隧洞衬砌混凝土裂缝成因及施工改进措施

王战抗

摘要：在水利工程地下隧洞衬砌施工中裂缝是非常多见的，严重影响了水工隧洞的稳固性与安全性，施工单位应认识到控制裂缝问题的重要性与必要性，积极寻找产生混凝土裂缝问题的成因，从根本上控制水工隧洞的裂缝问题。

关键词：隧洞衬砌;裂缝成因;处理措施

1隧洞衬砌混凝土裂缝产生的原因

1.1原材料管理工作

在水工隧洞衬砌混凝土施工项目而言，原材料的基础性质量十分关键，也是存在问题较多的环节，技术人员选取的水泥品种不能满足工程实际需求，水泥运输和存储过程受潮结块问题等较为常见。

1.2配合比参数设计不同

正是由于水利工程项目和水工隧洞自身的特征，耐久性影响较大，若是不能结合实际情况深度贯彻落实执行机制，就会造成混凝土裂缝问题。

1.3原材料及混凝土温度

混凝土所用散装水泥存放在室外钢制水泥罐内，随外界气温变化较大;砂石骨料贮存于搭设的保温棚料仓内，在夏季或冬季进行浇筑时，水泥、砂石骨料等原材料的温度，变化较大。

1.4隧洞开挖清理工作不到位

在工程项目运行过程中，洞段成型轮廓较差，甚至出现超挖以及欠挖问题，造成衬砌工作结束出现空洞问题，都是造成衬砌厚度不等的因素[1]。

1.5地下水影响

围岩地质条件差，基岩破碎，岩型不均，构造较复杂，节理裂隙发育，并伴有地下水渗出的围岩，隧洞内有地下水渗出，衬砌完成后，地下水无法排出，围岩内渗水的外水压力不断累积，作用在衬砌混凝土上。

1.6隧洞超挖因素分析

爆破开挖围岩超、欠挖致使岩面不平顺，产生应力集中，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现应力裂缝。由于超挖，致使混凝土的浇筑厚度加大，应力重新分布，原设计的钢筋型号就不能满足结构配筋要求，局部配筋率偏小。

1.7振捣操作不足

在水工隧洞衬砌混凝土施工操作中，混凝土衬砌工作十分关键，若是出现漏振、振捣不足以及振捣过多等问题，都会导致整体衬砌工作受阻。

1.8施工原因分析

砂石骨料质量较差，含泥量超标或细度模数超标，含水量变化较大;外加剂减水率、保塌性、缓凝等指标不稳定，原材料质量不稳定，致使混凝土工作性能较差。混凝土浇筑过程中，浇筑速度较快，间隔时间过短。衬砌台车作业空间小，没有分层多窗口下料，振捣棒拉料流动，振捣不充分、不及时，易产生冷缝[2]。

1.9外界环境温度影响

混凝土养护期间有穿堂风，降低了混凝土表面温度及湿度，形成内、外温度差。浇筑初期环境温度偏低或偏高，混凝土内外温差大，形成温度裂缝。

2水工隧洞衬砌混凝土裂缝的预防措施

2.1优化混凝土配合比

不断优化调整配合比，在保证强度不变的情况下，增加粉煤灰用量，以减少水泥用量，减少混凝土发热量。

2.2控制原材料及混凝土温度

（1）控制水泥进场温度。为避免因水泥温度过高，造成拌合混凝土出机温度过高;拌和站内设置两个散装水泥罐，新进场散装水泥暂不使用，优先使用早先进场的水泥，等待新进场水泥充分散热，对进场水泥温度进行测量，确保水泥温度符合使用要求。（2）夏季施工时，为降低拌合水温度，混凝土拌合前將施工用的井水抽至储水箱，进一步降低拌合混凝土出机温度。冬季则将骨料提前运至拌合站棚内预热，拌和用水加热，浇筑温控全过程跟踪监测。（3）适当提高减水剂的缓凝成分，降低水泥水化反应速度，均匀放热。（4）夏季衬砌混凝土浇筑时间，安排在低温时段施工[3]。

