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摘 要：本文依托对江苏某明挖隧道，在施工过程中发现混凝土主体侧墙及顶板出现不规则裂缝，裂缝对主体结构质量有重要影响，裂缝直接影响结构安全和耐久性。本文从地质情况、施工工艺、混凝土原材和后期养护四个方面进行分析阐述。分析过程中采取了测温、监测等措施，直观的反映了主体结构出现裂缝的根本原因，并提出相应对策防治措施，对该领域主体结构裂缝防治有一定借鉴意义。
关鍵词：隧道工程;混凝土顶板;主体结构;裂缝成因
0 引言
明挖隧道主体结构裂缝是隧道病害的最常见表现形式，裂缝的存在会影响隧道的结构承载力，还会引起渗漏水，对于隧道的承载力及耐久性造成进一步的破坏[1]。
混凝土裂缝的分析与防治是隧道工程研究的重点，边陇超等[2]通过对隧道结构裂缝的长期跟踪观察与监控量测，提出通过砌筑偏压挡墙、加固裂缝部位等措施防治裂缝的发展;夏福奎[3]对隧道泵送混凝土的特点、施工裂缝的种类、成因进行分析，提出了从原材料、配合比、掺合料、外加剂、施工工艺等方面采取的防治措施。
本文从多个角度对隧道混凝土结构裂缝的成因与对策进行研究，对指导大跨径明挖隧道混凝土主体结构施工裂缝防治具有一定的借鉴意义。
1 裂缝成因分析
隧道混凝土施工过程中，通常情况下地质情况、施工工艺、原材料、养生情况的选择会直接影响到工程质量，使混凝土主体结构的内应力发生变化，导致在表层集中出现裂缝[4]。本文所研究的裂缝至隧道混凝土结构达到一定程度的可见裂缝，如下图所示。
从技术层面分析，形成裂缝的大概包括以下几个原因：（1）设计缺陷;（2）材料问题;（3）施工工艺问题;（4）养生问题;（5）其他外界影响。裂缝的产生因素可以分为非外力因素与外力因素两类，非外力因素指材料质量及施工工艺引起的混凝土内部结构变化，外力因素指结构的界面弯矩、剪力使隧道结构整体受力[5]。
2 工程实践与总结
2.1 隧道主体裂缝概况
江苏省某隧道工程全长3.549 km，本隧道均采用明挖现浇施工，隧道最大跨径为41 m，最大埋深15 m。目前已完成K37、K38、K39节段隧道顶板施工，该区域最大跨径为40.8 m，埋深为14.6 m。经观察K37顶板左线（北侧）倒角位置（基本位于格构柱位置）出现3道横向渗水裂缝，K38顶板左线（北侧）倒角位置（基本位于格构柱位置）出现4道横向渗水裂缝，K39匝道顶板出现3道横向渗水裂缝。
2.2 隧道主体裂缝原因分析
针对K39匝道顶板、K38主线顶板、K37主线顶板裂缝情况，分别从地质情况、施工工艺及施工过程控制、裂缝的分布、原材料、养生、温度监测等情况进行分析，具体分析如下：
2.2.1 地质情况分析
根据地勘报告K37、K38、K39基坑基底南北侧均位于4-1层（粉质黏土），39匝道、38匝道、37匝道基本位于3-1层黏土至3-2层粉质黏土层中，且裂缝基本位于匝道与主线交界部位，可能存在地质因素导致不均匀沉降促使顶板产生裂缝。
2.2.2 施工工艺及过程中控制分析
施工时间分析：
K39匝道顶板裂缝可能由于匝道侧墙浇筑时间与匝道顶板浇筑时间间隔过大（北侧墙浇筑日期2020.07.19;顶板浇筑日期2020.09.24间隔65天），侧墙混凝土收缩徐变基本完成，顶板浇筑完成后受侧墙约束，且匝道顶板较薄（1 m），导致匝道顶板在混凝土收缩徐变期间从顶板薄弱部位（预埋孔洞位置）产生裂缝。
