隧道二次衬砌裂缝的成因与防治分析

发表时间：2017-08-18T11:38:42.353Z 来源：《基层建设》2017年第11期 作者： 郭剑华

[导读] 摘要：本文先概述了隧道裂缝的主要类型，分析了隧道二次衬砌裂缝的成因，并提出了隧道二次衬砌裂缝的防治对策。 温岭金岭建设有限公司 317500

摘要：本文先概述了隧道裂缝的主要类型，分析了隧道二次衬砌裂缝的成因，并提出了隧道二次衬砌裂缝的防治对策。 关键词：隧道；二次；衬砌；裂缝；成因；防治

随着社会经济的发展，我国修建了大量的公路隧道，但是随着隧道的数量和里程的增长，隧道越来越多的出现了二次衬砌裂缝。由于二衬砼裂缝会对隧道结构体的受力、防排水、外观等产生不良影响，我们必须对裂缝有个客观的认识，对其形成原因加以认真分析，同时在设计和施工等方而应采取有效措施来减少裂缝的产生，以降低二衬砼裂缝对隧道的影响。 1 隧道裂缝的几种主要类型

隧道衬砌混凝土裂缝类型主要有：干缩裂缝、温度裂缝、外荷载作用产生的变形裂缝、施工缝处理不当引起的接茬缝等。 1.1 干缩裂缝

混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失，使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形，由于受到围岩和模板的约束，变形产生应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时。就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面性的，走向没有规律。影响混凝土干缩裂缝的因素主要有：水泥品种、用量及水灰比，骨料的大小和级配，外加剂品种和掺量。 1.2 温度裂缝

水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生温度裂缝。裂缝宽度冬季较宽，夏季较窄。温度裂缝的产生与二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种、用量有关。 1.3 荷载变形裂缝

仰拱和边墙基础的虚碴未清理干净，混凝土浇筑后，基底产生不均匀沉降；模板台车或堵头板没有固定牢固，以及过早脱模，或脱模时混凝土受到较大的外力撞击等都容易产生变形裂缝。荷载变形裂缝在隧道衬砌混凝土病害中占有的比例逐年增大，已经引起了广大工程技术人员的重视。 1.4 施工裂缝

施工过程中，由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间，继续浇筑混凝土时，原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理，或者凿毛后没有用水冲洗干净，也没有铺水泥砂浆垫层，就在原混凝土表面浇筑混凝土，致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。

2 隧道二次衬砌裂缝的成因

混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计，施工不规范造成的混凝土裂缝占80％左右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15％左右，设计不当引起的裂缝可能占5％。 2.1 施工操作不规范

隧道开挖成型差，衬砌混凝土厚度严重不均匀；欠挖或初期支护侵入衬砌限界，造成衬砌混凝土厚度不足。个别隧道衬砌混凝土背后存在脱空现象。

未开展监控量测工作，仅凭经验来确定二次衬砌的施作时间，安全可靠性差，造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。

混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加剂的掺加随意性大，没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。在混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍。

采用整体式钢模板台车施工，混凝土浇筑时不振捣或漏振，混凝土均质性差。

盲目追求施工进度，随意提前脱模时间，使低强度混凝土过量承受荷载，破坏了混凝土结构。脱模后没有进行混凝土的潮湿养护。 夏季施工时砂、石料露天堆放，无切实有效的降温措施，混凝土入模温度高。冬期施工时采取的防寒保温措施不力。 2.2 原材料配合比设计不合理

水泥品种选择不当，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂级配差，含泥量超标，碎石中石粉含量大，针、片状物过多，影响了水泥与骨料的胶结。进行配合比设计时，忽视水泥用量增多对混凝土品质的影响，错误认为水泥用量越多，混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导，往往达不到预期的效果。 3 隧道二次衬砌裂缝的防治 3.1 设计方面

