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摘要：本文从铁路隧道衬砌混凝土施工的特点出发，对隧道内经常出现的裂缝进行原因分析与探讨，并提出相应的预防措施及处理办法。
关键词：混凝土 裂缝 防治
中图分类号： U455.91
1 引言
铁路隧道衬砌在施工中或施工后会因各种原因产生一系列裂缝，对这些裂缝若不进行控制或及时防治，会在以后运营中发生渗水、腐蚀、掉块等病害，增加运营支出，还会影响隧道衬砌结构的耐久性，大大缩短整个隧道结构物的使用寿命，给铁路运输生产造成不必要的经济损失。本文通过对铁路隧道衬砌混凝土施工裂缝成因分析，有针对性提出了几点比较切合际的防治办法。
2 常见的隧道衬砌裂缝类型
衬砌裂损主要有衬砌变形、衬砌移动和衬砌开裂三种类型。
2.1衬砌变形
衬砌变形有横向变形和纵向变形两种。其中横向变形是主要变形，是指衬砌受围岩应力的作用引起拱轴形状的改变，其结果是造成衬砌开裂，严重的可导致部分衬砌侵入限界，甚至引起隧道坍塌。
2.2衬砌移动
衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动（倾斜）、平移、上抬（或下沉）等变化。
2.3衬砌开裂
衬砌开裂是指衬砌表面出现裂缝。包括张裂、压溃、错台三种形态。
根据既有病害隧道衬砌裂损情况统计，大多为衬砌开裂，即衬砌裂缝。常见的隧道裂缝有单缝、双缝、环形缝、X形缝、树枝斜缝、龟裂等等。按裂缝走向及其与隧道纵向的相互关系，大致可分为纵向裂缝、环向裂缝、斜向裂缝三种。
3 隧道裂缝成因分析及预防
3.1受力条件不利的影响
隧道衬砌开裂的因素很多，从受力的角度分析，一般有以下几种原因：
3.1.1隧道的不均匀沉降
由于隧道纵向穿过不同力学性质的岩层，地基承载力差异较大；由于衬砌背后回填不对称，以及不同断面的衬砌抗不均匀性变形能力的差异性等原因，都可能导致隧道纵向的不均匀沉降，引起纵向弯矩，产生裂缝，这种由隧道的不均匀沉降而产生的隧道应力，与隧道的弹性模量成正比，即弹性模量越大，由相同的不均匀沉降所引起的隧道内力越大，也越容易引起隧道衬砌的开裂。
对此类裂缝防治措施为：1）松软的围岩基础应在边基施工时进行加强处理，如扩大基础，配筋等，边墙基础灌注之前应清理干净基底稀泥、虚渣；2）保证模板有足够的强度和刚度，支撑牢固，并使地基受力均匀；模板台车轨道下的道碴应整平夯实，建议有条件时应隧道铺底超前；3）防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。
3.1.2围岩失稳
该种裂缝较易出现在洞口及浅埋段。由于设计二次衬砌混凝土的结构是按照全断面进行受力计算的。而实际施工是一个相对间隔分步的过程。特别是地质不良地段，施工单位应对可能出现的不利因素，如遇暴雨、山体滑坡失稳等的临时措施及结构的临时支护措施及早制定。必要时提早申请变更，否则一旦二次衬砌混凝土开裂、错位，处理起来相当困难，在工程实践中这样的事例屡见不鲜。
3.1.3混凝土强度不够
混凝土强度还未达到要求，就去掉支撑或拆模板，使衬砌混凝土过早受力，造成衬砌开裂。另外在模板台车脱模时，由于模板台车使用时间长，前后端总会有一定的变形，脱模时台车拱部被卡，操作人员为了使台车拱部松动，从而油缸上下来回顶降，由于泵送混凝土时，拱部前端处难以在本组混凝土填满，而脱模时混凝土强度也只有2.5～3.5MPa，因此较易在空洞区形成顶升裂缝。
