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摘要：本文主要分析了输水隧洞裂缝的形式以及形成原因，综合阐述了裂缝调查与观测方法，探讨了裂缝处理的各种技术方法。
关键词：裂缝处理；输水隧洞
在深圳城市供水管网工程中，输水隧洞是一种较为有效的输水形式。输水隧洞的优势在于输水能力强、施工对外部环境影响小、工程造价合理等特点，因而在深圳城市供水管网中获得广泛应用。然而隧洞也存在一些缺陷与不足，维护检修也较为麻烦、不便。在隧洞各种缺陷中，裂缝是最为常见的形式。裂缝可能引起渗漏，减少输水量；混凝土二衬出现裂缝将会使其结构整体性与耐久性受到损害，进而影响隧洞使用寿命，因此裂缝问题应引起足够的重视。本文就输水隧洞裂缝产生的原因和处理方法进行了相关分析。
1 输水隧洞裂缝形式与形成原因
1.1 裂缝形式
对于钢筋混凝土衬砌的输水隧洞，根据形成原因可将裂缝分为温度裂缝、干缩裂缝、超载裂缝、钢筋锈蚀裂缝、碱骨料反应裂缝、地基不均匀沉陷裂缝等形式[1]。按照渗漏特征，隧洞裂缝又可分为股状渗水裂缝、线状渗水裂缝和点状渗水裂缝。以裂缝开度变化，还可分为活缝、死缝和增长缝。所谓活缝是指裂缝宽度随环境条件与荷载条件的变化而变动，但死缝一旦形成则不受这些条件的影响，增长缝随时间而变长或变宽。依照分布特点，裂缝也可分为沿隧洞纵向分布的长度裂缝（水平裂缝）、沿断面分布的环向裂缝（垂直裂缝）和斜裂缝。按深度，裂缝还可分为表层裂缝、深层裂缝以及贯穿裂缝。
1.2 形成原因
1.2.1 温度裂缝
顾名思义，温度裂缝是由于温度变化引起的裂缝，一般出现在混凝土衬砌施工期和运行期。施工前，隧洞内部温度较低，混凝土浇筑后由于水化热积聚，而混凝土本身导热性较差，内部温度远较表面高，由此产生的温度应力超过了材料强度极限就形成了裂缝。混凝土浇筑3～7d产生的水化热较多，这个时候最易产生裂缝。
1.2.2 施工裂缝
施工裂缝是指由于施工措施不到位引起的裂缝。例如混凝土衬砌浇筑时顶拱部位入仓、振捣比较困难，仓与仓之间衔接处也不易振捣密实或容易漏振，这些部位的浇筑质量比较差，就成为容易出现裂缝的薄弱环节。再如受工期紧张、成洞条件差影响，浇筑、养护做不到位，导致混凝土强度较低，再加上锚固支护不当，围岩应力没有很好地控制也导致混凝土裂缝出现。类似的原因比较多，可能各工程有所不同，但都与施工组织控制不完善有关。
1.2.3 变形裂缝
由于隧洞地质、水文条件复杂，而设计、施工中未能很好掌控，那么也会出现难以预料的裂缝。例如隧道线路上存在构造断裂带、软弱带，而隧道与岩层层面夹角偏小，施工中不仅容易出现塌方等严重事故，成洞后裂缝现象也会很突出。这与勘察设计不充分、施工时缺乏对复杂情况变化的合理应对等原因也有着密切关系。
2 输水隧洞裂缝的处理方法
2.1 裂缝的调查和观测
对于隧洞裂缝，应通过调查和观测取得第一手资料后再制定有针对性的处理措施。隧洞入水前或抽排掉水后，可以入洞检查，观察裂缝部位，判断裂缝类型。表面可见裂缝的长度、宽度可以采用尺量或专用测缝仪器进行检测。对于混凝土结构内部缺陷，应采用探地雷达和红外热像仪器进行检测。探地雷达可以分辨介电常数差异较大的界面，通过连续脉冲扫描，得到隧洞全断面雷达图像。隧洞运行期间可通过漏水量变化发现渗漏裂缝的存在。
