试论隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防控

随着我国铁路建设项目的逐渐增多, 隧道工程所占的比例逐步增大。施工阶段出现的问题也随之增多, 尤其是隧道工程混凝土衬砌施工的裂缝问题, 不仅影响了美观, 还给工程质量留下了隐患。面对这个常见而又难于解决的工程实际问题, 施工中必须采取合理的工程技术措施, 分析裂缝产生的原因并控制和减少混凝土中裂缝的数量和宽度, 确保隧道工程施工质量。

1 混凝土裂缝的类型

隧道衬砌混凝土裂缝类型主要有:干缩裂缝、温度裂缝、荷载裂缝、施工裂缝、冻融裂缝等。

1.1 干缩裂缝

混凝土终凝前后由于水分蒸发会引起干燥收缩, 混凝土干燥收缩主要是水泥浆体的收缩。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝。如不及时处理, 会变成永久裂缝, 会引起钢筋锈蚀, 混凝土碳化而影响耐久性。

1.2 温度裂缝

混凝土在硬化期间会释放出大量水化热, 由于混凝土的散热性能差, 外部的水化热量散失的较快, 积聚在内部的水化热不易散失, 温度不断上升, 造成混凝土各部位之间的温度差和温度应力, 引起拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时, 即会出现裂缝。

1.3 荷载裂缝

仰拱和边墙基础的碴屑未清理干净, 混凝土浇筑后, 基底产生不均匀沉降;模板台车或堵头板没有固定牢固, 以及过早脱模, 或脱模时混凝土受到较大的外力撞击等都容易产生变形裂缝。

1.4 施工裂缝

施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间, 继续浇筑混凝土时, 原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。

2 衬砌混凝土裂缝的成因分析

衬砌混凝土裂缝的产生主要有以下几个方面的原因。

2.1 设计粗疏, 业主、监理单位不按程序工作

勘察设计单位有时无法全面深入地开展地质勘探工作, 隧道围岩类别评价及支护结构设计有时会带有一定的片面性。同时, 由于个别建设单位限于自身管理和专业技术水平不够高, 少数工程的监理工作失去了独立性, 受业主摆布, 造成工作的随意性增大。

2.2 施工工艺不规范

铁路隧道衬砌混凝土施工时, 由于施工各方对施工工艺实施的不规范, 也是产生裂缝的一大原因。如由于混凝土厚度的不均匀, 欠挖或初期支护侵入衬砌限界, 造成衬砌混凝土厚度不足;混凝土生产过程中对原材料的计量误差比较大, 没有及时调整用水量, 造成水灰比增大, 且随意添加外加剂;有时混凝土浇筑过程中振捣不足甚至漏振, 也会影响到混凝土的匀质性;对混凝土的脱模时间控制不严, 为了追求施工进度而提前脱模且不及时养护, 都影响了混凝土承受荷载的能力;监测工作不力;没有实施良好的夏、冬季混凝土施工质量保障措施。

2.3 混凝土配合比不合理

很多技术人员进行配合比设计时, 忽视水泥用量增多对混凝土品质的影响, 错误认为水泥用量越多, 混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导, 往往达不到预期的效果。

3 衬砌混凝土裂缝的防控措施

加强对衬砌混凝土裂缝的防控, 要从以下几个方面着手。

3.1 加强对原材料的控制

对原材料的控制应该重点做好水泥、细骨料、粗骨料的控制。水泥应符合国家现行标准大体积混凝土应选用发热量较低的水泥, 防止混凝土内外温差较大引起裂缝;细骨料宜选用中砂, 细度模数控制在2.4～3.0, 过粗则拌制的混凝土易产生离析、泌水现象, 过细则水泥用量较多增加混凝土自身收缩量。砂子中的有害物质能降低混凝土强度和耐久性, 增大混凝土的干缩性, 使用前应进行检测, 控制在标准以内粗骨料级配应合理, 减小粗骨料空隙率, 在满足施工要求前提下, 粗骨料最大粒径尽量增大, 以节约水泥, 提高混凝土密实度。

3.2 完善配合比

科学设计配合比, 确定适宜的水灰比、水泥用量、砂率。大体积混凝土配比设计要考虑选用适宜的掺和料和缓凝减水型外加剂, 减少混凝土单位用水量, 降低水泥早期水化热。

3.3 控制好混凝土浇筑过程

高温季节混凝土中水份损失过快造成混凝土浇筑困难, 又易产生干缩裂缝, 浇筑时间应尽量避开大风、高温天气, 保证浇筑质量。

混凝土灌注时要保持适当的灌注速度, 两侧边墙对称分层灌注, 到墙、拱交界处停1h～1.5h, 待边墙混凝土下沉稳定后, 再灌注拱部混凝土。并做好振捣工作, 提高混凝土的密实度和均质性, 减少内部微裂缝和气孔, 提高抗裂性。

3.4 做好混凝土养护工作

混凝土浇筑完毕后12h, 即可开始养护, 养护时间不得低于14d。高温季节和重要部位应适当加长养护时间, 并用保水材料覆盖。充分养护是防止混凝土干缩裂缝的重要措施。

冬季浇筑混凝土拆模时间一般在5d左右。拆模后应立即对混凝土面进行保温。防止混凝土突然暴露在寒冷的空气中产生温度裂缝。

另外, 隧道衬砌混凝土中掺入一定数量的粉煤灰, 不但能节约水泥, 而且能有效遏制裂缝的产生, 是防止混凝土开裂的一个重要方面。

4 衬砌混凝土裂缝的处理方法

4.1 表面涂抹法

表面涂抹法适用于比较细小的无害裂缝, 用环氧树脂浆液先涂抹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。

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。

4.3 灌浆法

灌浆法处理效果好, 应用广泛。沿裂缝两侧每隔1.2m～1.5m交错布点, 凿成10×10cm大小深5cm的方槽, 用风动凿岩机钻孔, 孔深3m, 注入水泥砂浆, 施工时由下往上逐级注浆, 注浆压力不大于0.4MPa。

5 结语

隧道衬砌混凝土裂缝在铁路隧道工程中普遍存在, 裂缝的存在会影响隧道的使用功能, 而且会引起钢筋的锈蚀, 混凝土的碳化, 降低材料的耐久性, 影响隧道工程的耐久性。因此, 我们要分析隧道衬砌混凝土裂缝产生的原因, 认真对待, 采取良好的防控措施, 同时做好裂缝的处理工作, 有效控制隧道的施工质量。

摘要：在隧道施工中, 衬砌混凝土裂缝已经成为带有一定普遍性的质量问题, 严重影响了隧道施工质量和安全使用, 需要引起我们的重视。

关键词：隧道,衬砌混凝土,裂缝,防控

参考文献

[1] 黄宏伟.隧道病害防治[M].同济大学出版社, 2005.

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