工程为明挖隧道长1050m，渗漏现象是地下工程结构通病，项目部重点加强养护工作，主体结构设计设置变形缝超过底板允许伸缩缝最大间距[5]。采用湿麻袋养护加大养护力度，防止表面干燥过快。针对不同隧道裂缝原因采取不同处理方法，表面涂抹适用于浆材难以灌入无害裂缝，宽度小于0.3mm 裂缝有填充物。灌浆法应用范围广，钻孔注入水泥砂浆，注浆24h 后安装锚杆垫板。隧道施工中要注意温度裂缝预防。

明挖隧道混凝土施工裂缝控制要重点控制入模温度，选择粉煤灰硅酸盐水泥等低热水泥。在混凝土中加入优质粉煤灰有效改善拌合物流动性，添加剂减水作用提升强度，可以将冷却水管埋入混凝土降低内部温度[6]。气温过高避免采取搅拌运输车罐体等手段。明挖隧道工程大规模砼构件规避出现温度裂缝，各种运作模式间要产生紧密的管理，从减少砼收缩变形等方面采取技术措施。混凝土在不同施工阶段内部绝热温升不同，混凝土极限拉伸作用因素有多种，干缩裂缝是由于混凝土水分蒸发程度不同导致，预防干缩裂缝措施包括注重养护、混凝土搅拌中添加适量减水剂[7]。要选用干缩值较小的硅酸盐水泥。

明挖隧道混凝土裂缝控制需要注意浇筑时间，钢筋加工等施工控制。骨料采用二级配比，砂细度模量在2.8～3.0 之间，水泥采用42.5R 低水化热普通硅酸盐水泥，主体结构施工在夏季进行，采用冰水拌制混凝土，夜间施工控制入模温度在28℃内。延长混凝土初期固结时间，降低最高温度与水灰比。钢筋加工成型要符合设计施工规范要求，钢筋成型安装后进行严格验收，保护层厚度不足会造成钢筋锈蚀，导致混凝土开裂剥离。底板与侧墙混凝土浇筑时间过长，浇筑完底板5～7d 内完成侧墙浇筑。混凝土早期养护为保持适宜温湿条件，防止混凝土表面干缩产生，需在混凝土终凝前进行早期保养，侧墙拆模后采用满挂麻袋养护。

5 结语

论述明挖隧道工程混凝土施工裂缝控制的重要性，介绍混凝土结构裂缝类型原因，提出混凝土施工裂缝处理预防方法。混凝土施工中常见问题是由于温度应力过大导致产生有害裂缝，有效控制温度变形裂缝是混凝土施工的重点。混凝土施工技术涉及到施工管理等多方面，需要建设设计施工单位等综合管理科学组织。混凝土结构裂缝会引起钢筋锈蚀，要对砼裂缝进行深入研究，应把控混凝土浇筑工作连续性，结构裂缝控制可从隧道分节施工长度等手段进行控制，保证建筑物施工质量安全。