论文部分内容阅读
[摘 要]在隧道工程中，衬砌混凝土裂缝成为一个普遍的质量问题，本文对隧道衬砌结构裂缝做了分类并分析衬砌裂缝的形成原因，针对其成因提出衬砌裂缝的治理方法与预防措施，对提高衬砌混凝土施工有所借鉴意义。
[关键词]隧道；衬砌混凝土；裂缝；防治措施
中图分类号：TU456 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0098-01
近几年我国高速铁路、公路、轨道交通大力发展，隧道工程所占比例逐步增大。在建或者已通车运营的隧道，我们发现衬砌结构裂缝已成为隧道工程通病，隧道衬砌裂缝对隧道的整体稳定、行车安全以及隧道的耐久性都有很大影响。因此，对隧道裂缝的形式分类并分析隧道裂缝的成因，总结隧道裂缝修补方法以及从施工过程控制隧道裂缝有很重要的意义。
1 裂缝的类型
隧道衬砌裂缝一般包括二次衬砌混凝土表面的可见裂缝和仰拱混凝土裂缝，裂缝是指衬砌混凝土中的不连续面，这些薄弱部位是引起混凝土破坏的主要原因。隧道衬砌裂缝一般可分为：纵向裂缝、环向裂缝和斜向裂缝三种。其中纵向裂缝危害性最大，掉拱、边墙折断等多由纵向裂缝发展严重而引起。从受力性质可分为：压裂、拉裂（对衬砌内侧而言）、剪裂和剥落掉块，剪裂多出现在拱顶封口，与隧道断面中线成45度的断面、拱脚附近以及边墙中部。根据衬砌裂缝成因主要分为：温度裂缝、干缩裂缝、施工缝处裂缝、外力荷载作用裂缝、施工不当产生的裂缝等。
2 隧道裂缝形成原因
2.1 温度裂缝。混凝土施工中，水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部及其表面形成温度梯度，内外张力超过混凝土内外约束力时就会产生温度裂缝。
2.2 干缩裂缝。二衬混凝土在硬化过程中水分慢慢蒸发散失，而水泥石中凝结胶体干燥收缩，受二衬台车整体钢模及围岩的约束，产生徐变应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现表面裂缝，其走向没有明显规律。影响其因素主要为：水灰比，砂石粗细，级配的合理性，外加剂品种和掺量多少。
2.3 特殊的地质环境，勘察设计时对基础地质情况认识不清，或者施工时对基础的处理不恰当，主要由于受软弱围岩松动压力，大变形岩体的挤压，偏压隧道的不均匀受力，高地应力，围岩膨胀力，改变了隧道的受力状况，出现应力重分布或局部应力集中，导致隧道结构变形、隆起、侵限或破坏。
2.4 地下水的作用。主要是由于的渗流及侵蚀作用，导致混凝土强度降低或者厚度减小；隧道穿越富水区域，洞内与地表存在明显水力联系，由于降雨或者排水系统阻塞，使得隧道周围水压急剧变化，导致混凝土衬砌开裂。
2.5 施工缝。在二衬混凝土施工过程中，由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇注中断时间超过混凝土的凝结时间，或超过混凝土的正常连续作业时间，因而产生明显裂缝。施工二次衬砌前未对仰拱结构进行凿毛或者做相关处理，直接在原混凝土上进行衬砌，以致新旧混凝接茬间出现裂缝。
2.6 外力荷载作用裂缝。仰拱或边墙基础未清理干净，混凝浇注后，基底产生不均匀的沉降；模板刚度不足、模板支撑间距过大、斜撑破坏或支撑底部松动等致使混凝土的结构产生裂缝。
3 混凝土裂缝的治理
3.1 直接涂抹法。该方法主要针对宽度在0.1～0.3mm之间的细微裂缝，且无明显的剪切滑移和渗漏水迹象，对结构的承载力影响不大，不影响结构安全和正常使用的裂缝。从美观的角度考虑，可先清洗干裂缝的表面，然后涂上腻子几遍，最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。