K38主线顶板北倒角裂缝可能由于混凝土供应不及时（顶板浇筑时间2020.09.12-2020.9.13浇筑时间28.5小时） ，北侧作业工人工作时间较长振捣不到位，导致北侧倒角混凝土可能存在分层，顶板浇筑完成后收缩徐变期间从顶板薄弱部位（振捣不到位部位）产生裂缝。
施工工艺分析：
K37、K38、K39混凝土施工工艺为分层浇筑，分三层浇筑，由于顶板作业面较大且夏季高温施工，混凝土第一层大面积浇筑完成后，混凝土供应不及时存在初凝情况，有可能存在施工冷缝现象。从裂缝集中在K38、K37北侧倒角部位可看出，北侧倒角部位有可能振捣不到位。
2.2.3 裂缝分布情况分析
K37、K38主线顶板裂缝均位于北洞倒角部位，南洞现阶段未发现裂缝，从裂缝集中程度看，大部分由格构柱向一端或向两端开裂。可能由于顶板钢筋在格构柱部位无法穿过，或能穿过部位钢筋密度布置不均匀，导致格构柱部位在混凝土收缩徐变期间较其他地方薄弱，产生裂缝。也存在格构柱上端支撑约束、下端底板约束，顶板混凝土浇筑完成后，在收缩徐变期间格构柱对顶板约束引起此部位顶板裂缝。
K39顶板由于格构柱约束解除较早，未发现裂缝。
2.2.4 养生情况分析
K39顶板采用蓄水养生、K37、K38顶板采用覆盖土工布保湿养生时间7～10天。从裂缝情况来分析K39无裂缝，K37、K38均有裂缝，有可能大体积混凝土蓄水养生效果较好。
2.2.5 原材料分析
（1）混凝土原材料及配合比。目前非外力荷载引起的裂缝较为常见，可能是原材料的质量没有达到标准要求，同时混凝土材料配合比、外加剂等设计指标的不合理也可能导致裂缝的产生。
（2）混凝土生产控制。搅拌站采用料仓大棚对砂石原材遮阳降温，拌合水采用恒温水，降低混凝土出机温度，通过使用恒温水、料仓遮阳洒水降温措施等能有效降低夏期混凝土出机温度。
2.2.6 混凝土温度监测分析
预埋混凝土测温线，混凝土内外部温度监测。在侧墙中间段预埋测温线（靠地连墙内侧、中部、外侧）得到的混凝土内部温度检测结果如下表所示： 根据裂缝发展情况分析，裂缝处于混凝土浇筑后5天开始逐渐产生，在7～14天内变化较大，14天之后新发生的裂缝较少，大部分为前期产生的裂缝的长度、宽度、深度的延伸。
2.2.7 混凝土结构工后监测分析
结合本工程特点及周边环境情况，针对基坑结构进行工后沉降监测。监测频率如下表：
工后沉降监测点在每一个节段两端布置，故一个节段工后沉降监测点12个。由此K37、K38、K39三个节段共36个监测点。监测点布置示意图如下：
监测成果数据分析：监测周期自2020年5月至2021年8月。结构施工期间，结构底板浇筑后（30 d内）沉降数据较大，累计变形值均在设计控制值范围内，30 d后沉降变化速率逐渐处于稳定。其中累计值最大监测点GH39-6为-3.6 mm。如下图：
其中百日沉降速率最大监测点GH37-12为-0.011 mm/d未超过规范要求，由此判定已达到稳定趋势。如下表：
2.3 隧道主体裂缝防治对策
根据从地质情况、施工过程、混凝土浇筑及后期养护方面，全面的进行分析。掌握了裂缝基本特性，裂缝出现在结构物部位，后期规模出现裂缝时间范围内，针对裂缝防控措施如下：
（1）两次不同结构混凝土浇筑间隔时间不宜过长，浇筑时间若过长，建议分段长度减小浇筑。