切实加强地质勘察与试验分析，提供准确的设计参数；

设计人员应密切注意隧道工程的施工现场情况，根据具体施工工艺与地质情况及时修正设计； 在条件允许的情况下，建议隧道二衬砼采用具有良好的整体抗拉及抗压性能的钢纤维砼。 3.2 严格控制材料进场关 （1）水泥

施工现场多使用普通硅酸盐水泥，但应尽量减少单位水泥用量。不同品牌、不同规格、不同批次的水泥不能混用。 （2）碎石

根据泵送管路的内径，尽可能选用较大粒径的碎石。严格控制含泥量≤1%，针、片状物含量≤15%，粒径以5～31.5mm为宜，最大不超过40mm。 （3）砂

采用级配良好的中砂，细度模数应为3.0～2.3，粒径小于0.315mm的颗粒含量所占比例宜为15～20%，严格控制含泥量在3%以内。为方便混凝土的运输、泵送和浇筑，砂率取35%～45%。 （4）水

最好选用饮用水。当采用其他水源时，PH值应大于4。施工中水灰比在0.45～0.55之间，混凝土入泵塌落度控制在（12±2）cm。 （5）掺合料

推广掺加粉煤灰和膨胀剂的双掺技术，等量替代水泥，以减少水泥用量。对强度等级C25以下的混凝土，粉煤灰掺量一般为水泥用量的10%～15%，膨胀剂掺量为水泥用量的8%～12%，具体掺量需经试验确定。 （6）外加剂

高效减水剂能够有效减少拌合用水，降低水化热，延缓水化热释放速度，从而减少温度裂缝，但掺量过多，会引起混凝土的肿胀和开裂。施工时必须慎重选择外加剂的品种和掺量。 3.3 严格控制施工工艺

提高钻眼技术水平，优化钻爆参数，提高光面爆破效果，加强隧道开挖断面检测，严格控制超欠挖，为衬砌施工创造良好的条件。 二次衬砌施作时间，应在围岩和初期支护变形基本稳定时进行。当围岩变形较大、流变特性明显，需提前进行二次衬砌时，必须对初期支护或衬砌结构进行加强。 （1）混凝土的拌合

严格按施工配料单计量，定期检查校正计量装置。加强砂石料含水率检测，及时调整拌合用水量。

控制混凝土的入模温度。夏季施工时，当气温高于32℃时，砂石料、搅拌机应搭设遮阳棚，用冷水冲洗碎石降温。尽量安排在夜间浇筑混凝土。

（2）混凝土的灌注

混凝土在运输和泵送过程中严禁加水。适当放慢灌注速度，两侧边墙对称分层灌注，到墙、拱交界处先停止灌注，并开启钢模台车上附着式振动器进行振捣，待边墙混凝土下沉稳定后，再灌注拱部混凝土。 （3）二衬砼的养护

一方面，必须保证拆模时的砼强度（即保证拆模时间）。如果拆模时的二衬砼强度过低，极易使二衬砼在拱顶（抗拉）与边墙中部（抗压）的位置出现水平裂缝。同时拆模时如有较大的挠动将直接影响二衬砼内在强度。

另一方面，拆模后必须及时对二衬砼进行洒水养护并注意温差控制。目前大部分隧道施工时，由于施工单位未及时进行洒水养护，而隧道内部的潮气尚不能完全满足砼养护成型需要的水分，将导致砼因内部收缩应力增大而出现裂缝。因此，二衬砼拆模后，应采用二衬砼喷淋养生台车对混凝土进行喷淋养护。同时温度对尚未完全养护成型的二衬砼影响较大，在昼夜温差较大或急剧气温变化时极易出现较多的裂缝。

总之，隧道二衬砼出现裂缝是一种较普遍的现象。一旦二衬砼出现裂缝，就必须对裂缝进行及时、仔细、认真的观测，以具体的观测数据，通过理论分析，判断二衬砼裂缝的危害程度，并决定是否采取进一步的措施予以处理。 参考文献：

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