3.2 埋管注浆法。该法适用于裂缝宽度在0.3～0.5mm或贯通性裂缝，该裂缝对工程质量危害较大，必须采用有效的治理方法。沿裂缝方向凿成一条沟槽，在沟槽内每隔50cm左右钻一孔，孔深为二衬厚度的1/2～2/3，一般不得小于15cm。钻孔后再在孔内安装Φ10mm的压浆管道，利用环氧树脂砂浆固定，灰刀将砂浆压实抹光。环氧树脂砂浆配比；环氧树脂：水泥：细砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12，其中乙二胺是固化剂，二丁酯是稀释剂，环氧树脂砂浆强度达到0.15-0.2MPa时压入水泥一水泥玻璃浆液或环氧树脂浆液，压浆结束后并检查其效果，裂缝表面用刮抹料和调色料处理。
3.3 密集裂缝。衬砌混凝土背后的空洞或衬砌厚度不足而引起的密集性裂缝，在裂缝范围内以间距1m左右交错布点，凿成10cm×10cm大小，深5cm的方槽，再用风钻打入中空注浆锚杆（勿接触衬背防水层），注入水泥砂浆，灰砂比为1：3，水灰比为1：1，施工时注浆压力保持在0.4～0.66MPa为宜，注浆结束后，当达到规定压力而砂浆压不进时，即认为已经注满，注浆孔用环氧树脂砂浆抹平，再用刮抹料和调色料处理。
3.4 粘贴碳纤维布，为进一步对二衬混凝土补强，裂缝注浆结束后在粘贴一层宽碳纤维布；清除衬砌表面所需粘贴碳纤维布宽度范围内的防火涂料，露出混凝土结构层并用修复材料将表面修复平整。按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理，然后配置并涂刷底层碳纤维粘帖胶，最后粘帖碳纤维布。
4 针对隧道衬砌结构裂缝重点做好以下几个方面
4.1 提高设计精度，加强工程前期的地质工作，为设计提供详尽的工程地质、水文地质勘探数据资料，合理选择断面形式、强度等级、衬砌厚度、配筋形式、变形缝位置等设计参数，设计应紧密结合国内现有施工技术水平，以确保结构的使用功能，同时避免施工和运营中产生裂缝。
4.2 加强对混凝土拌合和浇筑过程管控；首先把好材料关，严格控制混凝土原材料的质量。其次严格按照施工配料单进行电子计量，纤维素、防腐剂必须按要求添加。在运输及泵送过程中严禁加水；浇筑时控制混凝土下落高度，两侧边墙对称、分层浇筑（在导管或换溜槽时要控制间隔时间），混凝土浇注过程中必须加强振捣，以提高混凝土的密实度和均质性，减少内部的抗裂性。
4.3 仰拱结构，仰拱开挖时结构尺寸（厚度）比较容易控制，但仰拱线性圆弧形结构往往很难实现；因此，我们必须对仰拱结构形式做出更合理的调整，让现场更容易施做，同时能更好发挥衬砌结构的作用。针对土质隧道承载力不够的基地我们应当做部分换填，或者施做挤密桩以提高基地承载力，对石质隧道应加强隧底虚砟处理。在能保证仰拱二衬施工防水的前提下，推广仰拱填充一起浇筑，提高结构整体性，对预防隧道衬砌裂缝也有深远意义。
4.4 二衬的施作，二衬施做时间应在围岩和初期支护变形基体稳定后进行。当围岩不稳定明显，需提前进行二次衬砌时，必须对初期支护或衬砌结构进行加强。
5 结束语
隧道衬砌混凝土裂缝形成原因较为复杂，往往是多种因素综合作用的结果，凝土裂缝主要原因是施工操作不符合规范要求造成，材料质量或混凝土结构配合比不能达到设计及规范要求产生裂缝重要原因之一；外界因素如高地应力、膨胀土导致仰拱隆起，黄土隧道基地承载力不足导致仰拱不均匀沉降而产生裂缝。
隧道裂缝的形式多种多样，修补方法也很灵活，首先要仔细查明原因和准确判断其影响程度，然后在综合考虑安全性、可靠性、耐久性、适用性、经济性的基础之上，制订切实可行的治理措施。更重要的是我们应从设计、施工根本抓起，加强施工管理，提高施工质量，建立完善质量监督体系以减少隧道衬砌裂缝。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准.高速铁路隧道工程施工技术指南.中华人民共和国铁道部出版.2010.
[2] 王晓州，朱永全，大断面黄土隧道建设技术.北京：中国铁道出版社，2009.
