探讨隧道衬砌混凝土裂缝原因分析及处理

探讨隧道衬砌混凝土裂缝原因分析及处理

唐会刚

（中交一航局城市交通工程有限公司；天津；300450）

摘要：为了满足当下人们不断提升的物质文化需要，并提高人们生活的便利性，隧道工程在铁路、公路以及水电等诸多领域都得到了广泛的应用，隧道的建立不仅缩短了城市之间的距离，而且对于推动我国经济发展都有着重要的作用。但隧道衬砌混凝土施工的过程中极容易出现裂缝问题，这不仅会影响隧道结构的安全性和稳定性，而且也限制了隧道在各个领域中的作用和价值。而造成隧道衬砌混凝土出现裂缝的因素多种多样，其主要包括配料比、施工工艺以及人员操作等因素。基于此，本文就隧道衬砌混凝土裂缝产生的成因进行分析并提出了相应的解决和预防措施，以期能够为相关人员提供理论参考。

关键词：隧道；衬砌混凝土；裂缝成因；处理

引言：

据《2020年交通运输行业发展统计公报》中显示，截止到2020年我国隧道数量高达21,316处，相较于2019年增加了2249处，隧道行业的快速发展不仅满足了人们对交通运输速度的需求，而且也带动了我国经济的发展。但隧道工程施工相对较为复杂再加上其施工环境复杂多变，因此在实际施工的过程中，其很容易受到外界因素的干扰进而造成衬砌混凝土裂缝的发生，严重影响隧道工程价值的同时，也影响了人们的行车安全。再加上随着隧道数量的不断攀升，隧道衬砌混凝土裂缝的影响也不断增加，所以结合隧道衬砌混凝土裂缝产生的原因有针对性的对其进行处理已经成为当下相关单位所亟待解决的问题。

1、隧道衬砌混凝土裂缝的类型

1.1干缩裂缝

干缩裂缝简单来说就是混凝土在硬化的过程中其水分散失而造成水泥灰收缩，水泥灰收缩会与模板和围岩之间形成约束力，而当拉力值超出混凝土抗拉强度后就会产生干缩裂缝。干缩裂缝是表面裂缝，由于干缩裂缝分布无明显规律性所以其极容易被分辨。

1.2变形裂缝

造成变形裂缝出现的主要原因是由于仰拱上的虚渣并没有清理干净而进行了混凝土浇筑，这不仅导致基体出现沉降问题，而且还会造成混凝土涂抹不均匀。与此同时，模板台车尚未固定完全就进行脱模或在脱模过程中受到外界荷载等因素的影响，也会引发变形裂缝。变形裂缝在是隧道衬砌混凝土施工中常见的裂缝之一，而且变形裂缝会对整个隧道衬砌混凝土施工的质量有着严重的影响，因此在施工的过程中工作人员需要重点关注。

1.3沉降裂缝

导致沉降裂缝产生的因素相对较多。在实际施工的过程中，隧道外围土质不均匀、地基松散等因素都可能会引发不均匀沉降，进而导致隧道衬砌混凝土出现沉降裂缝。并且在进行混凝土浇筑的过程中，如果混凝土的坍落度不符合施工规范也会造成泌水硬化，使得钢筋影响了骨料的沉降而造成沉降裂缝。除此之外，模板强度太小也会引发沉降裂缝。若在施工的过程中模板强度过小无法满足支撑间距的需求，其也可能会引发底部松动等问题，进而造成沉降裂缝。

1.4温度裂缝

混凝土材料本身对外界温度的敏感性相对较强。而且在混凝土硬化的过程中且会产生大量的热量，若外界温度过低就会导致混凝土内部和外部形成温度差，当产生的温度应力超出外部约束范围后就会造成温度裂缝。温度裂缝产生的原因不仅与环境有着密切的关系，而且其也与衬砌混凝土的厚度、材料品质等方面有着密切的关系【1】。