3.2混凝土收缩的影响
由于混凝土收缩产生的衬砌裂缝可分为塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三种。该类裂缝在隧道施工过程中较为常见，但由于各种裂缝产生的原因不同，因此产生的时间及部位也不尽一样。
3.2.1塑性收缩裂缝在隧道施工中较常出现在洞口几组衬砌，特别是中短隧道开挖贯通后，靠近洞门处的衬砌由于空气对流速度大，空气干燥，阳光直射，较易形成此类裂缝。一般在干热或刮风天气易于出现，裂缝多为中间宽、两端细且长短不一，互不连贯。裂缝产生原因是由于混凝土在塑性状态时，刚开始终凝，而由于天气炎热，阳光直射，刮大风，使混凝土表面水分蒸发过快，混凝土表面产生急剧的体积收缩，此时混凝土尚未有强度，从而致使混凝土表面出现龟裂。
3.2.2沉降收缩裂缝一般多沿主筋通长方向，在混凝土表面出现，常在浇灌后发生，硬化后停止。裂缝产生原因是混凝土浇捣后，骨料颗粒沉落，水泥浆上浮，受到钢筋或埋设件或大骨料的阻挡，而使混凝土互相分离。
3.3温度裂缝
3.3.1环境温度的影响
在隧道中，衬砌混凝土存在干缩与热胀冷缩，而且由于衬砌外侧围岩阻碍了衬砌的自由胀缩，所以在衬砌混凝土内部产生温度应力。这种温度应力的大小与衬砌混凝土的弹性模量、升降温度、围岩对隧道壁的阻力及隧道长度有关，并随着这些因素的增大而增大。而混凝土的抗拉性能较抗压性能差很多，所以往往能承受升温时产生的巨大压应力，而不能承受降温时产生的较大的拉应力。一旦衬砌内部的拉应力超过隧道衬砌混凝土的抗拉强度时，隧道衬砌将发生开裂。这种开裂的发生首先是从隧道的中部开始的。
3.3.2水化热的影响
由于混凝土体积过大，混凝土绝热温度与浇灌温度之差超过一定数值以上而引起的。对大体积混凝土，混凝土在硬化期间放出大量水化热，内部温度上升很快，又不能从表面及时散出而造成内外很大的温差，在混凝土表面引起拉应力。而后期均匀降温冷却时，受到基岩或老混凝土垫层约束，又会在混凝土内部出现拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土产生温度裂缝。这种裂缝多发生在施工后2～3个月或更长时间，多在结构中部出现。裂缝为较深或贯穿性的，破坏结构的整体性。铁路隧道衬砌厚度一般在50cm以上时，就要考虑水化热对混凝土衬的影响。
4 隧道衬砌裂缝的处理方法
4.1掺加纤维是控制混凝土裂缝的一种有效方法。在混凝土拌制时加入短纤维（ 合成纤维或钢纤维）搅拌均匀，按常规方法浇筑成型。由于纤维的存在，可减少混凝土早期坍落收缩；提高混凝土的抗拉强度，减少早期微裂缝的开展；减少混凝土干缩；增加混凝土的密实性，保护结构钢筋，延缓混凝土碳化速度等。
4.2对于表层性裂缝，不影响结构使用的，可待裂缝停止发展后用装饰性沙浆进行找平抹面，也可用添缝剂进行填缝。
4.3对于深入贯通性裂缝，应对裂缝进行发展观测，如围岩较好地段，裂缝属稳定性裂缝，可以免于处理，在表层沿缝隙凿出整齐的沟槽，再用沙浆进行填槽处理。
4.4对于在软弱及其他不良地质地段的裂缝，经过不良时期检验，如雨季等仍然为稳定的，仍需要对裂缝进行分段打孔注浆，视必要采用暗锚杆进行混凝土连接。裂缝处于发展状态的，一般都需进行返工处理，对于处于发展、但裂缝发展趋于收敛的，也要认真对待，因为一旦进入运营状态，重载高速列车及其他荷载的作用都是不容忽視的。
