隧道二衬混凝土产生裂缝原因与防治

【摘要】在山岭隧道施工中，二衬混凝裂缝成为一个普遍性的质量问题，本文针对此原因提出裂缝的预防与治理方法，对提高衬砌混凝土施工有所借鉴意义。

【关键词】 隧道施工二衬混凝土；裂缝；原因；防治

随着国民经济的发展，新建设的公（铁）路越来越多，山岭隧道建筑工程数量也越来越多，在隧道建设中，二衬施工一般采用整体式钢模板台车，泵送混凝土施工工艺，但二衬混凝土的裂缝不仅影响了美观，还给工程质量留下了隐患。在隧道衬砌混凝土施工中，应采取合理的施工工艺以减少混凝土中的裂缝的数量和裂缝宽度、深度。本文分析了二衬混凝土裂缝产生的原因，并介绍了几种常见的裂缝治理方法。

1. 裂缝的类型

隧道衬砌混凝土裂缝类型主要有：温度裂缝、干缩裂缝、施工缝处裂缝、外力荷载作用裂缝等。

1.1温度裂缝。混凝土施工中，水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部及其表面形成温度梯度，内外张力超过混凝土内外约束力时就会产生温度裂缝。裂缝宽度、深度冬季较明显，夏季施工产生裂缝主要与衬砌混凝土厚度及水泥品种、用量有关。

1.2干缩裂缝。二衬混凝土在硬化过程中水分慢慢蒸发散失，而水泥石中凝结胶体干燥收缩，受二衬台车整体钢模及围岩的约束，产生徐变应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现表面裂缝，其走向没有明显规律。影响其因素主要为：水灰比，砂石粗细，级配的合理性，外加剂品种和掺量多少。

1.3施工缝（接茬缝）。在二衬混凝土施工过程中，由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇注中断时间超过混凝土的凝结时间，或超过混凝土的正常连续作业时间，因而产生明显裂缝。隧道整体二衬前一般先在隧道两边浇注矮边墙（高80cm左右），矮边墙混凝表面应进行凿毛处理，再用水泥砂浆垫层，如直接在原混凝土上进行衬砌，以致新旧混凝接茬间出现裂缝。

1.4外力荷载作用裂缝。仰拱或边墙基础未清理干净，混凝浇注后，基底产生不均匀的沉降，而使整体钢模台车定位不牢固，以及脱模过早，或在脱模时混凝土受到较大外力撞击等都容易产生变形裂缝。

2. 裂缝形成原因分析

衬砌混凝裂缝形成原因较为复杂，往往是多种因素综合作用的结果，施工操作不符合规范要求造成混凝土裂缝占70%左右，材料质量或混凝土结构配合比不能达到设计及规范要求产生裂缝占25%左右，外界因素产生裂缝占5%左右。

2.1施工工艺或现场操作不规范

2.1.1隧道开挖成形差，超欠挖现象明显，造成衬砌混凝土厚度不均匀，或部分二衬背后出现空洞，以使衬体内部张拉力不均匀。

2.1.2隧道监控量测工作不到位，仅凭一般施工经验来确定二次衬砌施作时间，有使隧道衬体过早承受围岩压力。

2.1.3混凝土施工中计量随意性，外加剂量添加不科学；材料含水率没及时试验调整，混凝土运输过程中随意加水，造成混凝土水灰比增大。

2.1.4混凝土浇注时，振捣随意性，不规范性，以致混凝土质量不均匀。

2.1.5盲目追求施工进度，随意提前脱模时间，使得低强度混凝土过早过量地承受荷载。

2.1.6脱模后没进行潮湿养护，如湿度不够，混凝土失水干燥而影响水泥水化正常进行，甚至停止水化。

2.1.7砂石料露天堆放随意，夏季无有效的降温措施，冬季无有效的温度控制措施，有所影响混凝土正常水化热。

2.2原材料质量差，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、砂料级配差，增加混凝土内部的孔隙率。不规范的砂石料中，含有较多的石粉，针、片壮物过多，影响水泥与骨料的胶结。

3. 混凝土裂缝的治理

混凝土作为多组材料组成的脆性材料，裂缝的存在是客观的，施工过程中对混凝土的管理，避免或减少混凝土裂缝的产生，对于出现的裂缝，应认真研究、分析原因，裂缝的存在是有害还是无害，并对有害裂缝进行处理，以防止裂缝的继续发展，影响衬砌结构的稳定性。