2、裂缝产生的原因分析

2.1设计不合理

虽然设计成本不足总施工成本的1%，但是其却会对整个项目的施工质量造成80%以上的影响，所以设计问题也是造成混凝土裂缝的重要因素之一。而当下造成设计不合理的主要原因包括现场勘查不合理、隧道支护结构设计没有严格按照依据进行，进而造成整个设计工作存在盲目性，这不仅增加了隧道衬砌混凝土裂缝发生的概率，而且也影响了整个隧道施工的质量。与此同时，部分施工单位由于综合实力相对较低，所以其在管理、人才方面都尚有欠缺，这也增加了设计不合理发生的概率。

2.2施工工艺不规范

据相关调查显示造成混凝土裂缝原因80%是由于施工工艺不规范，其主要包括以下几个方面。（1）爆破施工不合理。爆破施工不仅会影响到山体的结构，而且也会直接影响到整个隧道施工的质量。而当下部分施工单位在进行爆破施工的过程中未严格按照标准执行，这就造成其存在装药随意等问题，进而使得最终隧道的轮廓型相对较差且超欠挖明显，因此为了修饰隧道的形状所以在进行混凝土浇筑的过程中存在厚度不均匀的问题，最终引发变形或裂缝。（2）监测工作不到位。在实际施工的过程中，由于部分施工单位对监测工作的重视程度不足，所以使得监测不到位等问题时有发生，严重影响了施工安全系数的同时，也影响了二次浇筑混凝土施工的合理性。（3）混凝土配比不合理。在实际施工的过程中由于外加剂的用量无法准确定量，这也造成砂石材料自身的含水量被应用于调整混凝土用水量中，严重影响混凝土配比的同时，也增加了混凝土裂缝发生的概率。

2.3选用材料有问题

隧道衬砌混凝土施工技术对材料的要求也相对较高，材料的品质、混合比例等也都是造成混凝土裂缝产生的重要原因。而当下部分施工单位为了降低施工成本，使得在材料的选购方面过于重视材料的成本而忽略了材料的性能。与此同时，部分施工单位在施工的过程中会将不同批次的材料进行混合运用，亦或者直接运用质量较差的材料进行施工，这都是不可取的。砂石、骨料的品质也是影响混凝土裂缝的重要因素之一。若砂石和骨料的质量不能满足施工要求，其与水泥等材料混合的过程中也会造成混凝土的胶结性能差，进而导致衬砌混凝土裂缝。除此之外，在施工的过程中，科学选用外加剂能够有效提升混凝土的部分性能，但当下在实际施工的过程中部分施工单位存在外加剂选用不合理的问题，这不仅造成混凝土难以达到预想的效果，而且还增加了混凝土裂缝发生的概率。

2.4不利的受力环境

2.4.1地基不均匀沉降

山体的形成是经过几千年来不同岩石层的累积所产生的，而隧道工程是将山体掏出一个洞，因此在实际施工的过程中隧道的衬砌混凝土会经过不同的岩石层，而不同的岩石层其性能、土质各有不同，再加上每一层的地基承载力存在差异性，因此这也会造成衬砌混凝土受力不均匀等问题，进而引发隧道工程纵线不均匀沉降。

2.4.2混凝土注浆压力大

在进行混凝土注浆的过程中，注浆压力过大也会造成裂缝等问题的发生。当下常用的注浆方式主要包括掌子面注浆以及背后回填注浆两种。在运用掌子面注浆施工的过程中，工作人员需要对注浆压力的变化以及注浆量进行实时观察，进而避免由于观察不到位而影响二次注浆的质量【2】。

3、施工裂缝的预防措施

3.1提高设计精度

设计在整个隧道工程施工中占据着十分重要的地位，若设计不合理不仅会影响隧道工程施工的质量，而且还会增加安全事故发生的概率。因此施工单位就需要明确设计工作的重要性，在施工之前做好详细的现场勘察工作，通过实时勘察、测量进而为后续设计提供有效的数据支持。而为了保证设计的质量，在设计之前施工单位也需要为设计单位提供一套详细的有关施工环境的地质、水文、当地的温度变化等相关勘察资料。在设计的过程中，设计人员也需要严格按照施工规范来进行设计，结合当地具体的环境来提升设计的精度和质量，进而为后续项目施工提供保障。