参考文献：
[1] 吕国涛. 铁路隧道混凝土衬砌施工裂缝分类和预防措施[J]. 中国建设信息 ， 2009，（12）
关键词：混凝土 裂缝 防治
中图分类号： U455.91
1 引言
铁路隧道衬砌在施工中或施工后会因各种原因产生一系列裂缝，对这些裂缝若不进行控制或及时防治，会在以后运营中发生渗水、腐蚀、掉块等病害，增加运营支出，还会影响隧道衬砌结构的耐久性，大大缩短整个隧道结构物的使用寿命，给铁路运输生产造成不必要的经济损失。本文通过对铁路隧道衬砌混凝土施工裂缝成因分析，有针对性提出了几点比较切合际的防治办法。
2 常见的隧道衬砌裂缝类型
衬砌裂损主要有衬砌变形、衬砌移动和衬砌开裂三种类型。
2.1衬砌变形
衬砌变形有横向变形和纵向变形两种。其中横向变形是主要变形，是指衬砌受围岩应力的作用引起拱轴形状的改变，其结果是造成衬砌开裂，严重的可导致部分衬砌侵入限界，甚至引起隧道坍塌。
2.2衬砌移动
衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动（倾斜）、平移、上抬（或下沉）等变化。
2.3衬砌开裂
衬砌开裂是指衬砌表面出现裂缝。包括张裂、压溃、错台三种形态。
根据既有病害隧道衬砌裂损情况统计，大多为衬砌开裂，即衬砌裂缝。常见的隧道裂缝有单缝、双缝、环形缝、X形缝、树枝斜缝、龟裂等等。按裂缝走向及其与隧道纵向的相互关系，大致可分为纵向裂缝、环向裂缝、斜向裂缝三种。
3 隧道裂缝成因分析及预防
3.1受力条件不利的影响
隧道衬砌开裂的因素很多，从受力的角度分析，一般有以下几种原因：
3.1.1隧道的不均匀沉降
由于隧道纵向穿过不同力学性质的岩层，地基承载力差异较大；由于衬砌背后回填不对称，以及不同断面的衬砌抗不均匀性变形能力的差异性等原因，都可能导致隧道纵向的不均匀沉降，引起纵向弯矩，产生裂缝，这种由隧道的不均匀沉降而产生的隧道应力，与隧道的弹性模量成正比，即弹性模量越大，由相同的不均匀沉降所引起的隧道内力越大，也越容易引起隧道衬砌的开裂。
对此类裂缝防治措施为：1）松软的围岩基础应在边基施工时进行加强处理，如扩大基础，配筋等，边墙基础灌注之前应清理干净基底稀泥、虚渣；2）保证模板有足够的强度和刚度，支撑牢固，并使地基受力均匀；模板台车轨道下的道碴应整平夯实，建议有条件时应隧道铺底超前；3）防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。
3.1.2围岩失稳
该种裂缝较易出现在洞口及浅埋段。由于设计二次衬砌混凝土的结构是按照全断面进行受力计算的。而实际施工是一个相对间隔分步的过程。特别是地质不良地段，施工单位应对可能出现的不利因素，如遇暴雨、山体滑坡失稳等的临时措施及结构的临时支护措施及早制定。必要时提早申请变更，否则一旦二次衬砌混凝土开裂、错位，处理起来相当困难，在工程实践中这样的事例屡见不鲜。
3.1.3混凝土强度不够
混凝土强度还未达到要求，就去掉支撑或拆模板，使衬砌混凝土过早受力，造成衬砌开裂。另外在模板台车脱模时，由于模板台车使用时间长，前后端总会有一定的变形，脱模时台车拱部被卡，操作人员为了使台车拱部松动，从而油缸上下来回顶降，由于泵送混凝土时，拱部前端处难以在本组混凝土填满，而脱模时混凝土强度也只有2.5～3.5MPa，因此较易在空洞区形成顶升裂缝。
3.2混凝土收缩的影响