（2）混凝土振捣是防止裂缝产生的关键因素，混凝土振捣的方式、方法、均匀性是关键。
（3）针对顶板面积较大，夏季施工需分段、分层浇筑，不应大面积摊铺一层，再浇筑第二层，需要根据拌合站的生产能力，施工力量合理确定浇筑步距。
（4）大体积混凝土供应及时性是主体结构质量保障的关键。
（5）顶板格构柱部位存在一定的薄弱点及约束，建议格构柱部位钢筋加强，格构柱内部设置钢筋网片，顶板混凝土强度满足要求后及时解除格构柱对顶板的约束条件。
（6）大体积混凝土结构养生是关键，有条件建议蓄水养生，无条件建议覆盖薄膜+土工布保湿养生。
（7）在隧道纵横断面及周边区域需要加强对实际开挖后地质情况与图纸地勘资料的核查工作，不良地质做好地质换填加固等处理措施，避免因不均匀沉降导致顶板裂缝产生。
3 小结
（1）通过对比性试验与分析，对依托工程的地质情况、施工工艺及施工过程控制情况、裂缝的分布情况、原材料情况、养生情况、温度监测、沉降观测情况对不同隧道阶段的裂缝成因及防治对策进行分析与研究，总结出一套裂缝防治对策，研究結果更加科学可靠，可为地下与隧道工程裂缝防治工作提供参考。
（2）裂缝的产生也是隧道结构受力后形变的结果，说明材料、施工工艺、施工时间、养生等因素导致隧道结构受力不均衡，在隧道施工过程中可以通过裂缝监测指导施工流程，把控工程质量。
参考文献：
[1]王珊珊.隧道衬砌裂缝分析[D].华侨大学，2018.
[2]边陇超，王琛锐，薛武彬，等.隧道结构裂缝的形成分析与发展控制[J].公路交通科技（应用技术版），2012，8（9）：120-122.
[3]夏福奎.隧道泵送混凝土施工裂缝的成因和预防措施[J].隧道建设，2007（S1）：33-35.
[4]莫宏武，李永超，于方.科特迪瓦某重力式码头胸墙开裂原因分析及裂缝控制对策[J].中国港湾建设，2020，40（12）：48-53.
[5]张成贵.水工隧洞混凝土裂缝分析及加固研究[J].科技风，2021（1）：191-192.
关鍵词：隧道工程;混凝土顶板;主体结构;裂缝成因
0 引言
明挖隧道主体结构裂缝是隧道病害的最常见表现形式，裂缝的存在会影响隧道的结构承载力，还会引起渗漏水，对于隧道的承载力及耐久性造成进一步的破坏[1]。
混凝土裂缝的分析与防治是隧道工程研究的重点，边陇超等[2]通过对隧道结构裂缝的长期跟踪观察与监控量测，提出通过砌筑偏压挡墙、加固裂缝部位等措施防治裂缝的发展;夏福奎[3]对隧道泵送混凝土的特点、施工裂缝的种类、成因进行分析，提出了从原材料、配合比、掺合料、外加剂、施工工艺等方面采取的防治措施。
本文从多个角度对隧道混凝土结构裂缝的成因与对策进行研究，对指导大跨径明挖隧道混凝土主体结构施工裂缝防治具有一定的借鉴意义。
1 裂缝成因分析
隧道混凝土施工过程中，通常情况下地质情况、施工工艺、原材料、养生情况的选择会直接影响到工程质量，使混凝土主体结构的内应力发生变化，导致在表层集中出现裂缝[4]。本文所研究的裂缝至隧道混凝土结构达到一定程度的可见裂缝，如下图所示。
从技术层面分析，形成裂缝的大概包括以下几个原因：（1）设计缺陷;（2）材料问题;（3）施工工艺问题;（4）养生问题;（5）其他外界影响。裂缝的产生因素可以分为非外力因素与外力因素两类，非外力因素指材料质量及施工工艺引起的混凝土内部结构变化，外力因素指结构的界面弯矩、剪力使隧道结构整体受力[5]。
2 工程实践与总结