2.2 裂缝处理的常用方法
2.2.1 表面处理
对表层非贯穿裂缝可以采用表面封闭处理的方法，直接在裂缝区域批抹水泥砂浆、聚合物水泥砂浆、环氧胶泥或涂刷沥青防水、防腐厚漆等。对有一定宽度的裂缝，可沿裂缝中线开槽，开槽深度应超过裂缝深度1～2cm，界面清洗干净后压嵌聚合物水泥砂浆，再在表面粘贴玻纤布进行加强。而对于贯穿裂缝，这种方法不一定有效，特别是存在泌钙现象时更是治标不治本，应采用化学灌浆方法处理。
2.2.2 灌浆处理
（1） 回填灌浆。当衬砌完成后在衬砌与岩体之间仍会存在空洞，彼此之间的空洞有可能连通形成渗水通道和孔隙，此类型渗水可采用回填灌浆封堵渗漏通道。回填灌浆的方法是在衬砌表面以一定间距，钻透衬砌进入围岩内部，然后灌入一定压力的水泥浆或水泥砂浆。其中注浆压力应根据设计取值范围通过试验确定参数，对于孔隙大的部位兼顾经济因素可采用水泥砂浆作为注浆材料。同时在灌浆过程中，应加强二衬混凝土变形的监测，防止意外发生。
（2） 固结灌浆。固结灌浆是为了提高围岩的承载力，使隧洞周围的围岩结成整体。当围岩破碎严重且衬砌厚度也不满足要求时，固结灌浆是较为有效的方法。固结灌浆方法与回填灌浆相似，又有所区别。固结灌浆的钻孔深度一般更深（要深入基岩），灌浆压力更大。东涌水库隧洞三标出口段曾因漏水而采取固结灌浆常规做法：环向间距0.94m，纵向间距1m，钻孔深度3m，孔径 42mm，灌浆压力为1.5MPa，最终解决了漏水问题。
（3） 化学灌浆。化学灌浆是采用化学材料进行灌浆。化学灌浆材料目前工程上使用最多的为环氧树脂、聚氨酯、水玻璃等。如对于泌钙较严重的即可沿裂缝两侧钻孔，孔以斜45°角向钻入，孔距0.3～0.5m，孔深11cm，孔径 25mm，并以0.5～0.6MPa的压力灌入环氧树脂。水性聚氨酯也是一种常用的灌浆材料，其固结体遇水膨胀的特性使其具有较好的止水效果，特别适合变形缝止漏。聚氨酯灌浆后再在其表面刮涂聚脲材料，并埋置一层胎基布，具有良好的封闭止水效果。
2.2.3 结构加固
当裂缝危及衬砌混凝土结构性能时，常采用结构加固方法进行处理，例如增大混凝土截面积、内嵌套拱、增加支撑点、构件角部外包型钢、预应力加固、喷射混凝土加强等。隧洞出口存在较多纵向和环向裂缝，采用内嵌套拱结合横向支撑的方法，经过长时间监测表明加固效果显著。但多年后再观察也存在内嵌套拱和横向支撑锈蚀，并且会对过流产生影响，因此结构加固方法存在局限性，选用加固方案时应综合考虑再加以选择。
2.2.4 其他方法
裂缝处理还有其他一些方法可供选用。例如置换混凝土，先将损坏的混凝土剔除，再以新混凝土（普通混凝土或聚合物混凝土）进行置换。再如仿生愈合法，在混凝土加入具有“自愈”功能的组分，当混凝土中出现裂缝时这种组分释放出液芯纤维，能够让裂缝自动愈合。对于裂缝可能加速钢筋锈蚀，也可采用阴极保护等电化学方法保证长期的防腐效果。
3 结语
裂缝对于输水隧洞可能是很严重的问题，如一些裂缝降低承载力，危及结构安全，也可能只是一些危害不大的微裂纹，因此应通过加强监测掌握裂缝发展变化的规律，对影响严重的裂缝制定处理方案，积极有效地解决问题，以消除隐患，确保隧洞安全、稳定地运行。
参考文献：
[1] 史洁，曹小武. 水工输水隧洞衬砌结构裂缝成因及温度应力敏感性分析研究[J]. 中国农村水利水电，2012，（7）：118-121.
