第ｌ４卷第１期 ２０１５年３月 石家庄铁路职业技术学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＩＪＩＡＺＨＵＡＮＧ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＲＡＩＬＷＡＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶＯＬ．１４ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２ ０ Ｉ ５ 隧道二衬混凝土裂缝产生原因及防治措施 赵志多 （中铁十九局集团有限公司第二工程公司 辽阳 １ １ １０００） 摘要：随着交通工程建设的不断发展，隧道工程的修建也越来越多，在隧道修建的过程中由于 设计和施工不合理，导致混凝土裂缝问题的出现。将对隧道二次衬砌混凝土裂缝问题进行分析，总 结出产生裂缝的原因，旨在探讨出有效的防止措施，减少裂缝问题的出现，提高隧道结构的安全性 和耐久性。 关键词：隧道 二次衬砌 混凝土 裂缝 防治措施 中国分类号：Ｕ４５８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３．１８１６（２０１５）０１．００５９—０４ １ 引言 隧道工程的修建为我国交通领域的发展进步做出了巨大贡献，但在隧道工程的修建过程中存在 着一定的弊端因素，影响了隧道工程的顺利修建以及安全保障的欠缺。修建隧道二次衬砌结构是工 程结构进一步完善的过程，二次衬砌的主要材料是模注混凝土。在施工中，选用原材料不合格或施 工工艺不完善，均会引起二衬混凝土出现裂缝，不仅影响结构外观造，还造成二衬结构耐久性不足， 埋下了一定的安全隐患。 目前，隧道二衬混凝土施工中存在诸多问题，原材料选用不够严格，难以满足高性能混凝土的 要求；振捣工艺不完善，在浇筑的工程中为了提高流动性，直接在混凝土中加水，混凝土的性能直 线下降；浇筑后二衬混凝土拆模时间短，往往不足２４小时就拆模，当模板拆卸之后，在外力和自重 作用下，造成二衬混凝土内部损伤表面开裂；拆模后的二衬混凝土也没进行足够的养护，多数情况 下均不做专门养护， 混凝土易产生干缩 裂缝，混凝土的性能 得不到有效发挥。 以上施工问题 均会引起二衬混凝 土出现裂缝，这些裂 缝存在的范围较大， 在拱顶和边墙的裂 缝较为密集，裂缝出 图１二次衬砌的弯矩图 现的方向大多为水平方向，呈无序状态分布 ¨。另外，在拱脚处也存在裂缝问题，但较之拱顶和边 收稿日期：２０１４—１１－１７ 作者简介：赵志多（１９８０一），女，汉，辽宁灯塔人，助理工程师，研究方向土木工程施工。 ５９ 石家庄铁路职业技术学院学报 ２０１５年第１期 墙相比较少，裂缝方向除了呈水平方向还存在斜裂和竖向裂缝。 在隧道二次衬砌的施工中，选择合理的施工时间，并根据实际情况进行模注混凝土，确保受力 结构处在最佳状态时进行衬砌浇筑。 ２二衬混凝土裂缝产生原因 ２．１受力不均匀造成裂缝 目前二次衬砌混凝土裂缝出现的原因一部分是由于受力问题造成的。由于二次衬砌断面弯矩的 改变造成受力不均见图ｌ，混凝土出现裂缝。在隧道二次衬砌施工过程中，保证衬砌断面受力均匀 是减少裂缝的基本要求。 在模注混凝土过早拆模时，未严格考虑混凝体强度的问题，导致混凝土受力时间过早，原有的 受力大小对混凝土造成一定压力，导致裂缝的出现。另外，施工中爆破环节的不合理，出现局部欠 挖，造成衬砌厚度的不匀称，导致局部的受力情况较大，出现混凝土裂缝。【２ ２．２混凝土收缩造成裂缝 混凝土的收缩是造成隧道二次衬砌混凝土裂缝的重要原因。混凝土收缩时产生的拉应力超过混 凝土的抗拉强度时，会造成结构表面开裂，直接影响混凝土结构抗渗能力，在地下水的作用下二衬 发生渗漏水，进而会引起其它病害。 