隧道二衬混凝土开裂成因分析及密实浇筑技术

边宇星

摘要：针对混凝土施工开裂质量问题，从混凝土搅拌、振捣、浇筑、温度控制和模板等方面进行分析，提出相应的控制措施。阐述密实浇筑技术要点，包括控制混凝土水胶比、搅拌时间、浇筑速度和振捣强度和时间等关键参数的确定。结合实际工程，对混凝土开裂的治理方法进行探讨，从混凝土施工质量、浇筑技术等方面探讨开裂的原因和治理方法，旨在提高隧道二衬混凝土的质量和稳定性。

关键词：隧道二衬；混凝土开裂；成因；密实浇筑技术

0   引言

隧道二衬作为隧道中的重要构造部分，在保障隧道安全稳定方面起着至关重要的作用。然而，在隧道二衬施工过程中，混凝土常常会出现开裂现象，严重影响其使用寿命和稳定性。因此，对隧道二衬混凝土开裂的成因进行分析并采取有效的治理措施显得十分必要。本文结合实际工程，对隧道二衬混凝土开裂的成因进行分析，从混凝土施工质量、浇筑技术等方面探讨开裂的原因和治理方法，旨在为混凝土施工提供有价值的参考和指导，提高隧道二衬混凝土的质量和稳定性。

1   隧道二衬混凝土开裂成因分析

1.1   温度变化引起的开裂

隧道二衬混凝土开裂是由多种因素综合作用引起的，其中温度变化是重要的原因之一。温度变化会导致混凝土的体积发生变化，从而产生内部应力。当内部应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会发生开裂。在隧道工程中，由于隧道通风不畅、温度变化较大，尤其是夏季高温期间，混凝土会因温度升高而膨胀，导致内部应力增大。如果未对混凝土表面进行合理防护，就容易产生裂缝。

1.2   二衬混凝土内部应力不均引起的开裂

隧道二衬混凝土的开裂问题还与内部应力不均有关。在混凝土施工过程中，由于振捣、浇筑不均匀、温度梯度等因素的影响，混凝土内部的应力分布往往不均匀。当混凝土中某些局部出现应力集中时，就容易发生开裂。另外，混凝土在硬化过程中存在的收缩和膨胀等变形，也会导致内部应力不均匀。例如，在二衬混凝土边角处、凹凸不平的地方，由于混凝土收缩和膨胀受到限制，造成内部应力集中，从而导致开裂。

1.3   混凝土施工不当引起的开裂

隧道二衬混凝土开裂的原因有很多，其中混凝土施工质量是重要的因素之一。混凝土施工质量不良，会导致混凝土内部存在气孔、缺陷、坍塌等问题，从而降低混凝土的强度和耐久性，从而引发开裂。混凝土搅拌不均匀或时间过长，会使混凝土内部产生气孔、坍塌等缺陷。混凝土振捣不均匀或不充分，会导致混凝土内部存在空洞、缩孔等缺陷。浇筑速度过快或太慢，易导致混凝土内部应力不均匀。模板不平整或未加固，会导致混凝土形状不规则。

2   隧道二衬混凝土密实浇筑技术

2.1   混凝土密实浇筑的优势

2.1.1   有利于提高混凝土的密实度和均匀度

密实浇筑技术可以迅速去除混凝土表面的气泡和孔洞，从而有效提高混凝土的密实度和均匀度，保证混凝土的强度和抗裂性能。

2.1.2  有利于减少混凝土表面缺陷

密实浇筑技术可以消除混凝土表面的凹凸不平和空洞等缺陷，提高混凝土表面的平整度和美观度，同时也有利于混凝土表面的防水处理。

2.1.3   有利于提高混凝土的施工效率

密实浇筑技术使用高效的振动设备，在混凝土浇筑过程中实现混凝土表面的密实化处理，提高了混凝土的施工效率，缩短了施工周期，降低了施工成本。

2.1.4   有利于保证混凝土质量和工程安全

密实浇筑技术能够保证混凝土的密实度和均匀度，有效提高混凝土的强度和耐久性，从而保证工程的质量和安全性。

2.2   密实浇筑技术要点

隧道二衬混凝土密实浇筑技术的关键，是在混凝土浇筑过程中，采用高效的振动设备进行混凝土表面密实化处理。其技术要点如下：

2.2.1   振动设备选择与使用

应选择振动力强、振幅大、频率高的振动设备，以便快速去除混凝土表面的气泡和孔洞，达到混凝土密实化和均匀化的效果。振动设备应沿着混凝土浇筑方向移动，并保持一定的接触时间和接触力度，以确保混凝土表面被充分密实。

