隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治

田志勇

(中交隧道工程局有限公司第四工程公司)

隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治

田志勇

(中交隧道工程局有限公司第四工程公司)

通过分析隧道衬砌混凝土裂缝产生的原因，在施工过程中采取对应的措施和方法来预防和控制裂缝的产生和发展。

裂缝;分类;成因;防治

1 裂缝的分类

一般混凝土的结构破坏是从裂缝产生开始，而产生隧道衬砌混凝土裂缝是隧道衬砌施工中最常见的现象。裂缝的产生不仅会降低结构的耐久性，并且会破坏建筑物的完整性。严重的时候还会造成隧道不能正常使用。因而隧道衬砌混凝土裂缝应引起我们的足够的重视。现隧道裂缝的种类有以下几种。

1.1 收缩裂缝

混凝土在硬化作用时水分会逐步的流失，从而水泥石里面的凝结胶体就会产生干燥收缩变形。但是由于混凝土受到围岩或者模板的约束作用，产生了变形应力，当这个应力值大于混凝土的抗拉强度时就出现了收缩裂缝。一般情况，收缩裂缝先出现在混凝土的表面，然后向混凝土内部发展，形状没有规律可循。影响混凝土收缩裂缝的主要因素包括水泥的成分、用量，材料的性质，骨料的大小、级配。以及外加剂的品种、用量。若没有及时处理收缩裂缝，多半会变成永久性裂缝。这样会引起钢筋的锈蚀和混凝土的碳化而导致结构的耐久性下降。

1.2 沉降裂缝

有三种可能会出现沉降裂缝。第一种是可能建筑物处于土质不均匀、松软的地基上，由于场地清理不干净或者回填不紧实和入水造成的不均匀沉降。第二是混凝土在浇筑的时候，因混凝土的振捣不密实或者坍落度较大而导致的在泌水硬化过程中因钢筋阻碍骨料的沉降而产生的裂缝。这种裂缝一般沿着钢筋和箍筋的方向发展。第三是由于模板的强度不足，致使模板的支撑间距过大或者支撑底部松动。这样混凝土结构可能产生裂缝。沉降的情况影响裂缝的发展走向，一般是在与地面呈30°～45°度或者90°方向发展的。沉降量越大，裂缝的宽度就越宽。沉降裂缝一般不受温度变化的影响。沉降裂缝在地基温度之后也逐渐趋于稳定。

1.3 温度裂缝

由混凝土的水化热或者周围的环境的温度变化引起的影响造成的裂缝称为温度裂缝。混凝土在浇筑时释放出大量的水化热，从而使混凝土的内部温度上升，在混凝土表面产生拉应力。不管是升温还是降温都会使混凝土的表面产生拉应力。新混凝土在老混凝土的约束下也会在混凝土的内部产生拉应力。所有的拉应力之和大于混凝土的极限抗拉强度时，裂缝产生。

1.4 施工裂缝

在隧道混凝土施工的过程中，发生故障中断了混凝土的浇筑，并且时间超过了混凝土的初凝时间。然后再继续浇筑混凝土，在原来的混凝土表面没有进行清理干净，或者没有在表面铺水泥砂浆垫层。以致于在新老混凝土的接茬间产出裂缝。

2 裂缝形成的原因分析

2.1 选用材料方面

浇筑混凝土的材料选用很重要，材料的品种或者量选用不恰当往往会成为产生裂缝主要的原因。材料选择不当表现在以下几个方面:材料质量差、不同批次的材料混用、水泥品种选择不合适;砂石级配差，含泥量或者含粉量较大，使水泥和骨料的胶结差;配合比设计不当，水泥用量超标，忽略了水泥增多对混凝土的影响;外加剂和掺合料选择不当，缺乏专业的认识，选用的材料不止达不到预期效果还产生不好的影响。

2.2 不利的受力条件

从受力的情况分析隧道衬砌裂缝产生的原因，有以下几个方面。

(1)地基的不均匀沉降。

通观整条隧道，在纵向要经过不同的岩层，各层的地基承载力情况差别较大。不同的断面的衬砌的抗变形的能力差别较大，或者由于衬砌的回填没有严格的对称，这些都会导致隧道在纵向产生不均匀的沉降。这些沉降引起纵向的弯矩，使隧道产生应力，应力越大时，隧道的衬砌越容易开裂。

