試析隧道混凝土襯砌裂縫的成因及處理

孟渭存

【摘 要】隨著我國經濟發展水平的不斷提高，隧道工程得到了快速發展與進步，在隧道工程中，混凝土襯砌裂縫是非常常見的質量通病，會對后期的施工和運營造成安全隱患。本文將對隧道混凝土襯砌裂縫進行了分類并對裂縫出現的原因進行分析，針對裂縫出現的原因和分類提出合理的處理對策，希望為隧道工程類似問題提供借鑒。

【關鍵詞】混凝土襯砌裂縫 隧道施工 修補工藝探究

近年來，隨著橋梁道路施工建設水平的提高以及施工工藝的進步，越來越重視各種質量問題的控制，隧道工程所占的比例較大，并且作為一項基礎施工，對質量有著更為嚴格的要求，在建設與運營當中，經常存在襯砌裂縫，這已經成為一項質量通病，嚴重威脅到行車安全以及施工的穩定性。由此，加強對隧道裂縫產生的原因分析，并提出合理的解決對策尤為重要。

1 隧道混凝土襯砌裂縫產生的原因以及類型

1.1 裂縫類型

隧道施工中混凝土是必不可少的施工材料，但在應用中受各種因素的影響會出現裂縫。通常，可以將隧道襯砌裂縫分為如下幾種：縱向裂縫、內環向裂縫以及斜向的裂縫等。其中，危險性最大的是縱向裂縫，一旦出現縱向裂縫將容易造成墻面的坍塌或者掉拱等，并沿著縱向的裂縫進行加深，危及到整個隧道的穩定性，受力性質為：壓裂、張拉、拉裂等；出現剪裂時會出現掉塊，剪裂通常會與隧道斷面呈一個30°斜角，按照襯砌裂縫產生的規律可以將其分為早期的溫度裂縫、干縮裂縫以及外力荷載裂縫等。施工中的很多因素都會出現這些裂縫，對正常施工帶來阻礙，下面就對隧道混凝土襯砌裂縫產生的原因進行分析[1]。

1.2 隧道裂縫產生的原因

溫度應力裂縫。溫度裂縫是最為常見的，在施工的過程中，水泥與水結合后產生的水化熱會使其溫度升高，導致混凝土內部與表面產生溫度差，如果內外溫差超過25℃，在溫度應力的作用下就會出現裂縫?；炷帘砻鏈囟扰c空氣溫度差超過15℃也會產生溫度應力，也會產生裂縫。

干縮裂縫。在進行二次襯砌過程中，混凝土凝結硬化，在變硬過程中水分會急劇蒸發，引起失水收縮，此時骨料和水泥之間產生不均勻的伸縮變形。整體鋼模與外圍巖石約束的影響下，還會出現徐變應力，如果此時的應力值比混凝土的抗拉強度高，將出現明顯的裂縫規律，主要影響因素包括砂石粗細程度、級配效果以及水灰比、外加劑的使用等[2]。

特殊地質環境情況下，還會產生其他類型的裂縫，很多時候因為地質勘察不清楚或者設計方案不合理，都會出現裂縫。隧道受外圍巖土松動壓力影響較大時，大面積變形巖體的擠壓，將促使隧道出現不勻稱的受力效果，產生高地應力，致使外圍的巖石不斷膨脹，隧道受力也隨之狀態改變，會出現應力集中使隧道結構變形或者扭曲、隆起、侵蝕等情況，影響到施工的整體質量。

地下水作用也不可忽視，主要就是因為滲流以及侵蝕作用下使混凝土強度降低，厚度減??；隧道很多時候需要穿越復雜的地理區域，同時，降雨或者排水都可能引起隧道周圍的水壓出現變化，從而產生襯砌裂縫[3]。

施工縫。二次襯砌混凝土施工中，機械故障或者停電等行為使混凝土澆筑終止，或者澆筑時間超出了最佳的凝結時間，不能進行及時的連續作業，由此產生裂縫；二次襯砌前不能對仰拱進行鑿毛處理，如果直接在原有的混凝土上襯砌，容易在新舊混凝土接茬處出現裂縫。

2 隧道混凝土襯砌裂縫的修補方法

2.1 直接涂抹法

對于不同的裂縫需要結合具體的施工情況與施工工藝使用不同的修補方法，一般寬度在0.2～0.4mm之間的小裂縫可以使用最簡單的直接修補法，因為沒有明顯的變形與滑移或者滲水情況，結構承載力作用不是很大，更不會影響到結構安全。對此，出于外觀考慮，可以先對裂縫表面進行清洗，保持面部的整潔，然后在裂縫處涂抹膩子，反復涂幾遍，然后刮抹料并進行顏色調和，使混凝土表面的顏色與襯砌混凝土顏色基本一致。

