隧道二衬混凝土裂缝产生原因及防治措施.pdf

第l 4 卷第1 期 2 0 1 5年 3月 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL 1 4 No 1 J OURNAL OF S HI J I AZHUANG I NS TI TUTE OF RAI L WAY T ECHNOL OGY M a r 2 0 I 5 隧道二衬混凝土裂缝产生原因及防治措施 赵 志 多 ( 中铁十九局集团有限公司第二工程公司 辽阳 1 1 1 0 0 0 ) 摘要：随着交通工程建设的不断发展，隧道工程的修建也越来越多，在隧道修建的过程中由于 设计和施工不合理，导致混凝土裂缝问题的出现。将对隧道二次衬砌混凝土裂缝问题进行分析，总 结出产生裂缝的原因，旨在探讨出有效的防止措施，减少裂缝问题的出现，提高隧道结构的安全性 和耐久性 。 关键词：隧道 二次衬砌 混凝土 裂缝 防治措施 中国分类号： U 4 5 8 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 3 1 8 1 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 5 9 0 4 1 引言 隧道工程的修建为我国交通领域 的发展进步做出了巨大贡献 ，但在隧道工程 的修建过程 中存在 着一定的弊端因素 ，影响了隧道工程 的顺利修建 以及安全保障的欠缺 。修建隧道二次衬砌结构是工 程结构进一步完善的过程，二次衬砌的主要材料是模注混凝土。在施工中，选用原材料不合格或施 工工艺不完善，均会引起二衬混凝土出现裂缝，不仅影响结构外观造，还造成二衬结构耐久性不足， 埋下 了一定的安全隐患。 目前，隧道二衬混凝土施工 中存在诸多 问题，原材料选用不够严格，难 以满足高性能混凝土的 要求；振捣工艺不完善 ，在浇筑 的工程中为了提高流动性 ，直接在混凝土 中加水 ，混凝土的性能直 线下降；浇筑后二衬混凝土拆模时间短 ，往往不足 2 4小时就拆模 ，当模板拆卸之后，在外力和 自重 作用下 ，造成二衬混凝土内部损伤表面开裂；拆模后的二衬混凝土也没进行足够的养护 ，多数情况 下均不做专 门养护 ， 混 凝 土 易产 生 干缩 裂缝，混凝土的性能 得不到有效发挥。 以上 施 工 问题 均 会 引起 二 衬 混凝 土出现裂缝，这些裂 缝存在的范围较大， 在 拱顶 和 边 墙 的裂 缝较为密集，裂缝出 图 1 二 次衬砌 的弯矩 图 现的方 向大多为水平方 向，呈无序状态分布 。另外 ，在拱脚处也存在裂缝 问题，但较之拱顶和边 收稿 日期：2 0 1 4 1 1 - 1 7 作者简介：赵志多 ( 1 9 8 0 一 ) ，女，汉，辽宁灯塔人，助理工程师，研究方向土木工程施工。 59 石家庄铁路职业技术学院学报 2 0 1 5年第 1期 墙相比较少，裂缝方 向除了呈水平方向还存在斜裂和竖向裂缝。 在隧道二次衬砌的施工 中，选择合理的施工时间，并根据实际情况进行模注混凝土，确保受力 结构处在最佳状态时进行衬砌浇筑 。 2 二衬混凝土裂缝产生原因 2 1受力不均匀造成裂缝 目前二次衬砌混凝土裂缝出现 的原因一部分是由于受力问题造成的。由于二次衬砌断面弯矩 的 改变造成受力不均见图 l ，混凝土出现裂缝。在隧道二次衬砌施工过程中，保证衬砌断面受力均匀 是减少裂缝的基本要求。 在模注混凝土过早拆模时，未严格考虑混凝体强度的 问题，导致混凝土受力时间过早，原有的 受力大小对混凝土造成一定压力，导致裂缝的出现。另外 ，施工中爆破环节的不合理 ，出现局部欠 挖，造成衬砌厚度的不匀称，导致局部的受力情况较大，出现混凝土裂缝。【2 2 2混凝土收缩造成裂缝 混凝土的收缩是造成隧道二次衬砌混凝土裂缝的重要原因。混凝土收缩 时产生的拉应力超过混 凝土的抗拉强度时，会造成结构表面开裂，直接影响混凝土结构抗渗能力，在地下水 的作用下二衬 发生渗漏水，进而会引起其它病害。 在停止混凝土的养护之后 ，混凝土 内部的毛细孔不再存在可收缩性 ，这种不可逆收缩直接造成 混凝土干燥 ，混凝土干燥的有效降低才能减少混凝土开裂【 3 】 。混凝土收缩干燥 ，使内部毛细管的负 压增大 ，造成内部毛细管壁的应压力，应压力作用下，导致混凝土裂缝的出现 。