2.1 隧道主体裂缝概况
江苏省某隧道工程全长3.549 km，本隧道均采用明挖现浇施工，隧道最大跨径为41 m，最大埋深15 m。目前已完成K37、K38、K39节段隧道顶板施工，该区域最大跨径为40.8 m，埋深为14.6 m。经观察K37顶板左线（北侧）倒角位置（基本位于格构柱位置）出现3道横向渗水裂缝，K38顶板左线（北侧）倒角位置（基本位于格构柱位置）出现4道横向渗水裂缝，K39匝道顶板出现3道横向渗水裂缝。
2.2 隧道主体裂缝原因分析
针对K39匝道顶板、K38主线顶板、K37主线顶板裂缝情况，分别从地质情况、施工工艺及施工过程控制、裂缝的分布、原材料、养生、温度监测等情况进行分析，具体分析如下：
2.2.1 地质情况分析
根据地勘报告K37、K38、K39基坑基底南北侧均位于4-1层（粉质黏土），39匝道、38匝道、37匝道基本位于3-1层黏土至3-2层粉质黏土层中，且裂缝基本位于匝道与主线交界部位，可能存在地质因素导致不均匀沉降促使顶板产生裂缝。
2.2.2 施工工艺及过程中控制分析
施工时间分析：
K39匝道顶板裂缝可能由于匝道侧墙浇筑时间与匝道顶板浇筑时间间隔过大（北侧墙浇筑日期2020.07.19;顶板浇筑日期2020.09.24间隔65天），侧墙混凝土收缩徐变基本完成，顶板浇筑完成后受侧墙约束，且匝道顶板较薄（1 m），导致匝道顶板在混凝土收缩徐变期间从顶板薄弱部位（预埋孔洞位置）产生裂缝。
K38主线顶板北倒角裂缝可能由于混凝土供应不及时（顶板浇筑时间2020.09.12-2020.9.13浇筑时间28.5小时） ，北侧作业工人工作时间较长振捣不到位，导致北侧倒角混凝土可能存在分层，顶板浇筑完成后收缩徐变期间从顶板薄弱部位（振捣不到位部位）产生裂缝。
施工工艺分析：
K37、K38、K39混凝土施工工艺为分层浇筑，分三层浇筑，由于顶板作业面较大且夏季高温施工，混凝土第一层大面积浇筑完成后，混凝土供应不及时存在初凝情况，有可能存在施工冷缝现象。从裂缝集中在K38、K37北侧倒角部位可看出，北侧倒角部位有可能振捣不到位。
2.2.3 裂缝分布情况分析
K37、K38主线顶板裂缝均位于北洞倒角部位，南洞现阶段未发现裂缝，从裂缝集中程度看，大部分由格构柱向一端或向两端开裂。可能由于顶板钢筋在格构柱部位无法穿过，或能穿过部位钢筋密度布置不均匀，导致格构柱部位在混凝土收缩徐变期间较其他地方薄弱，产生裂缝。也存在格构柱上端支撑约束、下端底板约束，顶板混凝土浇筑完成后，在收缩徐变期间格构柱对顶板约束引起此部位顶板裂缝。
K39顶板由于格构柱约束解除较早，未发现裂缝。
2.2.4 养生情况分析
K39顶板采用蓄水养生、K37、K38顶板采用覆盖土工布保湿养生时间7～10天。从裂缝情况来分析K39无裂缝，K37、K38均有裂缝，有可能大体积混凝土蓄水养生效果较好。
2.2.5 原材料分析
（1）混凝土原材料及配合比。目前非外力荷载引起的裂缝较为常见，可能是原材料的质量没有达到标准要求，同时混凝土材料配合比、外加剂等设计指标的不合理也可能导致裂缝的产生。
（2）混凝土生产控制。搅拌站采用料仓大棚对砂石原材遮阳降温，拌合水采用恒温水，降低混凝土出机温度，通过使用恒温水、料仓遮阳洒水降温措施等能有效降低夏期混凝土出机温度。
2.2.6 混凝土温度监测分析