(2)混凝土强度较低。

在浇筑好混凝土后，由于施工的需要，在混凝土的强度还没到极限强度时，就拆掉支撑和模板。这些措施让混凝土的强度过小不能承受较大的力从而导致衬砌开裂。并且在拆模的时候由于模板台车使用时间过长，会使前后端产生一些变形，因此容易在混凝土的空洞区成顶升裂缝。

(3)注浆压力过大。

注浆的方式主要有两种，掌子面注浆和衬砌背后回填注浆。在进行掌子面封堵注浆时，要时刻注意注浆的压力和注浆量的多少，并保证在二次衬砌混凝土时无溢浆情况出现。要是溢浆情况出现时，要改变注浆方式，从而防止浆液的扩散。注浆时出现裂缝的原因是二次衬砌混凝土背后注浆回填空隙、注浆堵水和处理裂缝。要想控制注浆的压力，防止裂缝的产生，则要设置排气管。

2.3 施工工艺不规范

据有关数字统计，混凝土裂缝产生的主要因素中施工不规范占80%左右。施工工艺或者操作不规范包括以下几个方面:(1)隧道开挖时成型较差。超欠挖或者初期支护越过衬砌边界，造成衬砌混凝土的厚度严重不均匀。甚至有些隧道衬砌混凝土背后出现脱空现象。(2)在二次衬砌施工之前没有进行可靠的监控测量工作，使得安全系数低，造成了二次衬砌承受超出设计荷载的围岩压力。(3)生产混凝土时原材料计算不精确，特别是外加剂使用的随意性。没有根据实际的砂石材料的含水量来调整浇筑混凝土的用水量，造成了混凝土的水灰比较大。在泵送混凝土的过程中随意加水的现象也比较严重。

2.4 设计不当

由于一些原因，勘察设计单位在设计之前不能深入的进行地质勘探工作，对隧道周围的围岩判别和支护构造的设计没有一定的专业依据。这些原因使得设计工作变得粗糙并且带有一定的盲目性。有个别的建设单位本身缺乏专业技术水平的认识和自身管理的认知，却随意的变换原来的设计。最后造成由于设计原理不恰当而导致裂缝的产生。

3 裂缝防治措施

针对隧道衬砌混凝土裂缝产生的原因，现从以下几个方面下手来防治裂缝的产生和发展。

3.1 预防混凝土收缩

严格把握混凝土的配合比，加强混凝土的抗裂度;混凝土的养护的方法采用封闭保水，适当的延长养护时间;适当的在素混凝土的地方添加收缩缝;混凝土出现细小裂缝是要立马采取洒水养护。

3.2 预防沉降裂缝

在边基处理时对松软的围岩基础进行加强处理，可以采用扩大基础或者配筋的方法;清理干净边墙基底的稀泥和虚渣;保证混凝土在浇灌过程中地基被水浸泡;选用足够强度、刚度的模板，保证地基受力均匀，模板台车的轨道应整平夯实，最好在隧道铺底超前。

3.3 预防温度裂缝

改进施工工艺，控制混凝土的浇灌温差，改善混凝土的约束条件要减少温度应力;采用水化热低的水泥品种和骨料级配好的砂石;采用高效减水剂、冰屑来减少水泥的水化热;选择合理的施工工序，采用薄层浇捣方法，方便散热;合理的配置构造钢筋，减少温度应力。

3.4 已有裂缝的处理方法

(1)对于不影响结构使用的表面裂缝，可以在裂缝稳定后采用砂浆找平抹面或者采用填缝剂进行填补。(2)对于深入的贯穿性裂缝，首先展开对裂缝发展的观测，如果发生在围岩较好的地段，此裂缝是稳定性裂缝，可以不用处理。处于表层的则进行先凿槽后用砂浆填槽的方法。(3)处在松软地段或者其他不良地段的裂缝。在对裂缝的不良时期的检验的同时，要在裂缝的不同点分段打孔注浆。必要时要采用暗锚连接混凝土。处于发展状态的裂缝，要进行返工处理。由于重载列车和其他荷载的作用不容忽视，所以要认真对待那些仍在发展但发展趋势有所收敛的裂缝。

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