水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施分析周发强

水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施分析周发强

周发强

重庆陆洋工程设计有限公司重庆401120

摘要：水工隧洞由土体、石岩开挖所共同形成，它的基本作用就是保证隧洞在岩土中的稳定性，一般情况下可采用衬砌及支护等等方法抵御水流冲刷，同时保证防渗。在本文中我们首先对水工隧洞衬砌混凝土裂缝出现的原因进行了简单的分析，然后提出了有效的解决措施，由此取得了非常好的效果。

关键词：水工隧洞衬砌；混凝土裂缝成因；控制措施

1基本分类

一般情况下在水工隧洞衬砌施工中会存在两种混凝土裂缝，它们分别为贯穿性有危害裂缝以及细小表层裂缝。

首先说细小表层裂缝，这种裂缝多分布于混凝土的表层部分，它的裂缝缝隙非常细小且无规律，所出现的数量也无法有效控制。根据实践经验可以了解这种表层裂缝的宽度都不大于1mm，长度也在0.5mm以内，呈现出轻微张开或闭合状态。大体来讲这种裂缝不会为衬砌混凝土带来多大影响，但是如果不加以注意控制，细小表层裂缝长期存在也会影响到水工隧洞内部钢筋的耐腐蚀性与整体结构持久性，最终严重破坏水工隧洞结构，引发安全事故发生。

其次看贯穿性有危害裂缝，这种裂缝是贯穿于整个水工隧洞整体结构当中的，它可直接威胁到水工隧洞施工过程的安全性，是水工隧洞不稳定的表现。一般来说，贯穿性裂缝会单一出现，它的长度足够长且呈现出明显的向外张开状态，裂缝宽度一般都超过5mm，最严重时宽度会超过20mm以上。由于这种裂缝的贯穿性强，所以通常情况下都是水工隧洞衬砌混凝土大面积渗漏的罪魁祸首。

2水工隧洞衬砌混凝土裂缝产生的原因

2.1原材料管理工作

在水工隧洞衬砌混凝土施工项目而言，原材料的基础性质量十分关键，但是，也是存在问题较多的环节，其中，技术人员选取的水泥品种不能满足工程实际需求，水泥运输和存储过程受潮结块问题等较为常见。并且，针片状颗粒物含量以及有害物质超标等问题也会影响整体运行策略。

2.2配合比参数设计不同

正是由于水利工程项目和水工隧洞自身的特征，耐久性影响较大，若是不能结合实际情况深度贯彻落实执行机制，就会造成混凝土裂缝问题。其中，没有定期对拌合站的称量系统进行调准和分析，或者是投料顺序有误，都会导致混凝土拌合以及运输过程受到制约。除此之外，没有选取有效的搅拌机类型，没有执行最佳交班时间，都是导致处理机制受限的主要因素。

2.3隧洞开挖清理工作不到位

在工程项目运行过程中，洞段成型轮廓较差，甚至会出现超挖以及欠挖的问题，造成衬砌工作结束出现空洞问题，都是造成衬砌厚度不等的因素。工程项目混凝土底板浇筑工作不能及时完成，在浇筑前没有对底板进行集中的清洗管理，会使得底板混净土和岩石之间出现软弱夹层，严重影响岩石弹性，甚至会导致衬砌荷载受损，造成裂缝问题。

2.4振捣操作不足

在水工隧洞衬砌混凝土施工操作中，混凝土衬砌工作十分关键，若是出现漏振、振捣不足以及振捣过多等问题，都会导致整体衬砌工作受阻。在衬砌施工中要借助钢模板台车进行处理，下料时钢模板台下料口若是没有全部启动，就会出现混凝土上料和下料不统一的问题，浇筑过程下料较多，或者是骨料分析，也会导致厚度参数和实际需求不符的问题，甚至会导致混凝土密实度失衡的问题出现。除此之外，若是窗口之间的距离较大，就会导致振捣操作不能有序开展，端头模板结构的强度受限，是导致空腔问题的主要原因。振捣工作不当会使得整体混凝土结构存在离析的可能性，也是造成混凝土和钢筋之间受力不均匀的原因。

3水工隧洞衬砌混凝土的裂缝施工方法

3.1浅表裂缝处理

浅表裂缝采用水泥基柔性防水材料表面涂刷。

在混凝土裂缝涂抹封闭前，使用刷子将裂缝两侧各5cm、两端10cm范围内混凝土基面的附浆、薄弱表层刷除干净。用清水冲洗混凝土裂缝，使待处理裂缝周围洁净。

水泥基柔性防水材料的搅拌，使用手提电钻配以搅拌齿进行现场搅拌，搅拌时间比普通砂浆延长2~3min，先预先搅拌2min，停2min后再二次搅拌2min，以便充分搅拌均匀。