3.2加强对原材料的把控

隧道工程施工本身对原料依赖程度相对较高，所以原料的质量会直接影响到隧道工程施工的质量，因此施工单位也需要明确原材料质量的重要性，在选择原材料的过程中严格按照设计要求来进行采购。而且在采购的过程中要避免过于重视施工成本而忽略产品质量的问题，而是需要结合材料的质量来选择性价比最高的供应商，从而确保材料能够保质保量的输送到施工现场。水泥是衬砌混凝土施工中常用的材料，当下所使用的水泥大多是普通硅酸盐水泥，而在使用水泥的过程中，工作人员切忌将不同批次、不同品牌的水泥混合到一起。在选择碎石的过程中，需要对碎石的含泥量进行严格的控制，确保含泥量不会超过1%。而在选择碎石粒径的过程中也需要结合泵送管路的内径要求来选择，进而将碎石的粒径在5~40mm。除此之外，混凝土用水量、外加剂等也都是造成混凝土裂缝产生的重要因素。所以在施工的过程中，施工单位也需要将隧道工程施工的水灰比控制在0.5，从而避免由于水量不足而造成干缩裂缝等问题。而在选用外加剂时需要选择高效减水剂，进而减少温度裂缝等问题的发生，并达到提高混凝土质量的目的【3】。

3.3混凝土施工工艺的控制

在实际施工的过程中为了避免由于爆破效果差而造成的隧道超欠挖问题，施工单位也需要重视对施工工艺的控制，通过结合施工环境制定有效的爆破计划，并提升开挖钻眼技术水平，进而达到提高爆破效果的目的，从而为衬砌混凝土施工提供良好的环境。并且在进行混凝土脱模和养护的过程中，工作人员需要确保混凝土的强度满足脱模要求后方可进行处理，并加强对脱模过程的管控工作，从而避免由于脱模操作不合理而造成脱模时损伤混凝土。与此同时，混凝土养护工作也是保证避免混凝土出现裂缝的重要因素，而传统的洒水养护操作具有操作难度高、洒水不均匀的特点，所以为了提高养护的质量，可以采用喷涂混凝土养护液来代替传统洒水工作进行养护，保证喷涂均匀性的同时，也有效提高了处理的速度和效率。

3.4合理选择裂缝处理技术

混凝土本身属于脆性材料，所以在利用混凝土进行隧道施工的过程中，混凝土出现裂缝的问题也是客观存在的。因此在施工的过程中如果出现混凝土裂缝，施工单位也需要对混凝土裂缝产生的原因进行分析，并有针对性的对其进行处理，从而提升衬其结构的稳定性。例如在施工的过程中发现混凝土表面出现一些没有扩展的细微裂缝，这种裂缝相对来说较为稳定，其不仅能够实现自愈且不会对混凝土的结构造成影响。但这种裂缝会影响混凝土的美观性，所以在施工的过程中可以将混凝土表面清理干净，然后用环氧树脂涂刷2~3遍，从而使裂缝与周围环境的颜色一致【4】。

结语：

综上所述，由于隧道环境相对较为特殊，所以这也大大增加了衬砌混凝土裂缝发生的概率。因此在施工的过程中施工单位需要明确混凝土裂缝产生的必然性，并结合混凝土裂缝产生的原因有针对性的采取相应的解决措施，进而减少衬砌混凝土裂缝对隧道质量的影响，保证隧道结构的安全性和稳定性。

参考文献：

[1]张永福.隧道衬砌混凝土裂缝原因分析及处理[J].建材与装饰,2020(03):260-261.

[2]杨剑雄.隧道衬砌混凝土裂缝治理措施[J].城市住宅,2018,25(03):112-115+118.

[3]卢桂花.公路隧道衬砌混凝土裂缝成因和防治措施[J].科技创新与应用,2017(13):215.

[4]吴治家.隧道衬砌混凝土裂缝的辨认及处治措施探讨[J].铁道工程学报,2014(02):88-95.