由于混凝土收缩产生的衬砌裂缝可分为塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三种。该类裂缝在隧道施工过程中较为常见，但由于各种裂缝产生的原因不同，因此产生的时间及部位也不尽一样。
3.2.1塑性收缩裂缝在隧道施工中较常出现在洞口几组衬砌，特别是中短隧道开挖贯通后，靠近洞门处的衬砌由于空气对流速度大，空气干燥，阳光直射，较易形成此类裂缝。一般在干热或刮风天气易于出现，裂缝多为中间宽、两端细且长短不一，互不连贯。裂缝产生原因是由于混凝土在塑性状态时，刚开始终凝，而由于天气炎热，阳光直射，刮大风，使混凝土表面水分蒸发过快，混凝土表面产生急剧的体积收缩，此时混凝土尚未有强度，从而致使混凝土表面出现龟裂。
3.2.2沉降收缩裂缝一般多沿主筋通长方向，在混凝土表面出现，常在浇灌后发生，硬化后停止。裂缝产生原因是混凝土浇捣后，骨料颗粒沉落，水泥浆上浮，受到钢筋或埋设件或大骨料的阻挡，而使混凝土互相分离。
3.3温度裂缝
3.3.1环境温度的影响
在隧道中，衬砌混凝土存在干缩与热胀冷缩，而且由于衬砌外侧围岩阻碍了衬砌的自由胀缩，所以在衬砌混凝土内部产生温度应力。这种温度应力的大小与衬砌混凝土的弹性模量、升降温度、围岩对隧道壁的阻力及隧道长度有关，并随着这些因素的增大而增大。而混凝土的抗拉性能较抗压性能差很多，所以往往能承受升温时产生的巨大压应力，而不能承受降温时产生的较大的拉应力。一旦衬砌内部的拉应力超过隧道衬砌混凝土的抗拉强度时，隧道衬砌将发生开裂。这种开裂的发生首先是从隧道的中部开始的。
3.3.2水化热的影响
由于混凝土体积过大，混凝土绝热温度与浇灌温度之差超过一定数值以上而引起的。对大体积混凝土，混凝土在硬化期间放出大量水化热，内部温度上升很快，又不能从表面及时散出而造成内外很大的温差，在混凝土表面引起拉应力。而后期均匀降温冷却时，受到基岩或老混凝土垫层约束，又会在混凝土内部出现拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土产生温度裂缝。这种裂缝多发生在施工后2～3个月或更长时间，多在结构中部出现。裂缝为较深或贯穿性的，破坏结构的整体性。铁路隧道衬砌厚度一般在50cm以上时，就要考虑水化热对混凝土衬的影响。
4 隧道衬砌裂缝的处理方法
4.1掺加纤维是控制混凝土裂缝的一种有效方法。在混凝土拌制时加入短纤维（ 合成纤维或钢纤维）搅拌均匀，按常规方法浇筑成型。由于纤维的存在，可减少混凝土早期坍落收缩；提高混凝土的抗拉强度，减少早期微裂缝的开展；减少混凝土干缩；增加混凝土的密实性，保护结构钢筋，延缓混凝土碳化速度等。
4.2对于表层性裂缝，不影响结构使用的，可待裂缝停止发展后用装饰性沙浆进行找平抹面，也可用添缝剂进行填缝。
4.3对于深入贯通性裂缝，应对裂缝进行发展观测，如围岩较好地段，裂缝属稳定性裂缝，可以免于处理，在表层沿缝隙凿出整齐的沟槽，再用沙浆进行填槽处理。
4.4对于在软弱及其他不良地质地段的裂缝，经过不良时期检验，如雨季等仍然为稳定的，仍需要对裂缝进行分段打孔注浆，视必要采用暗锚杆进行混凝土连接。裂缝处于发展状态的，一般都需进行返工处理，对于处于发展、但裂缝发展趋于收敛的，也要认真对待，因为一旦进入运营状态，重载高速列车及其他荷载的作用都是不容忽視的。
参考文献：
[1] 吕国涛. 铁路隧道混凝土衬砌施工裂缝分类和预防措施[J]. 中国建设信息 ， 2009，（12）