2.2 埋管注漿法

埋管注漿法適合應用在裂縫寬度為0.4～0.8mm的裂縫修補上，這種裂縫多是貫通性裂縫，同時，危害也是非常大的，必須結合施工內外部環境選擇適合的修補方法，加強修補。沿著裂縫刻一個溝槽，每間隔30cm對溝槽進行鉆孔，先鉆一次，深度控制在襯砌厚度的1/2～2/3，且不小于13cm。鉆孔完成以后要在孔內安裝一個壓漿管道，直徑控制在15mm左右，固定使用材料為環氧樹脂砂漿，抹實使用灰刀砂漿，反復幾次，直到表面抹平變得均勻。環氧樹脂砂漿需要控制好配比，通常按照如下比例進行配比，環氧樹脂：水泥砂漿：細砂：二丁醇，按照1：1.5：3.0：0.2的比例配比。需要注意的是，環氧樹脂砂漿強度必須控制在0.12～0.4MPa左右，在達到這一標準時向水泥中添加適量的水泥玻璃漿液與環氧樹脂漿液，充分對其配比并攪拌均勻，完成壓漿以后對配比效果進行試驗，如果試驗合格才能進行裂縫修補，用刮抹涂料的方法對調色料優化處理[4]。如圖1所示。

2.3 修補密集裂縫

在對密集裂縫修補過程中，適合應用在襯砌混凝土的背后空洞狀態或者襯砌厚度不夠引起的密集型裂縫中，將間距控制為2m，在此處周圍交叉方式進行布點，將其鑿成一個方形槽，大小規格控制為12cm×10cm左右，深度控制位6cm左右，再向其中打進去一個注漿錨桿，注意不能讓錨桿接觸到襯背側的防水層，防止出現滲水，在向其中灌注漿時，按照如下比例進行注漿配比；灰砂：水泥砂漿，即，1：2，水泥砂漿：灰砂，即1：3，具體修補過程中，需要將注漿的壓力控制在0.4～0.76MPa左右，完成了注漿以后，如果達到了規定壓力標準，但是砂漿壓實不夠時，則表示已經達到限度，可以在注漿過程中應用環氧樹脂砂漿，將其作為抹平的主要材料，最后使用刮抹方法調和料。

2.4 粘貼碳纖維布

為了使隧道襯砌更加牢固，減少出現裂縫，可以在完成裂縫注漿以后在表面黏貼一層寬的碳纖維布；將襯砌表面的防火涂料去除，留出適當的寬度，將混凝土結構露出，整平表面，按照設計要求灌縫或者對裂縫進行封堵，然后將碳纖維黏貼膠涂抹上，最后粘貼碳纖維布。黏貼碳纖維布的方法比較適合荷載較小的裂縫，如果裂縫的面積較大，則不適合使用這種方法，會增加修補的成本。

3 加強混凝土質量的建議

為了減少在施工中產生襯砌裂縫等問題，造成不必要的麻煩，需要在施工前就做好地質勘察，收集詳盡的地質工程資料以及水文資料等，了解隧道斷面的強度、斷面形式、襯砌的厚度以及配筋的形式、裂縫位置、設計參數等。

（1）合理劃分襯砌施工長度，提高混凝土臺車加工、安裝質量，定期檢查混凝土臺車及攪拌機器，保證其能正常的運行。

（2）把好材料關，加強對混凝土的拌和，并在澆筑中加強監督管理，安排技術人員在攪拌的過程中，嚴格按照設計標準與施工規范配比材料，保證混凝土的配比比例符合施工的標準。同時，在攪拌的過程中嚴格控制混凝土內外的溫度差，從根本上保證混凝土的強度。

（3）控制好二襯施作的時間，加強監控量測，二襯盡可能在在圍巖與初期支護變形穩定以后進行，如果圍巖穩定性不夠，則要提前進行二次襯砌，加固初期支護，使結構穩定性增強。

（4）加強對外部應力的預控，及時做好應急方案。比如，高地應力、膨脹土造成的隆起、黃土隧道地基承載力不足出現的不均勻沉降等。提前做好相應的加強處理措施，以防止外部應力對襯砌的破壞。

4 結語

隧道施工面臨的內外部影響因素較多，混凝土襯砌裂縫是非常常見的質量通病，也讓施工單位備受困擾，為此，要想使隧道穩定性與安全性增強，減少裂縫，最重要的就是明確混凝土襯砌裂縫產生的原因，實施可靠、合理的修補方法，進而將隧道施工質量提高。

參考文獻：

[1]張帥.隧道混凝土襯砌裂縫成因分析及擴展規律研究[J].建筑工程技術與設計，2015（10）：957-957.

[2]王曉明，劉斌.隧道混凝土結構病害成因分析及其健康診斷研究[J].混凝土，2010（7）：89-91.

[3]戴成元，韓汀.隧道混凝土襯砌裂縫成因分析及擴展規律研究[J].巖土工程界，2010，8（12）：71-73.

[4]卞康，肖明.水工隧洞襯砌水壓致裂過程的滲流-損傷-應力耦合分析[J].巖石力學與工程學報，2010，29（z2）：3769-3776.