[3] 徐冬青 隧道仰拱整体式建筑设备研制及应用.隧道地下工程.
[4] 张辉，杨建礼.隧道裂缝分析与防治措施[J].山西建筑.
[关键词]隧道；衬砌混凝土；裂缝；防治措施
中图分类号：TU456 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0098-01
近几年我国高速铁路、公路、轨道交通大力发展，隧道工程所占比例逐步增大。在建或者已通车运营的隧道，我们发现衬砌结构裂缝已成为隧道工程通病，隧道衬砌裂缝对隧道的整体稳定、行车安全以及隧道的耐久性都有很大影响。因此，对隧道裂缝的形式分类并分析隧道裂缝的成因，总结隧道裂缝修补方法以及从施工过程控制隧道裂缝有很重要的意义。
1 裂缝的类型
隧道衬砌裂缝一般包括二次衬砌混凝土表面的可见裂缝和仰拱混凝土裂缝，裂缝是指衬砌混凝土中的不连续面，这些薄弱部位是引起混凝土破坏的主要原因。隧道衬砌裂缝一般可分为：纵向裂缝、环向裂缝和斜向裂缝三种。其中纵向裂缝危害性最大，掉拱、边墙折断等多由纵向裂缝发展严重而引起。从受力性质可分为：压裂、拉裂（对衬砌内侧而言）、剪裂和剥落掉块，剪裂多出现在拱顶封口，与隧道断面中线成45度的断面、拱脚附近以及边墙中部。根据衬砌裂缝成因主要分为：温度裂缝、干缩裂缝、施工缝处裂缝、外力荷载作用裂缝、施工不当产生的裂缝等。
2 隧道裂缝形成原因
2.1 温度裂缝。混凝土施工中，水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部及其表面形成温度梯度，内外张力超过混凝土内外约束力时就会产生温度裂缝。
2.2 干缩裂缝。二衬混凝土在硬化过程中水分慢慢蒸发散失，而水泥石中凝结胶体干燥收缩，受二衬台车整体钢模及围岩的约束，产生徐变应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现表面裂缝，其走向没有明显规律。影响其因素主要为：水灰比，砂石粗细，级配的合理性，外加剂品种和掺量多少。
2.3 特殊的地质环境，勘察设计时对基础地质情况认识不清，或者施工时对基础的处理不恰当，主要由于受软弱围岩松动压力，大变形岩体的挤压，偏压隧道的不均匀受力，高地应力，围岩膨胀力，改变了隧道的受力状况，出现应力重分布或局部应力集中，导致隧道结构变形、隆起、侵限或破坏。
2.4 地下水的作用。主要是由于的渗流及侵蚀作用，导致混凝土强度降低或者厚度减小；隧道穿越富水区域，洞内与地表存在明显水力联系，由于降雨或者排水系统阻塞，使得隧道周围水压急剧变化，导致混凝土衬砌开裂。
2.5 施工缝。在二衬混凝土施工过程中，由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇注中断时间超过混凝土的凝结时间，或超过混凝土的正常连续作业时间，因而产生明显裂缝。施工二次衬砌前未对仰拱结构进行凿毛或者做相关处理，直接在原混凝土上进行衬砌，以致新旧混凝接茬间出现裂缝。
2.6 外力荷载作用裂缝。仰拱或边墙基础未清理干净，混凝浇注后，基底产生不均匀的沉降；模板刚度不足、模板支撑间距过大、斜撑破坏或支撑底部松动等致使混凝土的结构产生裂缝。
3 混凝土裂缝的治理
3.1 直接涂抹法。该方法主要针对宽度在0.1～0.3mm之间的细微裂缝，且无明显的剪切滑移和渗漏水迹象，对结构的承载力影响不大，不影响结构安全和正常使用的裂缝。从美观的角度考虑，可先清洗干裂缝的表面，然后涂上腻子几遍，最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。