在停止混凝土的养护之后，混凝土内部的毛细孔不再存在可收缩性，这种不可逆收缩直接造成 混凝土干燥，混凝土干燥的有效降低才能减少混凝土开裂【３】。混凝土收缩干燥，使内部毛细管的负 压增大，造成内部毛细管壁的应压力，应压力作用下，导致混凝土裂缝的出现。在进行混凝土浇筑 的过程中，混凝土的流动性和含水量都处于一个较高的状态，但在浇筑的过程中极易出现水分流失 的情况，水分的蒸发以及没有合理的养护，造成毛细管负压的增加，混凝土的强度降低。 另外，混凝土的收缩还和混凝土的配制有关，由于混凝土配制过程中水灰比较高，或者水泥浆 较多，都会增加混凝土的收缩性，导致混凝土裂缝的出现。 ２．３环境温度引起混凝土裂缝 在隧道二次衬砌施工的过程中，环境温度对混凝土浇筑会产生一定的影响，这个影响主要分为 外部环境温度的变化影响和内部水泥水化热引起的温度变化。例如在气温较高的夏季，隧道二次衬 砌环境温度较高，施工中会根据温度的升高而改变混凝土自身的收缩性；在冬季施工中，由于施工 外部环境温度较低，混凝土的冷收缩达到最大，使得在浇筑中的收缩能力发生第二次改变，而引起 混凝土的开裂问题。混凝土内部的水泥水热化影响主要体现在混凝土的水泥配比较高，由于在高流 动性的施工作业中，往往认为高强度的混凝土施工则需要高密度的水泥配比，高密度的水泥使用会 造成混凝土内部的水热化现象提高，造成内部散热现象较集中，造成混凝土表面裂缝的出现。在隧 道二次衬砌中，对混凝土的要求标准较高，由于工程建筑的需求量大，不免出现竞争力较高的高强 度混凝土市场竞争，造成混凝土内部水热化程度高，对衬砌造成重要影响【４ｊ。 ２．４重力荷载造成混凝土裂缝 隧道二次衬砌中，会出现不同程度的荷载情况，由于荷载的压力作用于构件的不同部位上，产 生的压力也有所不同，构件的有些部位在均布荷载或集中荷载的作用下产生内弯矩，当拉应力超过 了混凝土的抗拉强度时，即出现垂直于构件轴线的裂缝；构件的有些部位在荷载作用下产生较大的 剪应力时，在与轴线成４５。夹角方向上主拉应力值最大，容易产生斜向裂缝，并向上下延伸。 ３隧道二衬混凝土裂缝的防治措施 第１期 赵志多 隧道二衬混凝土裂缝产生原因及防治措施 为有效防治隧道二衬混凝土裂缝问题，要针对混凝土裂缝产生的原因实施相应的措施，具体措 施的施行要从设计角度和施工角度两方面进行。 ３．１完善设计减少二次衬砌混凝土裂缝 在隧道二次衬砌施工前，要做好设计工作，对施工的实际情况进行有效勘查，结合实地情况进 行二次衬砌参数的设置，保证数据的精准性才能保证施工顺利【 。例如在隧道二次衬砌施工中对受 力情况的分析，要保证参数的准确，以提高混凝土施工受力的强度。同时，在设计环节中要对隧道 二次衬砌施工现场的具体情况进行实时掌握，根据施工的需要而进行设计的变更。例如由于某地区 的地质情况的差异性，含水量较高的情况下要改变原有的设计方案，调整使用材料，改用厚度较高 的防水卷材，保证防水系统的完善能够有效避免裂缝问题的出现。 根据实际情况计算施工成本预算，当条件允许的情况下，可以在隧道二次衬砌中使用刚度较强 且抗压性能较高的纤维混凝土，从根源上减少裂缝几率的产生。 ３．２加强施工提高混凝土的性能 为有效防治隧道二次衬砌混凝土裂缝问题，在施工环节进行科学管理、合理控制十分重要。施 工中要对以下几个方面进行控制： （１）调节受力情况，减少混凝土裂缝出现几率。调整受力情况要对施工工艺进行改进，提高隧 道开挖的光面爆破效果，同时改进爆破工艺，控制炸药量，以减少开挖爆破时炸药对围岩的扰动， 从而降低外部应力对二次衬砌的影响【６】。另外，要注意隧道深埋过程中受力情况的变化，要考虑到 坑道上覆土体下滑的阻力影响，图２是浅埋隧道受力计算简图。 Ｂ Ｂ Ｆ Ｂ Ａ’ ＾ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌｌ…ｉ ｉｌ ｉ Ｊ ｌ ｌ １ 丽… ７ Ｈ Ｗ Ｇ ＼ ｛ Ｄ ’ 、． ｐ Ｂｒ ｃ 图２隧道受力计算简图 以浅埋隧道为例，围岩压力计算公式为： 口 一 ｔａｎ口） 式中 ，，——围岩重度，ｋＮ／ｍ ； Ｈ＿一隧道覆盖层厚度，ｍ； 坑道高度，ｍ。 