使用硬毛刷蘸水泥基柔性防水涂料，在裂缝两侧各5cm范围内涂刷，主要涂料要涂刷三遍，每遍涂刷都要等上遍涂料干后再涂，且两次涂刷方向相互垂直。总厚度不小于1mm，表面抹平。

水泥基柔性防水材料凝结后，进行自然养护，养护温度不低于5℃。未达到硬化状态时不得浇水养护。

3.2宽深裂缝及止水带漏水处理

3.2.1封缝处理

裂缝封缝采取凿槽回填的处理方式。

凿槽采用角磨机进行切缝，骑缝凿槽，槽深3~5cm，宽度为5~6cm，形状为“U”型，也可凿槽成燕尾槽形状，并采用水、风冲洗干净，以保证槽内缝口张开，缝内无粉尘后进行布置孔位。

槽面涂刷一层环氧胶泥，待上强度后，采用快硬水泥进行填缝，具有一定强度后，在表面涂刷两层环氧胶泥。对于漏水部位，采用堵漏灵进行封堵。

3.2.2布孔及钻孔

沿裂缝两侧15~20cm、间距30~50cm，采用冲击钻在裂缝两侧斜向45°穿缝布设灌浆孔，错开布置，孔径为ϕ14mm，孔深20~30cm，保证孔缝相通。

采用风对斜孔以及缝面进行清理，将孔内粉尘吹干净。

1)安装注浆嘴及检查。注浆嘴(止水针头)采用直径为14mm的注浆嘴。灌浆前采用洁净压缩空气对裂缝与埋管的畅通性和封缝的密封性以及管路安装的牢固性、可靠性等进行压风检查并记录。如发现质量问题应及时处理，直至合格。风压不得超过最大灌浆压力的30%。

2)灌浆次序。对于混凝土竖向裂缝灌浆自下而上、自深到浅进行;对于混凝土水平裂缝(包括接近水平状的裂缝)灌浆自里向外、自一端向另一端进行。灌浆施工按孔(嘴)的编号顺序，依次灌浆。

3)灌浆。灌浆采用高压灌注堵漏机，最大灌浆压力为50MPa。环向混凝土裂缝采用水溶性聚氨酯LW+HW混合液灌浆材料;水平向及斜向裂缝、施工冷缝采用环氧树脂+聚氨酯复合灌浆材料(PU/EP)。

灌浆时，除已灌或正在灌浆的嘴外，其它孔、嘴均敞开，以利排气、排水，灌浆过程中逐级提升灌浆压力，每级提升0.05MPa。当未灌孔嘴出浓浆时，可以封死，直至原孔在设计压力下不再吸浆或吸浆量小于0.1L/min，再换灌临近未出浓浆或未出浆的孔嘴，一条缝最后一个孔嘴的灌浆吸浆量小于0.03L/min并持续灌浆时间10min，即可结束灌浆。

4)封孔。灌浆结束待孔内灌浆材料固化后，对埋管、贴嘴及封缝材料进行拆除清理和封孔，灌浆嘴割除、打磨、环氧胶泥抹平。

灌浆后缝表面采用表面涂刷水泥基柔性防水材料进行处理。

3.3其它裂缝控制方法

除上述所谈到的水工隧洞衬砌混凝土裂缝施工动态控制方法以外，还有表面修补法，它是比较常用的裂缝处理方法，可直接对水工隧洞中影响隧洞结构稳定性的裂缝进行直接修补，结合实际施工过程在衬砌混凝土表面裂缝涂抹一层环氧胶水，配合水泥浆或油漆、水泥浆等等可有效避免像细小表层裂缝进一步蔓延严重化。

另外像结构加固法也可以有效影响水工隧洞衬砌混凝土结构性能。目前基于结构加固的方式有很多，例如有效粘贴钢板加固、增设支点加固、或者直接增大混凝土截面面积都可有效规避衬砌混凝土裂缝问题出现。

3.4混凝土结构裂缝检验

1)贯穿性裂缝、深层裂缝和对结构整体性影响较大的裂缝，每条缝布置1个检查孔。

2)其它裂缝按每100m布置不少于3个检查孔;当处理总长度小于100m时，布置3个检查孔。

3)检查孔压水试验压力0.3MPa，并稳压10min为合格。

总之，水工隧洞施工是在比较复杂的水环境下进行的，工程隧洞外水压力较高，围岩地质条件较为恶劣，稳定性较差，以及施工作业人员技术水平低，管理不到位等诸多因素均会导致混凝土出现质量缺陷，合理的缺陷处理措施能够保证处理后的混凝土质量满足设计要求。

参考文献

[1]杜明星.浅析小断面水工隧洞混凝土缺陷成因及主要处理措施[J].水能经济，2018(1):330–331.

[2]谭林波，陶津，沈圣，等.基于长标距FBG的既有地铁隧道纵向变形监测与数值模拟[J].建筑技术，2016，47(5):453–456.