3.2 埋管注浆法。该法适用于裂缝宽度在0.3～0.5mm或贯通性裂缝，该裂缝对工程质量危害较大，必须采用有效的治理方法。沿裂缝方向凿成一条沟槽，在沟槽内每隔50cm左右钻一孔，孔深为二衬厚度的1/2～2/3，一般不得小于15cm。钻孔后再在孔内安装Φ10mm的压浆管道，利用环氧树脂砂浆固定，灰刀将砂浆压实抹光。环氧树脂砂浆配比；环氧树脂：水泥：细砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12，其中乙二胺是固化剂，二丁酯是稀释剂，环氧树脂砂浆强度达到0.15-0.2MPa时压入水泥一水泥玻璃浆液或环氧树脂浆液，压浆结束后并检查其效果，裂缝表面用刮抹料和调色料处理。
3.3 密集裂缝。衬砌混凝土背后的空洞或衬砌厚度不足而引起的密集性裂缝，在裂缝范围内以间距1m左右交错布点，凿成10cm×10cm大小，深5cm的方槽，再用风钻打入中空注浆锚杆（勿接触衬背防水层），注入水泥砂浆，灰砂比为1：3，水灰比为1：1，施工时注浆压力保持在0.4～0.66MPa为宜，注浆结束后，当达到规定压力而砂浆压不进时，即认为已经注满，注浆孔用环氧树脂砂浆抹平，再用刮抹料和调色料处理。
3.4 粘贴碳纤维布，为进一步对二衬混凝土补强，裂缝注浆结束后在粘贴一层宽碳纤维布；清除衬砌表面所需粘贴碳纤维布宽度范围内的防火涂料，露出混凝土结构层并用修复材料将表面修复平整。按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理，然后配置并涂刷底层碳纤维粘帖胶，最后粘帖碳纤维布。
4 针对隧道衬砌结构裂缝重点做好以下几个方面
4.1 提高设计精度，加强工程前期的地质工作，为设计提供详尽的工程地质、水文地质勘探数据资料，合理选择断面形式、强度等级、衬砌厚度、配筋形式、变形缝位置等设计参数，设计应紧密结合国内现有施工技术水平，以确保结构的使用功能，同时避免施工和运营中产生裂缝。
4.2 加强对混凝土拌合和浇筑过程管控；首先把好材料关，严格控制混凝土原材料的质量。其次严格按照施工配料单进行电子计量，纤维素、防腐剂必须按要求添加。在运输及泵送过程中严禁加水；浇筑时控制混凝土下落高度，两侧边墙对称、分层浇筑（在导管或换溜槽时要控制间隔时间），混凝土浇注过程中必须加强振捣，以提高混凝土的密实度和均质性，减少内部的抗裂性。
4.3 仰拱结构，仰拱开挖时结构尺寸（厚度）比较容易控制，但仰拱线性圆弧形结构往往很难实现；因此，我们必须对仰拱结构形式做出更合理的调整，让现场更容易施做，同时能更好发挥衬砌结构的作用。针对土质隧道承载力不够的基地我们应当做部分换填，或者施做挤密桩以提高基地承载力，对石质隧道应加强隧底虚砟处理。在能保证仰拱二衬施工防水的前提下，推广仰拱填充一起浇筑，提高结构整体性，对预防隧道衬砌裂缝也有深远意义。
4.4 二衬的施作，二衬施做时间应在围岩和初期支护变形基体稳定后进行。当围岩不稳定明显，需提前进行二次衬砌时，必须对初期支护或衬砌结构进行加强。
5 结束语
隧道衬砌混凝土裂缝形成原因较为复杂，往往是多种因素综合作用的结果，凝土裂缝主要原因是施工操作不符合规范要求造成，材料质量或混凝土结构配合比不能达到设计及规范要求产生裂缝重要原因之一；外界因素如高地应力、膨胀土导致仰拱隆起，黄土隧道基地承载力不足导致仰拱不均匀沉降而产生裂缝。
隧道裂缝的形式多种多样，修补方法也很灵活，首先要仔细查明原因和准确判断其影响程度，然后在综合考虑安全性、可靠性、耐久性、适用性、经济性的基础之上，制订切实可行的治理措施。更重要的是我们应从设计、施工根本抓起，加强施工管理，提高施工质量，建立完善质量监督体系以减少隧道衬砌裂缝。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准.高速铁路隧道工程施工技术指南.中华人民共和国铁道部出版.2010.
[2] 王晓州，朱永全，大断面黄土隧道建设技术.北京：中国铁道出版社，2009.
[3] 徐冬青 隧道仰拱整体式建筑设备研制及应用.隧道地下工程.
[4] 张辉，杨建礼.隧道裂缝分析与防治措施[J].山西建筑.