侧压力系数，其值为： ： Ｂ广＿坑道宽度，ｍ； ，————二 Ｌ ｔａｎ ｐ［１＋ｔａｎ ｐ（ｔａｎ 一ｔａｎ ）＋ｔａｎ ｔａｎ 】 ｔａｎ ｔａｎ √ 石家庄铁路职业技术学院学报 ２０１５年第１期 其中 ——顶板土柱两侧土体的摩擦角； ——围岩计算摩擦角； 产生最大推力的破裂角。 ——作用在支护结构两侧的水平侧压力为： ｅ ＝ ｅ２＝ ’ 其中Ｈ’： ＋ 。 通过计算得出滑面的阻力，进行受力的分析，压力值较大将会导致裂缝问题的发生，因此要严 格控制隧道深埋中的侧压力系数，以保证受力均匀。 （２）科学配制混凝土，减少混凝土收缩徐变。在混凝土原材料选择的过程中，要严格按照隧道 二次衬砌标准进行选购，以保证混凝土内部水热化合理。在配比的过程中也要严格控制各原料的量， 降低混凝土的收缩性，减少二次衬砌裂缝的出现。 （３）提高混凝土的浇筑质量，减少混凝土裂缝。混凝土在运输和泵送过程中严禁加水；适当放 慢灌注速度，先两侧边墙对称分层灌注，后灌注拱部混凝土；混凝土灌注过程中必须加强振捣，提 高混凝土的密实度和均质性，减少内部细微裂缝及和气孔，提高抗裂性。 （４）及时对二次衬砌混凝土进行洒水（雾化水）养护。混凝土拆模时的强度必须符合设计或规 范要求，严禁未经试验人员同意提前拆模，拆模时不得损伤混凝土；强化混凝土洒水养护管理，建 议使用喷涂混凝土养护液的方法进行养护。 ４结语 隧道二次衬砌混凝土裂缝是影响隧道结构耐久性重要因素之一，不仅影响隧道二衬外观，还埋 下安全隐患。在二次衬砌中出现混凝土裂缝的原因较多，大致受力情况、混凝土情况以及荷载影响， 施工部门要进行有效的勘测和调查，以实施有效的措施进行解决。 参考文献： ［１】蔡周春．ＦＢＧ传感器在公路隧道二次衬砌和围岩压力监测中的研究［Ｄ】．昆明：昆明理工大学，２０１３（０３） ［２］ＺＥ学武，冯学钢，姜云，蒋可．西南某高速公路隧道病害成因分析及处治设计【Ｊ】．西南公路，２０１０（０９） 【３］周一勤，陈华，刘敏，李洪兵，郑长华，王江．公路隧道二次衬砌混凝土温差收缩裂缝的分析与防治［Ｊ］．公路交通技 术，２０１２（０２） ［４】筱．公路隧道二衬混凝土开裂的施工因素分析及对策研究［Ｊ］．科技创新与应用，２０１３（１Ｏ） ［５】朱汉华，秦顺飞，魏水平．关于隧道二次衬砌混凝土裂缝原因分析和防治措施［Ｊ］．浙江交通职业技术学院学报，２０１０（０３） ［６］吴银亮．石膏质岩工程地质特性及其对隧道混凝土结构危害机制研究［Ｄ】．北京：中国地质大学，２０１３（０４） ［７］蔡正咏．《混凝土性能》中国建筑工业出版社． Ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ Ｃｒａｃｋｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｌｉｎｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ Ｔｕｎｎｅｌｓ ＺＨＡ０ Ｚｈｉ—ｄｕｏ （Ｎｏ．２ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄｏｆＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１９ｔｈＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｌｉａｏｙａｎｇ １１１０００ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ６２ ｃｒａｃｋ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ
