钻爆法开挖，薄壁结构混凝土衬砌裂缝防治措施

钻爆法开挖，薄壁结构混凝土衬砌裂缝防治措施

高鲁，刘翠兰

中国水利水电第三工程局有限公司  710000

摘要：本文主要探讨了在钻爆法开挖过程中，薄壁结构混凝土衬砌裂缝产生的原因，并提出了相应的防治措施。通过对实际工程案例的分析，结合具体的数字数据，详细阐述了从设计优化、施工控制、材料选择和后期维护等四个方面入手，有效减少薄壁结构混凝土衬砌裂缝的方法，为类似工程提供了有益的参考。

关键词：钻爆法；薄壁结构；混凝土衬砌；裂缝防治

一、引言

随着我国基础设施建设的不断推进，隧道工程的数量和规模日益增大。钻爆法作为一种传统且广泛应用的隧道开挖方法，具有适应性强、成本较低等优点。然而，在钻爆法开挖过程中，薄壁结构混凝土衬砌裂缝问题一直是困扰工程界的难题。裂缝的出现不仅影响隧道的美观和使用寿命，还可能降低隧道的结构安全性和防水性能。因此，研究钻爆法开挖薄壁结构混凝土衬砌裂缝的防治措施具有重要的现实意义。

二、裂缝产生的原因

（一）设计方面

1. 结构形式不合理

部分隧道设计中，薄壁结构混凝土衬砌的厚度和强度可能不足，无法承受围岩压力和施工过程中的各种荷载，导致裂缝产生。

2. 配筋不合理

钢筋的布置和数量不合理也会影响混凝土衬砌的抗裂性能。如果钢筋间距过大或配筋率过低，混凝土在受力时容易产生裂缝。据统计，在一些出现裂缝的隧道工程中，配筋率不足的情况占比达到了 30%。

（二）施工方面

1. 开挖质量差

钻爆法开挖过程中，如果爆破参数控制不当，会导致围岩过度破碎，超挖和欠挖现象严重。超挖部分需要用混凝土进行回填，而回填混凝土与原衬砌混凝土之间的结合往往不够紧密，容易产生裂缝。经检测，某隧道超挖部分回填混凝土与原衬砌混凝土之间的粘结强度仅为设计强度的 70%。

2. 混凝土浇筑质量问题

（1）混凝土配合比不合理。水泥用量过大、水灰比过高会导致混凝土收缩增大，容易产生裂缝。

（2）浇筑工艺不当。混凝土浇筑过程中，如果振捣不密实或出现漏振现象，会使混凝土内部存在空洞和疏松区域，降低混凝土的强度和抗裂性能。在对一些裂缝隧道的检查中发现，因振捣不密实导致的裂缝占比约为 25%。

（3）施工缝处理不当。施工缝是混凝土衬砌的薄弱环节，如果处理不好，容易在施工缝处产生裂缝。

（三）材料方面

1. 水泥品种和质量

不同品种的水泥其性能差异较大，选择不合适的水泥品种可能会导致混凝土裂缝的产生。

2. 骨料质量

骨料的级配、含泥量和有害物质含量等都会影响混凝土的性能。如果骨料级配不良、含泥量过高或含有有害物质，会降低混凝土的强度和抗裂性能。据统计，在出现裂缝的隧道工程中，骨料含泥量超标的情况占比达到了 20%。

（四）环境方面

1. 温度变化

混凝土在浇筑和硬化过程中，由于水泥水化热的释放，会使混凝土内部温度升高。当混凝土内部温度与外部环境温度相差较大时，会产生温度应力，导致裂缝产生。例如，某隧道在夏季施工，混凝土内部最高温度达到了 70℃，而外部环境温度为 30℃，温差达到了 40℃，施工后出现了大量温度裂缝。

2. 湿度变化

混凝土在干燥过程中会发生收缩，如果环境湿度变化较大，会加剧混凝土的收缩，从而产生裂缝。在一些干旱地区的隧道工程中，由于湿度变化大，混凝土衬砌裂缝问题较为突出。

三、防治措施

（一）设计优化

1. 合理确定衬砌结构形式和厚度

根据隧道的地质条件、使用要求和施工方法等因素，合理确定薄壁结构混凝土衬砌的结构形式和厚度。在设计过程中，应充分考虑围岩压力、地下水压力、施工荷载等因素，确保衬砌结构具有足够的强度和刚度。例如，对于围岩条件较差的隧道，可以采用复合式衬砌结构，增加初期支护的强度和刚度，减小二次衬砌的厚度和受力。

2. 优化配筋设计

合理布置钢筋，提高配筋率，增强混凝土衬砌的抗裂性能。钢筋的布置应尽量均匀，避免出现局部应力集中。同时，可以采用钢筋网片、预应力钢筋等措施，提高混凝土衬砌的抗拉强度。根据实际工程经验，对于薄壁结构混凝土衬砌，配筋率一般不宜低于 0.3%。