预埋混凝土测温线，混凝土内外部温度监测。在侧墙中间段预埋测温线（靠地连墙内侧、中部、外侧）得到的混凝土内部温度检测结果如下表所示： 根据裂缝发展情况分析，裂缝处于混凝土浇筑后5天开始逐渐产生，在7～14天内变化较大，14天之后新发生的裂缝较少，大部分为前期产生的裂缝的长度、宽度、深度的延伸。
2.2.7 混凝土结构工后监测分析
结合本工程特点及周边环境情况，针对基坑结构进行工后沉降监测。监测频率如下表：
工后沉降监测点在每一个节段两端布置，故一个节段工后沉降监测点12个。由此K37、K38、K39三个节段共36个监测点。监测点布置示意图如下：
监测成果数据分析：监测周期自2020年5月至2021年8月。结构施工期间，结构底板浇筑后（30 d内）沉降数据较大，累计变形值均在设计控制值范围内，30 d后沉降变化速率逐渐处于稳定。其中累计值最大监测点GH39-6为-3.6 mm。如下图：
其中百日沉降速率最大监测点GH37-12为-0.011 mm/d未超过规范要求，由此判定已达到稳定趋势。如下表：
2.3 隧道主体裂缝防治对策
根据从地质情况、施工过程、混凝土浇筑及后期养护方面，全面的进行分析。掌握了裂缝基本特性，裂缝出现在结构物部位，后期规模出现裂缝时间范围内，针对裂缝防控措施如下：
（1）两次不同结构混凝土浇筑间隔时间不宜过长，浇筑时间若过长，建议分段长度减小浇筑。
（2）混凝土振捣是防止裂缝产生的关键因素，混凝土振捣的方式、方法、均匀性是关键。
（3）针对顶板面积较大，夏季施工需分段、分层浇筑，不应大面积摊铺一层，再浇筑第二层，需要根据拌合站的生产能力，施工力量合理确定浇筑步距。
（4）大体积混凝土供应及时性是主体结构质量保障的关键。
（5）顶板格构柱部位存在一定的薄弱点及约束，建议格构柱部位钢筋加强，格构柱内部设置钢筋网片，顶板混凝土强度满足要求后及时解除格构柱对顶板的约束条件。
（6）大体积混凝土结构养生是关键，有条件建议蓄水养生，无条件建议覆盖薄膜+土工布保湿养生。
（7）在隧道纵横断面及周边区域需要加强对实际开挖后地质情况与图纸地勘资料的核查工作，不良地质做好地质换填加固等处理措施，避免因不均匀沉降导致顶板裂缝产生。
3 小结
（1）通过对比性试验与分析，对依托工程的地质情况、施工工艺及施工过程控制情况、裂缝的分布情况、原材料情况、养生情况、温度监测、沉降观测情况对不同隧道阶段的裂缝成因及防治对策进行分析与研究，总结出一套裂缝防治对策，研究結果更加科学可靠，可为地下与隧道工程裂缝防治工作提供参考。
（2）裂缝的产生也是隧道结构受力后形变的结果，说明材料、施工工艺、施工时间、养生等因素导致隧道结构受力不均衡，在隧道施工过程中可以通过裂缝监测指导施工流程，把控工程质量。
参考文献：
[1]王珊珊.隧道衬砌裂缝分析[D].华侨大学，2018.
[2]边陇超，王琛锐，薛武彬，等.隧道结构裂缝的形成分析与发展控制[J].公路交通科技（应用技术版），2012，8（9）：120-122.
[3]夏福奎.隧道泵送混凝土施工裂缝的成因和预防措施[J].隧道建设，2007（S1）：33-35.
[4]莫宏武，李永超，于方.科特迪瓦某重力式码头胸墙开裂原因分析及裂缝控制对策[J].中国港湾建设，2020，40（12）：48-53.
[5]张成贵.水工隧洞混凝土裂缝分析及加固研究[J].科技风，2021（1）：191-192.