[2] 吴穹，曹小武. 东江水源工程输水隧洞裂缝处理分析[J]. 人民珠江，2013， （4）：56-60.
关键词：裂缝处理；输水隧洞
在深圳城市供水管网工程中，输水隧洞是一种较为有效的输水形式。输水隧洞的优势在于输水能力强、施工对外部环境影响小、工程造价合理等特点，因而在深圳城市供水管网中获得广泛应用。然而隧洞也存在一些缺陷与不足，维护检修也较为麻烦、不便。在隧洞各种缺陷中，裂缝是最为常见的形式。裂缝可能引起渗漏，减少输水量；混凝土二衬出现裂缝将会使其结构整体性与耐久性受到损害，进而影响隧洞使用寿命，因此裂缝问题应引起足够的重视。本文就输水隧洞裂缝产生的原因和处理方法进行了相关分析。
1 输水隧洞裂缝形式与形成原因
1.1 裂缝形式
对于钢筋混凝土衬砌的输水隧洞，根据形成原因可将裂缝分为温度裂缝、干缩裂缝、超载裂缝、钢筋锈蚀裂缝、碱骨料反应裂缝、地基不均匀沉陷裂缝等形式[1]。按照渗漏特征，隧洞裂缝又可分为股状渗水裂缝、线状渗水裂缝和点状渗水裂缝。以裂缝开度变化，还可分为活缝、死缝和增长缝。所谓活缝是指裂缝宽度随环境条件与荷载条件的变化而变动，但死缝一旦形成则不受这些条件的影响，增长缝随时间而变长或变宽。依照分布特点，裂缝也可分为沿隧洞纵向分布的长度裂缝（水平裂缝）、沿断面分布的环向裂缝（垂直裂缝）和斜裂缝。按深度，裂缝还可分为表层裂缝、深层裂缝以及贯穿裂缝。
1.2 形成原因
1.2.1 温度裂缝
顾名思义，温度裂缝是由于温度变化引起的裂缝，一般出现在混凝土衬砌施工期和运行期。施工前，隧洞内部温度较低，混凝土浇筑后由于水化热积聚，而混凝土本身导热性较差，内部温度远较表面高，由此产生的温度应力超过了材料强度极限就形成了裂缝。混凝土浇筑3～7d产生的水化热较多，这个时候最易产生裂缝。
1.2.2 施工裂缝
施工裂缝是指由于施工措施不到位引起的裂缝。例如混凝土衬砌浇筑时顶拱部位入仓、振捣比较困难，仓与仓之间衔接处也不易振捣密实或容易漏振，这些部位的浇筑质量比较差，就成为容易出现裂缝的薄弱环节。再如受工期紧张、成洞条件差影响，浇筑、养护做不到位，导致混凝土强度较低，再加上锚固支护不当，围岩应力没有很好地控制也导致混凝土裂缝出现。类似的原因比较多，可能各工程有所不同，但都与施工组织控制不完善有关。
1.2.3 变形裂缝
由于隧洞地质、水文条件复杂，而设计、施工中未能很好掌控，那么也会出现难以预料的裂缝。例如隧道线路上存在构造断裂带、软弱带，而隧道与岩层层面夹角偏小，施工中不仅容易出现塌方等严重事故，成洞后裂缝现象也会很突出。这与勘察设计不充分、施工时缺乏对复杂情况变化的合理应对等原因也有着密切关系。
2 输水隧洞裂缝的处理方法
2.1 裂缝的调查和观测
对于隧洞裂缝，应通过调查和观测取得第一手资料后再制定有针对性的处理措施。隧洞入水前或抽排掉水后，可以入洞检查，观察裂缝部位，判断裂缝类型。表面可见裂缝的长度、宽度可以采用尺量或专用测缝仪器进行检测。对于混凝土结构内部缺陷，应采用探地雷达和红外热像仪器进行检测。探地雷达可以分辨介电常数差异较大的界面，通过连续脉冲扫描，得到隧洞全断面雷达图像。隧洞运行期间可通过漏水量变化发现渗漏裂缝的存在。
2.2 裂缝处理的常用方法
2.2.1 表面处理
