試探公路襯砌隧道防裂策略

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摘要：本文介紹了公路隧道襯砌裂縫基本形態和裂縫形成的原因，提出了具體的防治措施，供大家參考。

關鍵詞：隧道襯砌裂縫；工程地質；圍巖；施工工藝

一、前言

隨著國民經濟的發展，各地區新建公(鐵)路越來越多，隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二次襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺車、泵送混凝土施工工藝，但混凝土硬化過程中產生的裂縫不僅影響了美觀，還給工程質量留下了隱患。施工中必須采取合理的工程技術措施，控制和減少混凝土中裂縫的數量和寬度。本文分析了混凝土裂縫產生的原因，提出了緩解裂縫產生的措施，并介紹了幾種常見的裂縫治理方法。

二、襯砌裂縫基本形態

結合工程地質條件、施工狀況分析以及襯砌裂縫的基本形態表述，從力學性質上分析襯砌裂縫可分為三類：

剪切裂縫。主要為拱腰處襯砌混凝土受剪切應力作用而開裂，甚至出現錯位，呈縱向、斜線或x型交叉分布。剪切裂縫主要是由于偏壓、圍巖的承壓力不足、縱向沉降差和其它施工因素引起的。

拉裂縫。由于隧道襯砌混凝土的干縮、熱脹冷縮和襯砌外側圍巖阻礙了襯砌的自由脹縮，在襯砌內部產生溫度應力。混凝土抗拉強度遠遠低于抗壓強度，故常能抵抗升溫時產生的壓應力，而難以抵抗降溫時產生的拉應力。一般混凝土所能承受的降溫只有7一l0℃，都可能在隧道襯砌內產生環向和縱向裂縫。這些裂縫不僅影響隧道襯砌的受力，而且是隧道滲漏水的通道。

彎曲受壓開裂：主要為拱頂處襯砌混凝土受壓開裂。由于襯砌兩側受壓，拱頂上升，襯砌內側受壓產生劈裂，外側受拉產生“V”字形拉裂縫，當兩者進一步發展時產生貫通裂縫，使裂面處于不穩定狀態。

三、裂縫形成的原因分析

混凝土裂縫形成的原因非常復雜，往往是多種不利因素綜合作用的結果。據有關統計，施工不規范造成的混凝土裂縫占80％左右，材料質量差或配合比不合理產生的裂縫占15％左右，設計不當引起的裂縫可能占5％。

（一）設計粗糙，建設、監理單位工作隨意性大

由于多方面的原因，勘察設計單位無法深入地開展地質勘探工作，隧道圍巖類別評價及支護結構設計缺乏科學依據，帶有一定的盲目性。個別建設單位限于自身管理和專業技術水平的欠缺，任意變更原設計。少數工程由業主的內部人員組成監理機構，監理工作失去了獨立性。隨著建筑市場的規范，這些問題會逐步得到解決。

（二）施工工藝或現場操作不規范

隧道開挖成型差，襯砌混凝土厚度嚴重不均勻；欠挖或初期支護侵入襯砌限界，造成襯砌混凝土厚度不足。個別隧道襯砌混凝土背后存在脫空現象。

未開展監控量測工作，僅憑經驗來確定二次襯砌的施作時間，安全可靠性差，造成二次襯砌超設計荷載承受圍巖壓力。

混凝土生產時原材料計量誤差大，尤其外加劑的摻加隨意性大，沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。

采用整體式鋼模板臺車施工，混凝土澆筑時不振搗或漏振，混凝土均質性差。

盲目追求施工進度，隨意提前脫模時間，使低強度混凝土過量承受荷載，破壞了混凝土結構。脫模后沒有進行混凝土的潮濕養護。

夏季施工時砂、石料露天堆放，無切實有效的降溫措施，混凝土入模溫度高。冬期施工時采取的防寒保溫措施不力。

（三）原材料質量差、配合比設計不合理

水泥品種選擇不當，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂級配差，含泥量超標，碎石中石粉含量大，針、片狀物過多，影響了水泥與骨料的膠結。

進行配合比設計時，忽視水泥用量增多對混凝土品質的影響，錯誤認為水泥用量越多，混凝土強度越高。對摻合料和外加劑的選用缺乏專業技術人員的指導，往往達不到預期的效果。

（四）施工因素及其引起的裂縫

施工因素可以說在整個隧道的建設過程中是最不確定的一個因素。之所以提出這個非技術原因，是因為施工因素已經成為造成隧道襯砌裂縫的重要原因。常見的主要施工因素有：施工所用材料質量不達標，存在偷工減料問題；野蠻施工；不按設計施工；不按程序施工；對于超挖段和塌方段回填不及時、不完全。