2.3引排水措施

（1）在隧洞施工过程中，排水系统的合理设置是施工环节的重要组成部分，为避免流出或渗出的地下水对隧洞的使用或运行安全造成隐患，防止地下水进入混凝土浇筑界面，在衬砌混凝土时，地下水处理以引排的方式为主，水量大时，在衬砌工作开展前进行阻水灌浆。（2）衬砌前系统的防排水措施：在富水洞段，尤其是围岩面潮湿，喷射混凝土表面大面积潮湿有水渍时，在钢筋制安工序施工前必须进行系统的防排水，具体措施是在墙面布设排水盲管、防水布;（3）回填灌浆孔排水：在淋渗水点多的富水洞段衬砌后，及时把预留回填灌浆孔钻深至岩面，利用回填灌浆进行排水，避免衬砌面出现水击穿裂缝加强开挖过程施工控制根据经验，敞开式TBM施工后，周边围岩受力均匀，无明显超挖，混凝土衬砌后出现裂缝的机率及数量较钻爆法衬砌施工后的混凝土裂缝要减少约70%。

2.4加强混凝土施工过程控制

（1）原材料进场控制：对拌和系统称量装置定期进行检查和校准，加强砂石料含水、含泥量的检测，及时调整混合料的用水量，保证混凝土的和易性。（2）严格控制混凝土的拌和质量：严格按照试验室出具的配料单进行混凝土拌制，严禁私自调整配合比，拌和站称量偏差，必须满足规范要求，适当延长搅拌时间，以满足混凝土的均匀性，确保混凝土的搅拌质量。（3）加强施工过程管控：加强混凝土的振捣，保证衬砌混凝土的均匀密实性，严禁采用附着式振捣器代替插入式振捣棒使用，避免漏振、欠振、过振[1]。（4）控制混凝土拆模时间：严格控制脱模时间，根据同条件养护混凝土试块检测，衬砌混凝土顶拱强度超过5MPa，满足拆模强度要求，为避免外水压力大、水化热高、腰线以下结构受力大致使衬砌混凝土产生裂缝，延迟拆模时间，混凝土浇筑完成后24h方可拆模。（5）加强混凝土养护：根据规范要求，养护水温与混凝土温差不得大于25℃，为避免由于温差过大产生混凝土裂缝，混凝土脱模后及时进行混凝土温度测量，在混凝土表面温度低于45℃后，开始进行洒水养护，洒水养护时间不低于28d，养护期间确保混凝土表面处于湿润状态。

2.5外界环境温度控制

在隧洞贯通处采取封堵措施，如：砌筑砖墙或挡风门，控制空气对流，保持洞内恒温。

3水工隧洞衬砌混凝土裂缝的控制措施

3.1表面修补法

表面修补法是一种非常常见的处理裂缝的方法，主要用于一些没有影响水工隧洞结构稳定性的裂缝修补[2]。在施工过程主要是在混凝土裂缝表面涂抹上一层环氧胶泥、水泥浆或是沥青等。

3.2灌浆、嵌缝封堵法

灌浆法是在对水工隧洞整体稳定性造成一定影响的裂缝中使用，也可以使用灌浆法修复对有较高防渗要求的混凝土裂缝。灌浆法原理主要使用压力设备把胶结材料压入到混凝土的裂缝中，使混凝土和胶结材料结合为一体，达到封堵裂缝的效果。目前较为常见的胶结材料主要有环氧树脂、水泥浆、甲基丙燃酸酯等。而嵌缝法主要是沿裂缝凿槽，并在槽中嵌入相关的止水材料。

3.3结构加固法

若裂缝已经严重影响到了水工隧洞衬砌混凝土结构的安全性能，则应该采用结构加固法进行有效的控制处理裂缝。现阶段较为常见的结构加固方式主要有：增大混凝土截面面积、粘贴钢板加固、构件角部外包型钢、增设支点加固等，通过对隧洞衬砌结构缺陷部位进行结构性补强加固，从而改善裂缝对隧洞质量的不利影响[3]。

结语：总之，在水工隧洞衬砌混凝土处理工作开展过程中，要对影响因素进行集中梳理和排查，有效整合管理标准和管控机制，对可能影响整体质量的问题进行集中梳理，避免施工過程受到影响，从根本上提高工程质量和安全性，为隧洞衬砌项目发挥其实际价值奠定坚实基础。

参考文献

[1]刘美玲.输水隧洞衬砌混凝土裂缝成因及处理措施[J].四川水泥，2021（6）：159-160.

[2]宁晓娜，刘忠富，龙翔.水工隧洞混凝土衬砌裂缝成因的调查与分析[J].东北水利水电，2021，39（5）：67-68.

[3]原振军.隧道工程衬砌混凝土裂缝的原因与控制措施[J].城市建筑，2021，18（11）：184-186.