2.2.2   混凝土澆筑

在进行密实浇筑之前，应确保混凝土表面干燥，避免水分过多影响密实效果。混凝土应采用均匀、连续的浇筑方式，避免出现断层或混凝土流动不畅的情况。在浇筑过程中，应注意保持混凝土表面的水平和平整度，以便于振动设备的使用。

混凝土的坍落度应控制在适当的范围内，以便于振动设备的操作和混凝土的密实化处理。在进行混凝土密实浇筑时，应采用适当的质量监测措施，对混凝土的强度、抗裂性等指标进行检测和评估，及时发现和解决混凝土施工质量问题，保证混凝土二衬施工质量符合要求。

3   密实浇筑技术实例应用

3.1   工程概况

某高铁隧道项目隧道全长2389m，隧址区属剥蚀中低山区，线位附近海拔为56～217m。隧址区山体连绵起伏，山间冲沟发育，多呈“V”字型，地势起伏较小，自然坡度10～30。植被发育，灌木杂草丛生。进出口段位于低山坡脚区段，地势相对较平缓，洞身区段辟为灌木林，交通不便。

进口段地面标高为84.6m，自然坡度一般为20～40°。出口段地面标高为81.1m，自然坡度一般为20～30°。根据现场地质测绘资料，结合区域地质资料、遥感资料以及物探，隧址区共发育3处节理密集带、2处断层。

3.2   裂缝的排查

隧道检测过程中，发现隧道内部存在多处不同程度的裂缝。针对这些裂缝，进行了详细的排查和分析，得出了以下结论：

3.2.1   裂缝位置及类型

裂缝主要分布在隧道顶部和墙壁上，其中以顶部裂缝为主，部分墙壁裂缝呈斜向分布。裂缝类型主要为线性裂缝和网裂，长度从几厘米到数十厘米不等。

3.2.2   裂缝成因分析

裂缝的成因主要与隧道的地质条件和施工质量有关。地质方面，该隧道穿越了复杂的地层结构，存在一定的构造应力和地应力。施工方面，可能存在混凝土浇筑质量不良、钢筋绑扎不规范、隧道支护不当等问题，导致隧道内部应力不均匀，从而引起裂缝出现。隧道裂缝二衬缝情况统计如表1所示。

裂缝主要分布在隧道頂部和墙壁上，其中以线性裂缝为主，部分墙壁裂缝呈网状分布。裂缝长度从几厘米到数十厘米不等，宽度和深度也有所差异。共统计到裂缝9处，其中隧道墙体裂缝数量最多，为5处，顶部裂缝和墙壁网裂次之，为4处。

3.3   裂缝处置方案与技术要点

3.3.1   整体处置方案

通过对某隧道二衬裂缝情况的统计、观测和分析，初步判断这些裂缝处于稳定状态，但仍需对其进行整治以防止裂缝继续扩大。为此，决定聘请专业处治混凝土裂缝的施工队伍，根据不同类型的裂缝采用不同的方法逐条进行处治。同时，对处治后的二衬裂缝进行跟踪观测，对于继续发展的裂缝及时进行二次处治，直到所有裂缝稳定不再继续发展为止。

针对线性裂缝，采用注浆和填缝等方法进行处理。对于网裂，则采用加强网格进行加固修复。在进行处治过后，对于裂缝进行跟踪观测，对于有变化的裂缝及时进行处理。最后，对处理后的裂缝表面进行环氧树脂封闭。

通过上述处理方案和跟踪观测，可以有效地控制隧道二衬裂缝的发展，保障隧道的安全性和稳定性。同时，针对隧道建设过程中存在的问题，需加强质量监测和管理，确保隧道建设质量符合要求，有效避免类似问题的出现。

3.3.2   针管注浆法技术要点

对于某隧道二衬裂缝中宽度小于1mm且长度小于5m的裂缝，为了避免其进一步扩大并影响隧道的使用安全，决定采用沿缝针管注浆封堵处理的方法。其处理过程主要分为如下步骤：

首先进行裂缝清洁处理，清除裂缝内部杂物和尘土，以确保注浆材料能够充分填补裂缝内部的空隙；然后选用适当的密封材料，注入裂缝内部，以确保其能够充分填充裂缝内部的空隙，最终达到封堵裂缝的效果。

