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摘 要 :隧道二次衬砌施工普遍采用整体式钢模板台车、泵送混凝土施工工艺,但隧道工程施工完工后二次衬砌均会有不同程度的纵横裂缝,产生裂缝的原因、二次衬砌裂缝治理措施,是值得广大技术人员探讨和研究的.本文结合多年的工作经验,主要介绍隧道二次衬砌裂缝产生原因和防治措施.

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1.隧道裂缝类型

1.1 干缩裂缝

混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失,使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形,由于受到围岩和模板的约束,变形产生应力,当应力值超过混凝土的抗拉强度时,就会出现干缩裂缝.干缩裂缝多为表面性的,纹理较细小,走向没有规律.影响混凝土干缩裂缝的因素主要有:水泥品种、用量及水灰比,骨料的大小和级配,外加剂品种和掺量.

1.2 温度裂缝

水泥水化过程中产生大量的热量,在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力,当温度应力超过混凝土内外的约束力时就会产生温度裂缝.裂缝宽度冬季较宽,夏季较窄.温度裂

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缝的产生与二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种、用量有关.


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1.3 荷载变形裂缝

地质原因或防水设施处理不当,围岩沉降产生荷载, 仰拱和边墙基础的虚碴未清理干净,混凝土浇筑后,基底产生不均匀沉降,模板台车或堵头板没有固定牢固,以及过早脱模,或脱模时混凝土受到较大的外力撞击等都容易产生变形裂缝.荷载变形裂缝在隧道衬砌混凝土病害中占有的比例逐年增大,已经引起了广大工程技术人员的重视.

1.4 施工缝(接茬缝)

施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间,继续浇筑混凝土时,原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理,或者凿毛后没有用水冲洗干净,也没有铺水泥砂浆垫层,就在原混凝土表面浇筑混凝土,致使新旧混凝土接茬间出现裂缝.

2.裂缝成因分析

2.1受力条件不利因素的影响

隧道衬砌开裂的因素很多.从受力的角度分析,可能有以下几种原因:

(1)拱圈不均匀下沉.隧道仰拱地基不均匀沉降,以及设计依据的围岩类型与实际围岩不符,以致造成衬砌断面不适应受力的需要.

(2)光面爆破不够完善,局部欠挖,衬砌厚度不均匀,以致断面局部应力过大.

(3)隧道偏压,受力不均匀,造成局部开裂.

(4)混凝土强度还未形成,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.隧道衬砌出现裂缝段拆模时砼龄期均≤12h,后经试验类比实测,拆模时砼强度只有1.1MPa,小于《公路隧道施工技术规范》要求的2.5MPa,难以达到砼自身抗拉要求,致使隧道二次衬砌拱部和边墙砼受自重作用而产生水平向的弯拉裂缝.拱顶弯矩比拱脚大,故拱顶裂缝多于拱脚.同时,由于模板的拆除,使得衬砌内侧变成了临空面,衬砌边墙由原来的部分受压结构变成同时承受弯压双重作用结构,最终边墙亦产生了水平裂缝.

(5)施工中上拱超挖太多,灌注的衬砌混凝土与围岩不密贴,加之上部岩土坍落导致上拱混凝土损坏.

2.2混凝土自收缩、温度、选材、配比等因素的影响

随着大流动性混凝土、泵送混凝土广泛的应用,原来易被忽视的“次要因素”逐渐成为导致混凝土衬砌开裂的主要因素.现对这些因素分析如下:

(1)混凝上的收缩危害.混凝上收缩引起混凝土开裂,并导致地下结构渗水.混凝土收缩分为自收缩和干收缩,实验表明:当水灰比<0.35时,混凝土自收缩和干收缩各占一半左右,但水灰比>0.5时,混凝土自收缩作用不明显,其自收缩和干收缩相比可忽略不计.

混凝土干燥收缩大小还与配合比有关:当水泥浆用量大,水灰比较高,砂率比较大,都会使混凝土收缩加大.

(2)温度影响的增加.温度的影响主要分为二部分:一部分是环境温度影响,另一部分是混凝土内水泥水化热引起温度的影响.

(3)选材、配比的影响.在选材时一般考虑以“就地取材、降低成本”的原则,而水泥品种、细度、骨料品种均对混凝上收缩产生较大影响;在配合比方面,为了使混凝土拌合物在流动性提高的同时减少泌水、不分层离析,一般减少粗骨料最大颗粒,增加水泥用量,加大砂率,而未考虑对混凝土收缩的影响,这就在很大程度上加大混凝土衬砌开裂的可能性.

(4)碱—骨料反应的影响.混凝土加水拌和后,水泥中的碱不断溶解,这种碱液与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应,析出胶状的碱一硅胶,从周围介质中吸水膨胀,其体积可增大到三倍,而使混凝土胀裂,其特点是裂缝中有白色沉淀的胶体,呈杂乱的“地图"状.

3.裂缝治理方案

技术人员应对裂缝进行观测,并对混凝土施工质量进行分析,找出产生裂缝的原因;然后根据裂缝的特点选择相应的施工工艺.


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3.1 衬砌混凝土干裂缝治理

首先应分析裂缝的成因,对隧道承载力有影响的裂缝,应对隧道裂缝进行加固处理.对不影响结构受力的裂缝就可以直接对裂缝进行治理,常用的治理方法有三大类:充填法、注浆法和表面覆盖法.采用化学注浆艺方法如下:

(1)清缝:用丙酮或无水酒精清除裂缝表面油污(若表面干净此工序可省略).

(2)贴嘴:沿裂缝表面每隔20~ 50cm粘贴一个注浆嘴,粘结材料可用F—II封省胶.

(3)封缝:对同一裂缝嘴完毕后,可以封缝,封缝材料同粘贴注浆嘴的材料.

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(4)试压:把丙酮加入注浆嘴中,压力为0.3~0.5MPa,观察封缝是否严密,相邻注浆嘴是否连通.如果贯通,相邻注浆嘴会有丙酮被压出.

(5)注浆:将按要求配制的注浆液倒人注浆机中,加压至所需压力,连接注浆嘴,打开注浆阀门,浆液即进入混凝土缝中,待临近注浆嘴出浆,立即连通第二个注浆嘴.按上述方法依次连通其余注浆嘴,这样完成第一个循环过程.

3.2 对隧道承载力有影晌的裂缝

对隧道承载力有影响的裂缝.根据裂缝情况进行喷钢纤维砼、中空锚杆注浆、锚网喷砼、嵌人钢拱架等进行处理.

4.结论

混凝土产生裂缝是不可避免的,但其有害程度是可以有效控制的,裂缝的控制与防治应从以下方面进行.

(1)隧道衬砌裂缝及渗漏的预防应从结构、材料、施工工艺三方面综合考虑.

(2)隧道衬砌裂缝及渗漏治理之前,应分析查明病害原因,对承载力影响不大的裂缝应采用压浆法治理,渗水治理应根据渗水部位采用堵排结合方法.

参考文献:

[1]公路隧道施工技术规范JTG F60-2009

[2]关宝树.隧道工程维修管理要点[M].北京:人民交通出版社,2004

[3]朱长春.公路隧道衬砌裂缝病害治理技术[J].岩土工程界,2004,7(967-68)

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