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隧道衬砌砼裂缝产生原因与预防处理措施
陈秀娟 胡宝生
(中铁隧道集团第一工程处 湖北鄂州 436003)
摘 要：本文通过对隧道混凝土及钢筋混凝土结构裂缝产生的各种原因的分析，提出从材料、设计、施工方面控制裂缝的技术措施以及处理方法，对今后隧道混凝土及钢筋混凝土施工裂缝的控制有借鉴作用。
关键词：隧道混凝土、钢筋混凝土、裂缝、原因、处理、预防措施
1 前言
随着铁路及公路建设的发展，新建铁（公）路越来越多,隧道工程所占的比例也在逐步增大。就目前来说，不管是公路隧道还是铁路隧道，业主一般都要求二次衬砌施工采用整体式钢模板台车、泵送混凝土施工工艺,但混凝土在强度逐渐增加的过程中往往会产生裂缝，产生的裂缝不仅影响了工程的观感质量,还给工程质量留下了隐患，因此施工中必须采取合理的工程技术措施,控制和减少混凝土中裂缝的数量和宽度。本文就武九铁路某隧道的实际案例分析了混凝土裂缝产生的原因,提出了控制裂缝产生和处理裂缝的方法。
2 工程概况
隧道全长305m，为新建铁路双线隧道，隧道进出口均为斜削式洞门，隧道围岩以Ⅳ、Ⅴ为主，采用复合式衬砌，洞口段衬砌为45cm厚的钢筋砼，其余地段为40cm厚的普通砼。
2004年10月，隧道衬砌施工完成，11月份发现衬砌出现细微的纵向裂纹，影响该工程的观感质量，项目部随即对裂缝产生的原因进行了分析并有针对性的进行了处理，下面就该隧道的实际处理情况进行分析。
3 裂缝的类型及裂缝产生的原因
裂缝的类型主要分为：干缩裂缝、温度裂缝、外荷载作用产生的变形裂缝及施工缝处理不当引起的接茬缝等。
裂缝产生的原因很复杂，就其裂缝类型进行分析引起裂缝有两大类原因，一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝；一种是结构因温度、膨胀、收缩、徐变和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝。
该隧道产生裂缝的主要原因一是所用水泥品种存在一定的问题，二是施工管理的问题。
3.1材料使用
3.1.1干燥收缩
如果混凝土的水泥品种选用不当易引起干缩裂缝。该隧道选用的普通硅酸盐水泥，水化热太大，应该选用粉煤灰水泥，水化热相对较小。
3.1.2减水剂的影响
研究表明，掺入不同类型的减水剂混凝土的收缩比是不相同的，一般是：木钙减水剂>萘磺酸盐减水剂>三聚氰胺减水剂>氨基磺酸减水剂>聚丙烯酸减水剂。该隧道施工时掺用的是木钙减水剂，应该选用影响较小的聚丙烯酸减水剂。
3.1.3徐变
混凝土结构物在任意内应力作用下，除瞬间弹性变形外，其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。
3.3施工管理
混凝土配合比设计是否科学合理，水泥品种选用以及水泥与外加剂是否相适应，砂石级配及其含泥量是否符合规范要求，混凝土坍落度控制是否合理，这些都影响到混凝土的质量及其收缩变形。仰拱及铺底混凝土施工前基底没有清理干净，容易产生不均匀沉降从而产生裂缝。混凝土浇筑震捣不均匀密实，由于停电等原因引起的施工缝和细部处理马虎，会带来结构开裂的后患。模板台车拆模时间过早，混凝土水化热正处于高峰，内外温差最大；混凝土易出现拉应力过大形成开裂。同时混凝土养护也十分重要，但许多施工单位忽视这一环节，尤其是衬砌小边墙保温保湿养护不到位，容易产生收缩裂缝。在该隧道施工中就存在模板台车拆模时间过早和仰拱施工前没有将基底清理干净的现象。
4 混凝土裂缝的处理
针对该隧道不同不为的裂缝以及裂缝产生不同的原因分别采取了不同的处理办法。对于细小的无害裂缝采取表面涂抹法；对于裂缝宽度相对较大的边墙处采取填充法；对于裂缝宽度相对较大的拱墙部分采取灌浆法。
4.1 表面涂抹法
表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的无害裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。用环氧树酯浆液先涂抹2～3遍，然后用水泥、白水泥和107胶进行调色处理，使修补后的裂缝颜色与衬砌混凝土的颜色一致，经过反复试验确定调和料的比例为水泥：白水泥：107胶=4：3：1时，颜色与衬砌混凝土颜色基本一致，此法适用于比较细小的无害裂缝。
4.2 填充法