对表层非贯穿裂缝可以采用表面封闭处理的方法，直接在裂缝区域批抹水泥砂浆、聚合物水泥砂浆、环氧胶泥或涂刷沥青防水、防腐厚漆等。对有一定宽度的裂缝，可沿裂缝中线开槽，开槽深度应超过裂缝深度1～2cm，界面清洗干净后压嵌聚合物水泥砂浆，再在表面粘贴玻纤布进行加强。而对于贯穿裂缝，这种方法不一定有效，特别是存在泌钙现象时更是治标不治本，应采用化学灌浆方法处理。
2.2.2 灌浆处理
（1） 回填灌浆。当衬砌完成后在衬砌与岩体之间仍会存在空洞，彼此之间的空洞有可能连通形成渗水通道和孔隙，此类型渗水可采用回填灌浆封堵渗漏通道。回填灌浆的方法是在衬砌表面以一定间距，钻透衬砌进入围岩内部，然后灌入一定压力的水泥浆或水泥砂浆。其中注浆压力应根据设计取值范围通过试验确定参数，对于孔隙大的部位兼顾经济因素可采用水泥砂浆作为注浆材料。同时在灌浆过程中，应加强二衬混凝土变形的监测，防止意外发生。
（2） 固结灌浆。固结灌浆是为了提高围岩的承载力，使隧洞周围的围岩结成整体。当围岩破碎严重且衬砌厚度也不满足要求时，固结灌浆是较为有效的方法。固结灌浆方法与回填灌浆相似，又有所区别。固结灌浆的钻孔深度一般更深（要深入基岩），灌浆压力更大。东涌水库隧洞三标出口段曾因漏水而采取固结灌浆常规做法：环向间距0.94m，纵向间距1m，钻孔深度3m，孔径 42mm，灌浆压力为1.5MPa，最终解决了漏水问题。
（3） 化学灌浆。化学灌浆是采用化学材料进行灌浆。化学灌浆材料目前工程上使用最多的为环氧树脂、聚氨酯、水玻璃等。如对于泌钙较严重的即可沿裂缝两侧钻孔，孔以斜45°角向钻入，孔距0.3～0.5m，孔深11cm，孔径 25mm，并以0.5～0.6MPa的压力灌入环氧树脂。水性聚氨酯也是一种常用的灌浆材料，其固结体遇水膨胀的特性使其具有较好的止水效果，特别适合变形缝止漏。聚氨酯灌浆后再在其表面刮涂聚脲材料，并埋置一层胎基布，具有良好的封闭止水效果。
2.2.3 结构加固
当裂缝危及衬砌混凝土结构性能时，常采用结构加固方法进行处理，例如增大混凝土截面积、内嵌套拱、增加支撑点、构件角部外包型钢、预应力加固、喷射混凝土加强等。隧洞出口存在较多纵向和环向裂缝，采用内嵌套拱结合横向支撑的方法，经过长时间监测表明加固效果显著。但多年后再观察也存在内嵌套拱和横向支撑锈蚀，并且会对过流产生影响，因此结构加固方法存在局限性，选用加固方案时应综合考虑再加以选择。
2.2.4 其他方法
裂缝处理还有其他一些方法可供选用。例如置换混凝土，先将损坏的混凝土剔除，再以新混凝土（普通混凝土或聚合物混凝土）进行置换。再如仿生愈合法，在混凝土加入具有“自愈”功能的组分，当混凝土中出现裂缝时这种组分释放出液芯纤维，能够让裂缝自动愈合。对于裂缝可能加速钢筋锈蚀，也可采用阴极保护等电化学方法保证长期的防腐效果。
3 结语
裂缝对于输水隧洞可能是很严重的问题，如一些裂缝降低承载力，危及结构安全，也可能只是一些危害不大的微裂纹，因此应通过加强监测掌握裂缝发展变化的规律，对影响严重的裂缝制定处理方案，积极有效地解决问题，以消除隐患，确保隧洞安全、稳定地运行。
参考文献：
[1] 史洁，曹小武. 水工输水隧洞衬砌结构裂缝成因及温度应力敏感性分析研究[J]. 中国农村水利水电，2012，（7）：118-121.
[2] 吴穹，曹小武. 东江水源工程输水隧洞裂缝处理分析[J]. 人民珠江，2013， （4）：56-60.