在进行混凝土浇筑 的过程 中，混凝土的流动性和含水量都处于一个较高的状态 ，但在浇筑的过程 中极易出现水分流失 的情况，水分的蒸发 以及没有合理的养护，造成毛细管负压的增加，混凝土的强度降低。 另外，混凝土的收缩还和混凝土的配制有关，由于混凝土配制过程中水灰比较高，或者水泥浆 较 多，都会增加混凝土的收缩性，导致混凝土裂缝的出现。 2 3环境温度引起混凝土裂缝 在隧道二次衬砌施工的过程 中，环境温度对混凝土浇筑会产生一定的影响，这个影响主要分为 外部环境温度的变化影响和内部水泥水化热引起的温度变化。例如在气温较高的夏季，隧道二次衬 砌环境温度较高，施工中会根据温度 的升高而改变混凝土 自身的收缩性；在冬季施工中，由于施工 外部环境温度较低 ，混凝土的 冷收缩达到最大，使得在浇筑中的收缩能力发生第二次改变，而引起 混凝土的开裂问题。混凝土内部的水泥水热化影响主要体现在混凝土的水泥配比较高，由于在高流 动性 的施工作业中，往往认为高强度 的混凝土施工则需要高密度 的水泥配比，高密度的水泥使用会 造成混凝土内部的水热化现象提高，造成内部散热现象较集中，造成混凝土表面裂缝的出现 。在隧 道二次衬砌中，对混凝土的要求标准较高，由于工程建筑的需求量大，不免出现竞争力较高的高强 度混凝土市场竞争 ，造成混凝土 内部水热化程度高，对衬砌造成重要影响【 4 j 。 2 4重力荷载造成混凝土裂缝 隧道二次衬砌中，会 出现不同程度的荷载情况，由于荷载的压力作用于构件的不同部位上，产 生的压力也有所不同，构件的有些部位在均布荷载或集中荷载的作用下产生内弯矩，当拉应力超过 了混凝土的抗拉强度时，即出现垂直于构件轴线的裂缝；构件的有些部位在荷载作用下产生较大的 剪应力时，在与轴线成 4 5 。夹角方 向上主拉应力值最大，容易产生斜向裂缝 ，并向上下延伸 。 3 隧道二衬混凝土裂缝的防治措施 第 1 期 赵志多 隧道 二衬 混凝 土裂缝产 生原 因及 防治措施 为有效防治隧道二衬混凝土裂缝问题，要针对混凝土裂缝产生的原因实施相应 的措施 ，具体措 施的施行要从设计角度和施工角度两方面进行 。 3 1完善设计减少二次衬砌混凝土裂缝 在隧道二次衬砌施工前，要做好设计工作，对施工的实际情况进行有效勘查，结合实地情况进 行二次衬砌参数的设置，保证数据的精准性才能保证施工顺利【 。例如在 隧道二次衬砌施工中对受 力情况的分析 ，要保证参数 的准确，以提高混凝土施工受力的强度 。同时，在设计环节 中要对隧道 二次衬砌施工现场 的具体情况进行实时掌握，根据施工的需要而进行设计的变更。例如 由于某地区 的地质情况的差异性，含水量较高的情况下要改变原有的设计方案 ，调整使用材料，改用厚度较高 的防水卷材 ，保证防水系统的完善能够有效避免裂缝问题的出现。 根据实际情况计算施工成本预算 ，当条件允许 的情况下，可以在隧道二次衬砌中使用刚度较强 且抗压性能较高的纤维混凝土，从根源上减少裂缝几率的产生。 3 2加强施工提高混凝土的性能 为有效防治隧道二次衬砌混凝土裂缝问题 ，在施工环节进行科学管理 、合理控制十分重要 。施 工中要对以下几个方面进行控制： ( 1 )调节受力情况，减少混凝土裂缝出现几率。调整受力情况要对施工工艺进行改进，提高隧 道开挖的光面爆破效果，同时改进爆破工艺，控制炸药量，以减少开挖爆破时炸药对围岩的扰动， 从而降低外部应力对二次衬砌的影响【6 】 。另外，要注意隧道深埋过程中受力情况的变化，要考虑到 坑道上覆土体下滑的阻力影响，图 2是浅埋隧道受力计算简图。 式中 B B F B A l l l l l l i i l i J l l 1 丽 7 W H G 、 p D B r c 图 2 隧道 受力计算 简图 以浅埋隧道为例，围岩压力计算公式为： 口 一 t a n 口) ， ， 围岩重度，k N m ； H _ 一隧道覆盖层厚度 ，m； B 广_ 坑道宽度 ，m； ， 坑 道高度 ，m。 侧压力系数，其值为： ： 二 L t a n p 1 +t a n p( t a n 一t a n ) +t a n t a n 】 t a n t a n 石家庄铁路职业技 术学 院学报 2 0 1 5年第 1期 其中 顶板土柱两侧土体的摩擦角； 围岩计算摩擦角； 产生最大推力的破裂角 。 作用在支护结构两侧的水平侧压力为： e = e2 = 其中H ： + 。 