用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的贯通裂缝，作业简单，费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、或是裂缝中有充填物，用灌浆法很难达到效果的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采取开Ｖ型槽，然后作填充处理。在槽内骑缝每隔0.5m钻一孔，孔深为衬砌厚度的1/2或2/3，一般不少于15cm，填充的材料采用环氧树脂砂浆，填充施工完毕后再进行调色处理。
4.3 灌浆法
此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。沿裂缝两侧每隔1.2m～1.5m交错布点，凿成10cm×10cm大小深5cm的方槽，用风动凿岩机钻孔，孔深3m，安装WDT25中空注浆锚杆，注入水泥砂浆，水泥：砂：水=1:（1～1.5）:（0.45～0.5），施工时由下往上逐级注浆，注浆压力不大于0.4Mpa。注浆24h后安装锚杆垫板，用砂浆抹平方槽，表面用第1种方法进行调色处理。
5 混凝土裂缝的预防措施
通过对该隧道裂缝产生的原因分析和处理办法，在以后隧道的施工中应从以下几个方面来预防砼的裂缝。
5.1 干缩裂缝预防措施
一是选用收缩量较小的水泥。二是在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用，同时掺加合适的减水剂。三是严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比。四是加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝。
5.2 温度裂缝预防措施
一是尽量选用低热或中热水泥。二是减少水泥用量。三是降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。四是改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。五是改善混凝土的搅拌加工工艺。六是在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂。七是高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。八是预留温度收缩缝。九是加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时洒水养护。十是混凝土中配置少量的钢筋或者掺入纤维材料将混凝土的温度裂缝控制在一定的范围之内。
5.3 徐变等引起的塑性裂缝预防措施
一是选用干缩值较小早期强度较高水泥。二是严格控制水灰比，减少水泥及水的用量。三是浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时养护。
5.4 设计原因引起的裂缝预防措施
（1）精心设计混凝土配合比。
（2）增配构造筋提高抗裂性能。
（3）避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
（4）合理的留置施工缝、伸缩缝等。
5.3 施工管理引起的裂缝预防措施
（1）选择优化配合比
（2）混凝土拌制装置及时间符合要求
采用强制式自动计量装置，拌制时间500L以下1.0min，500L以上1.5min。当掺用外加剂时，搅拌时间适当延长1min。
（3）混凝土运输
采用混凝土运输车运输，运输过程中严禁出现离析、漏浆、严重泌水及坍落度损失过多，引起混凝土干缩裂缝；卸料前要以常速进行二次搅拌。
（4）控制混凝土入模温度
（5）混凝土浇筑
浇筑混凝土前将模板内的杂物和钢筋上的油污等清除干净，且混凝土的自由倾落高度不大于2米；混凝土浇筑要连续进行，当间断时间超过允许范围，按浇筑中断处理，同时留置施工缝，且施工缝处预埋适量的接茬片石或钢筋；新混凝土施工前，在横向施工缝处先铺一层厚约15mm并与混凝土灰砂比相同而水灰比略小的水泥砂浆，然后再进行混凝土的施工，防止因施工不注意而出现施工裂缝。
（6）改进施工技术，采用新的砼施工工艺
（7）加强混凝土养护
（8）混凝土拆模
混凝土二次衬砌模板台车的拆模要在混凝土强度超过2.5Mpa以上且表面不会因拆模二受损，通过试验确定二次衬砌的时间一般为18～22h，不仅强度达到要求，而且混凝土内外温差也小于25℃，既不会出现应力裂缝，也不会出现温度裂缝。

参考文献:
（1）《铁路工程材料试验方法标准汇编》，北京，2000
（2）游宝坤，李光明，黄春江，《建筑结构裂缝控制》，2000
（3）王铁梦，《工程结构裂缝控制》，中国建筑出版社，1997
（4）《铁路混凝土与砌体施工规范》，中国铁道出版社，北京，2001