對于由施工因素引起的襯砌裂縫在很多文獻中都可以看到，此處不詳述。

四、預防混凝土裂縫的措施

（一）提高設計精度

加強工程前期地質工作，為設計提供詳盡的工程地質、水文地質勘探資料，提高設計的質量。

（二）把好材料進場關，嚴格控制原材料的質量和技術標準

水泥。施工現場多使用普通硅酸鹽水泥，但應盡量減少單位水泥用量。不同品牌、不同規格、不同批次的水泥不能混用。

碎石。根據泵送管路的內徑，盡可能選用較大粒徑的碎石。嚴格控制含泥量≤1％，針、片狀物含量≤15％，粒徑以5～31．5mm為宜，最大不超過40mln。

砂。采用級配良好的中砂，細度模數應為3．0～2．3，粒徑小于0．315mm的顆粒含量所占比例宜為15～20％，嚴格控制含泥量在3％以內。為方便混凝土的運輸、泵送和澆筑，砂率取35％～45％。

水。最好選用飲用水。當采用其他水源時，應按國家現行《砼拌合用水標準》(JGJ63)的規定進行檢驗，PH值應大于4。水灰比越大，混凝土的干燥收縮越大。嚴格控制泵送混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施。施工中水灰比在0．45～0．55之間，混凝土入泵塌落度控制在（12±2)cm。

摻合料。推廣摻加粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術，等量替代水泥，以減少水泥用量。對強度等級C25以下的混凝土，粉煤灰摻量一般為水泥用量的10％～15％，膨脹劑摻量為水泥用量的8％～12％，具體摻量需經試驗確定。

粉煤灰比表面積小，需水量低，不僅能有效降低混凝土的干燥收縮值，還可以改善混凝土的流動性、粘聚性和保水性。在水泥中摻入原狀或磨細粉煤灰后，可以降低混凝土中水泥的水化熱，推遲水化熱峰值的出現，減少絕熱條件下的溫升，有利于控制溫度裂縫的產生。粉煤灰的摻加在水工大體積混凝土施工中應用比較廣泛，由于認識、技術上的原因，目前在山嶺隧道施工中應用較少。

摻加適量的膨脹劑可以補償混凝土的收縮，增加密實度，提高混凝土防滲抗裂能力。

外加劑。高效減水劑能夠有效減少拌合用水，降低水化熱，延緩水化熱釋放速度，從而減少溫度裂縫，但摻量過多，會引起混凝土的腫脹和開裂。施工時必須慎重選擇外加劑的品種和摻量。

（三）嚴格混凝土施工工藝

提高鉆眼技術水平，優化鉆爆參數，提高光面爆破效果，加強隧道開挖斷面檢測，嚴格控制超欠挖，為襯砌施工創造良好的條件。

次襯砌施作時間，應在圍巖和初期支護變形基本穩定時進行。當圍巖變形較大、流變特性明顯，需提前進行二次襯砌時，必須對初期支護或襯砌結構進行加強。

混凝土的拌合

①嚴格按施工配料單計量，定期檢查校正計量裝置。加強砂石料含水率檢測，及時調整拌合用水量。

②控制混凝土的入模溫度。夏季施工時，當氣溫高于32℃時，砂石料、攪拌機應搭設遮陽棚，用冷水沖洗碎石降溫。盡量安排在夜間澆筑混凝土。

混凝土的灌注

①混凝土在運輸和泵送過程中嚴禁加水。

②適當放慢灌注速度，兩側邊墻對稱分層灌注，到墻、拱交界處停1h～1．5h，待邊墻混凝土下沉穩定后，再灌注拱部混凝土。

③混凝土灌注過程中必須振搗，提高混凝土的密實度和均質性，減少內部微裂縫和氣孔，提高抗裂性。

混凝土的脫模、養護

①混凝土拆模時的強度必須符合設計或規范要求，嚴禁未經試驗人員同意提前脫模，脫模時不得損傷混凝土。

②傳統的混凝土灑水養護方法，增加了隧道內的文明施工難度，灑水也不均勻，使混凝土早期強度得不到保證。建議使用噴涂混凝土養護液的方法進行養護。

五、結束語

公路隧道襯砌裂縫的治理是一項綜合性很強的施工技術，它需要有經驗的工程師及時分析施工進展與現場施工數據，調整原設計方案施工細節，以便施工措施更能符合病害實際情況，從而避免在治理段重新產生新的病害。