通过计算得出滑面的阻力，进行受力的分析，压力值较大将会导致裂缝 问题的发生，因此要严 格控制隧道深埋中的侧压力系数，以保证受力均匀 。 ( 2 )科学配制混凝土，减少混凝土收缩徐变。在混凝土原材料选择的过程中，要严格按照隧道 二次衬砌标准进行选购 ，以保证混凝土内部水热化合理。在配比的过程 中也要严格控制各原料的量， 降低混凝土的收缩性，减少二次衬砌裂缝的出现 。 ( 3 )提高混凝土的浇筑质量，减少混凝土裂缝 。混凝土在运输和泵送过程中严禁加水；适当放 慢灌注速度 ，先两侧边墙对称分层灌注 ，后灌注拱部混凝土；混凝土灌注过程 中必须加强振捣，提 高混凝土的密实度和均质性 ，减少内部细微裂缝及和气孔 ，提高抗裂性。 ( 4 )及时对二次衬砌混凝土进行洒水 ( 雾化水)养护。混凝土拆模时的强度必须符合设计或规 范要求，严禁未经试验人员同意提前拆模，拆模时不得损伤混凝土；强化混凝土洒水养护管理 ，建 议使用喷涂混凝土养护液的方法进行养护。 4 结语 隧道二次衬砌混凝土裂缝是影响隧道结构耐久性重要因素之一，不仅影响隧道二衬外观，还埋 下安全隐患。在二次衬砌中出现混凝土裂缝的原因较多，大致受力情况、混凝土情况以及荷载影响， 施工部门要进行有效的勘测和调查，以实施有效的措施进行解决。 参考文献： 1 】 蔡周春 F B G传感器在公路隧道二次衬砌和围岩压力监测中的研究 D 】 昆明： 昆明理工大学， 2 0 1 3 ( 0 3 ) 2 Z E 学武， 冯 学钢， 姜 云， 蒋可 西南某高速 公路隧道病害成 因分析及处治设计【 J 】 西南 公路， 2 0 1 0 ( 0 9 ) 【 3 周 一勤 ， 陈华 ， 刘 敏 ， 李 洪兵 ， 郑长 华， 王 江 公 路 隧道 二次 衬砌 混凝 土温 差 收缩裂 缝 的分 析 与防 治 J 公路 交通 技 术， 2 0 1 2 ( 0 2 ) 4 】 罗干筱 公路隧道二衬混凝土开裂的施工因素分析及对策研究 J 科技创新与应用，2 0 1 3 ( 1 O ) 5 】 朱汉华， 秦顺飞， 魏水平 关于隧道二次衬砌混凝土裂缝原因分析和防治措施 J 浙江交通职业技术学院学报， 2 0 1 0 ( 0 3 ) 6 吴银亮 石膏质岩工程地质特性及其对 隧道 混凝 土结构危 害机制研究 D 】 北京： 中国地质大学， 2 0 1 3 ( 0 4 ) 7 蔡正咏 混凝土性 能中国建筑工业出版 社 Ca us e s a n d Pr e v e nt i o n M e a s u r e s o f Cr a c k s o f t he Se c o nda r y Li ni ng Co nc r e t e i n Tunne l s ZHA0 Zhi d uo ( No 2E n g i n e e r i n gC o r p o r a t i o nL i mi t e d o f C h i n a R a i l w a y1 9 t hB u r e a uG r o u pC o ， L t d L i a o y a n g 1 1 1 0 0 0 C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e c a u s e s o f t h e c o nc r e t e c r a c ks o f t h e s e c o nd a r y t u n ne l l i n i n g a r e a na l y z e d a nd s o me p r e v e n t i o n me a s u r e s a r e p r o p o s e d t o r e d u c e t h e c o n c r e t e c r a c k s a n d i mp r o v e t h e s a f e t y a n d d u r a b i l i t y o f t he tun ne l s Ke y wo r d s ：tun n e l s e c o n d a r y l i n i n g c o n c r e t e c r a c k p r e v e n t i o n me a s u r e 6 2