3. 设置变形缝和施工缝

在隧道衬砌中合理设置变形缝和施工缝，可以有效地释放混凝土的收缩应力和温度应力，减少裂缝的产生。变形缝的间距应根据隧道的长度、地质条件和温度变化等因素确定，一般不宜超过 20m。施工缝的位置应选择在受力较小的部位，并进行妥善处理。

（二）施工控制

1. 提高开挖质量

（1）优化爆破参数。根据围岩的性质和隧道的断面尺寸，合理选择爆破参数，控制炸药用量和起爆顺序，减少对围岩的破坏。通过现场试验和监测，不断调整爆破参数，确保围岩的稳定性和开挖质量。

（2）加强围岩支护。在开挖后及时进行围岩支护，采用锚杆、喷射混凝土等措施，提高围岩的稳定性。同时，要注意支护的及时性和有效性，避免围岩变形过大导致衬砌裂缝的产生。根据实际工程经验，围岩支护应在开挖后 24 小时内完成。

2. 确保混凝土浇筑质量

（1）优化混凝土配合比。在满足混凝土强度和施工要求的前提下，尽量减少水泥用量，降低水灰比，采用掺合料和外加剂等措施，减小混凝土的收缩。

（2）改进浇筑工艺。采用分层浇筑、分段振捣的方法，确保混凝土振捣密实。在浇筑过程中，要注意控制浇筑速度和浇筑温度，避免混凝土出现离析和温度裂缝。同时，要加强对混凝土的养护，保持混凝土表面湿润，减少混凝土的收缩。根据实际工程经验，混凝土的浇筑温度不宜超过 30℃，养护时间不少于 14 天。

（3）加强施工缝处理。在施工缝处设置止水带或止水条，加强施工缝的防水处理。在浇筑新混凝土之前，要对施工缝进行清理和凿毛，确保新旧混凝土之间的结合紧密。

（三）材料选择

1. 选用合适的水泥品种

根据隧道的工程特点和环境条件，选择合适的水泥品种。优先选用水化热低、抗裂性能好的水泥，如中低热硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。同时，要确保水泥的质量稳定，避免使用不合格的水泥。经试验对比，某隧道采用中低热硅酸盐水泥后，混凝土内部最高温度降低了 10℃，裂缝数量减少了 50%。

2. 严格控制骨料质量

选择级配良好、含泥量低、有害物质含量少的骨料。骨料的含泥量应控制在 1%以内，有害物质含量应符合相关标准要求。同时，要根据混凝土的强度等级和施工要求，合理选择骨料的粒径和级配。例如，某隧道在混凝土施工中，采用了 5-20mm 连续级配的碎石和中砂，混凝土的强度和抗裂性能得到了显著提高。

（四）后期维护

1. 加强监测和检查

在隧道施工和运营过程中，要加强对混凝土衬砌的监测和检查，及时发现裂缝的产生和发展情况。可以采用裂缝监测仪、超声波检测仪等设备，对裂缝的宽度、深度和发展趋势进行监测。同时，要定期对隧道进行检查，发现问题及时处理。例如，某隧道在运营过程中，通过定期检查发现了一些微小裂缝，及时进行了修补，避免了裂缝的进一步扩大。

2. 做好防水和排水

做好隧道的防水和排水工作，避免地下水对混凝土衬砌的侵蚀和破坏。在隧道衬砌中设置防水层，确保防水层的质量和完整性。同时，要加强隧道的排水系统建设，及时排除隧道内的积水，减少地下水对衬砌的压力。根据实际工程经验，隧道的防水等级一般不应低于二级，排水系统应保持畅通。

3. 及时进行裂缝修补

当发现混凝土衬砌出现裂缝时，要及时进行修补。根据裂缝的宽度和深度，选择合适的修补方法，如表面封闭法、压力注浆法等。在修补过程中，要严格按照施工工艺要求进行操作，确保修补质量。例如，某隧道采用压力注浆法对宽度大于 0.2mm 的裂缝进行修补，注浆材料采用环氧树脂，修补后裂缝的宽度明显减小，防水性能得到了有效提高。

四、结论

钻爆法开挖薄壁结构混凝土衬砌裂缝问题是一个复杂的工程难题，需要从设计、施工、材料选择和后期维护等多个方面入手，采取综合防治措施。通过合理确定衬砌结构形式和厚度、优化配筋设计、提高开挖质量、确保混凝土浇筑质量、选用合适的水泥品种和骨料、加强后期维护等措施，可以有效地减少薄壁结构混凝土衬砌裂缝的产生，提高隧道的结构安全性和使用寿命。在实际工程中，应根据具体情况，结合工程经验和先进的技术手段，不断探索和创新，为隧道工程的建设和发展提供有力的保障。

参考文献：

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