3.1细微裂缝。隧道衬砌混凝土表面常出击一些没有扩展性的细微裂缝，这种裂缝长久地存在会影响二衬衬体的使用效果及耐久性。从美观的角度考虑，可先清洗干裂缝的表面，然后涂上腻子几遍，最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。腻子采用环氧树脂浆液配比：环氧树脂：501稀释剂=1：0.2。调色料采用白水泥浆液，配比为：水泥：白水泥：107胶=5：1：1，施作中以试验结果进行确认。

3.2贯通性裂缝。贯通性裂缝对工程质量危害较大，必须采用有效的治理方法。没裂缝方向凿成一条沟槽，在沟槽内每隔50cm左右钻一孔，孔深为二衬厚度的1/2～2/3，一般不得小于15cm。钻孔后再在孔内安装10的压浆管道，利用环氧树脂砂浆固定，灰刀将砂浆压实抹光。环氧树脂砂浆配比；环氧树脂：水泥：细砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12，其中乙二胺是固化剂，二丁酯是稀释剂，环氧树脂砂浆强度达到0.15-0.2MPa时压入水泥一水泥玻璃浆液或环氧树脂浆液，压浆结束后并检查其效果，裂缝表面用刮抹料和调色料处理。

3.3密集裂缝。衬砌混凝土背后的空洞或衬砌厚度不足而弓I起的密集性裂缝，在裂缝范围内以间距1m左右交错布点，凿成10cm×10cm大小，深5cm的方槽，再用风钻打入中空注浆锚杆（勿接触衬背防水层），注入水泥砂浆，灰砂比为1：3，水灰比为1：1，施工时注浆压力保持在0.4～0.66MPa为宜，注浆结束后，当达到规定压力而砂浆压不进时，即认为已经注满，注浆孔用环氧树脂砂浆抹平，再用刮抹料和调色料处理。

4. 预防或减少混凝土裂缝的措施

4.1提高设计精度。

4.1.1加强工程前期的地质工作，为设计提供详尽的工程地质、水文地质勘探数据资料。

4.1.2把好材料关，严格控制原材料的质量与技术标准。

（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，水泥用量一般控制在350Kg/m3左右，不同批次水泥不能混用。

（2）碎石：根据泵送管路的内径，尽可能选用较大粒径的碎石，一般为5～31.5mm，其中5～16mm占1/3，16～31.5mm占2/3，严格控制碎石的含泥量

（3）砂：采用级配良好的中砂，细度模数应为2.3～3.0，严格控制砂子的含泥量

（4）水：一般先用饮用水，当采用其它水源时，应执行《混凝土拌合用水标准》进行检测，PH值应大于4。因水灰比越大，混凝土的干燥收缩也越大，严格控制泵送混凝土水灰比是减少裂缝的根本措施，施工水灰比一般为0.45～0.55，混凝土坍落度12～16cm。

（5）掺和料：推广粉煤灰和膨胀剂的双掺技术，等量代替水泥，以减少水泥用量，提高混凝土的密实性、抗渗性。粉煤灰掺量一般水泥用量的10～1 5%，膨胀剂掺量一般为水泥用量的0.8～1%，具体掺量以试验数据为准确。粉煤灰的比表面积小，需水量低，不仅能有效地降低混凝土的干燥收缩值，增加混凝土内部的流动性、粘聚性和保水性。在水泥中掺入原状或磨细的粉煤灰，可降低混凝土内部温度，推迟水化热峰值现象，减少绝热条件下升温，有利于控制温度裂缝的产生。掺量适当的膨胀剂量可以补偿混凝土的收缩，增加其密实度。

4.1.3严格混凝土的施工工艺。

（1）提高钻眼技术水平，优化钻爆参数，提高光面爆破技术，以达到超欠挖的良好控制。

（2）二衬的施作时间，应在围岩和初期支护变形基体稳定时进行。当围岩稳定明显，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。

（3）加强混凝土的拌舍。严格按照施工配料单进行电子计量，定期检查、校正计量装置，加强砂石料含水率的控制。控制混凝凝土的入模温度，夏天施工时，当气温高于32℃时，砂石料应用冷水冲洗，尽量可安排在夜间浇筑混凝土。

（4）混凝土的浇筑。在运输及泵送过程中严禁加水；浇筑时适当地放慢施工速度，两侧边墙对称、分层灌注，拱、墙交界处应停1h左右让混凝土下沉稳定后，再浇注拱部混凝土：混凝土浇注过程中必须加强振捣，以提高混凝土的密实度和均质性，减少内部的抗裂性。

（5）混凝土的脱模、养护。拆模时的强度必须满足设计及规范要求，一般衬体端面在拆除挡头板后，混凝土颜色变为灰白，即可脱模；传统的混凝土为洒水养护，也对隧道内的文明施工有所影响，且强度也得不到充分的保证，建议使用喷涂混凝土养护液的方法进行养护。