采用这种方法进行处理，能够快速、有效地封堵裂缝，确保隧道的使用安全。同时，还能够延长隧道的使用寿命，减少维修成本。但需要注意的是，对于沿缝针管注浆封堵处理过程中密封材料选择和注入量的控制，需要根据具体裂缝情况进行合理的选择和控制，以确保其处理效果符合要求。

3.3.3   凿孔压浆法技术要点

对于宽度小于1mm且长度大于5m的裂缝，以及宽度大于1mm且小于5mm的裂缝，采用沿缝凿孔压浆封堵处理。其主要步骤包括如下几个方面：

首先进行裂缝凿孔处理。将孔洞开到裂缝内部，以方便注入压浆材料。通常可以采用手动或机械工具进行凿孔处理，将孔洞凿到达到裂缝的底部，确保注入的压浆材料能够充分填补裂缝内部的空隙。

其次进行压浆处理。选择合适的压浆材料，按照规定比例调配，并采用专业设备进行注入，将压浆材料充分注入凿孔后的孔洞中，填补裂缝内部的空隙。注入压浆材料时需要控制注入量，以确保其充分填补裂缝内部的空隙，达到封堵裂缝的效果。

最后对于处理后的裂缝进行检查和观测，确保处理效果符合要求。如果发现处理后的裂缝仍存在问题，需要及时采取措施进行二次处理，以确保隧道的使用安全。

3.3.4   凿槽压浆法技术要点

首先，进行裂缝凿槽处理。将槽洞开到裂缝内部，以方便注入压浆材料。凿槽处理可以采用手动或机械工具进行，将槽洞凿到达到裂缝的底部，并且将槽壁打磨光滑，以确保注入的压浆材料能够充分填补裂缝内部的空隙。

其次，进行压浆处理。选择合适的压浆材料，按照规定比例调配，并采用专业设备进行注入，将压浆材料充分注入凿槽后的槽洞中，填补裂缝内部的空隙。注入压浆材料时需要控制注入量，以确保其充分填补裂缝内部的空隙，并达到封堵裂缝的效果。

最后，使用环氧砂浆进行嵌补，将填充的压浆材料表面进行光滑处理。环氧砂浆具有较高的粘接强度和抗腐蚀性能，能够有效地加强填充物的稳定性和耐久性。

3.4   预防裂缝措施

3.4.1   选择适当水泥种类和配合比

通过调整水泥种类和配合比，控制混凝土的水胶比，以减少混凝土内部的孔隙和缺陷，从而减小混凝土干缩的发生。

3.4.2   合理控制混凝土水分

混凝土的水分含量是影响混凝土干缩的主要因素之一，因此在混凝土施工过程中需要严格控制混凝土的水分含量，以避免混凝土干缩过度。

3.4.3   尽量减缓混凝土干缩速度

可采取加入膨胀剂、矿物掺合料、纤维等措施，易减小混凝土干缩的程度。

3.4.4   加强混凝土施工管理

应加强对于混凝土施工现场得管理，保证混凝土施工过程的质量和施工速度。要加强混凝土的振捣和养护技术管控，防止混凝土在浇筑后过早干燥。

3.4.5   采用适当的混凝土预应力技术

通过采用适当的混凝土预应力技术，能够有效地减小混凝土干缩的程度，提高混凝土的抗裂性能。

4   结束语

本文针对混凝土施工开裂问题，从混凝土搅拌、振捣、浇筑、温度控制和模板等方面进行分析，提出相应的控制措施。阐述密实浇筑技术要点，结合实际工程，对混凝土开裂的治理方法进行探讨，从混凝土施工质量、浇筑技术等方面探讨开裂的原因和治理方法。应用本文的研究成果，有助于提高隧道二衬混凝土施工的质量和稳定性。

参考文献

[1] 熊晓晖.隧道二衬搭接技术优化分析及应用研究[J].铁道建筑技术，2022（8）：20-23+60.

[2] 陈彦，马禧祥，李全，等.高速铁路富水黄土隧道二衬裂缝整治技术研究[J].城市建筑，2021，18（29）：172-175.

[3] 郭亲琳.高速公路隧道洞口山体滑坡综合治理[J].安徽建筑，2021，28（9）：196-198.

[4] 高飞，贺中泽，刘凯，等.污水隧道二衬薄壁结构开裂机理及控制技术研究[J].武汉理工大学学报，2021，43（3）：13-17.

[5] 于洪钦，齐军，刘怀荣，等.祁连山隧道二次衬砌混凝土开裂原因及整治方案研究[J]. 现代隧道技术，2021，58（1）：217-222.