隧道衬砌裂缝病害的防治
一、 隧道衬砌裂损原因
（一） 设计方面的原因
隧道设计时因围岩级别划分不准、衬砌类型选择不当，造成衬砌结构与围岩实际荷载不相适应引发裂损病害。例如：对一些具有膨胀性围岩地段，未采用曲墙加仰拱衬砌；偏压地段未采用偏压衬砌；断层破碎带、褶皱区等局部围岩松散压力或构造应力较大地段，衬砌结构未能采用相应的加强措施。对基底软弱和易风化泥化地段，未设可靠防水设施，混凝土铺设厚度及强度不足。
（二）施工方面的原因
施工时，受技术条件限制，方法不当，管理不善，造成工程质量不良。如：先拱后墙法施工时，拱架支撑变形下沉，造成拱部衬砌不均匀下沉，拱腰和拱顶发生早期施工的裂缝。对四级以下的围岩，过去采用先拱后墙（上下导坑）施工方法，由于工序配合不当、衬砌成环不及时、落中槽挖马口时拱部衬砌悬空地段过长、拱架支撑变形下沉等原因，都容易造成拱部衬砌产生不均匀下沉，导致拱腰和拱顶衬砌发生施工早期裂缝。拱顶与围岩不紧密，在“马鞍形”受力情况下，拱腰内移涨裂，相应拱顶上移，内缘受挤压。模筑混凝土衬砌拱背部位常出现拱顶衬砌与围岩不密贴的空隙，由于不及时压浆回填密实，就形成拱腰承受围岩较大荷载，而拱顶一定范围内空载，这种常见的与设计拱部荷载不相符、对拱部衬砌不利的“马鞍形”受力状态，正是导致拱腰内移涨裂、相应拱顶上移、内缘受压等常见病害产生的荷载条件。由于施工测量放线发生差错、欠挖、模板拱架支撑变形、坍方等原因，而在施工中又未能妥善处理，造成局部衬砌厚度偏薄。过早拆除模板支撑，使衬砌承受超容许荷载，易发生裂损。施工质量管理不善，混凝土材料检验不力，施工配合比控制不严，水灰比过大，混凝土捣实质量不佳，拱部浇筑间歇施工形成水平状工作缝，造成衬砌质量不良，降低承载能力。
二、 隧道衬砌裂缝病害的防治
1、设计时应根据围岩级别、性状，结构等地质情况，正确选择衬砌形式及衬砌厚度，确保衬砌具有足够的承载能力。
2、施工中发现围岩地质情况有变，与原设计不符时，应及时变更设计，使衬砌符合实际要求；欠挖必须控制在容许范围内。
第８期总第１６２期 ２００８年４月 内蒙古科技与经济 Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｋ￣，ｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｎｏ．８，ｔｈｅ１６２ｔｈｉｓｓｕｅ Ａｐｒ．２００８
隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治 王玉喜 （中铁六局集团有限公司，北京１０００３６） ‘ 摘要：针对在某些隧道施工中，二次衬砌混凝土强度不足、凝结异常时有发生，特别是裂缝普遍存 在，在一定程度上影响结构的抗渗性和耐久性的问题，分析了混凝土裂缝产生的原因，提出了裂缝的预 防和治理方法，对提高混凝土衬砌施工水平具有借鉴意义。 关键词：隧道施工；混凝土裂缝；原因分析；防治 中图分类号：Ｕ４５５．９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７．一６９２１（２００８）０８－－－－０１３７－－－－０２ 随着国民经济的发展，山岭地区新建公（铁）路 越来越多，隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二 次衬砌施工普遍采用整体式钢模板台车、泵送混凝 ＿ｑｚ￣ｇ工工艺，但混凝土硬化过程中产生的裂缝不仅 影响了美观，还给工程质量留下了隐患。施２１２中必 须采取合理的工程技术措施，控制和减少混凝土中 裂缝的数量和宽度。 １裂缝的类型 隧道衬砌混凝土裂缝类型主要有：干缩裂缝、温 度裂缝、外荷载作用产生的变形裂缝、施工缝处理不 当引起的接茬缝等。 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，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。 １．３荷载变形裂缝 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？昆凝土的初凝时间，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裂缝形成的原因分析 收稿日期：２００７—１２—０５ 混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种 不利因素综合作用的结果。据有关统计，施工不规 范造成的混凝土裂缝占８０％左右，材料质量差或配 合比不合理产生的裂缝占１５％左右，设计不当引起 的裂缝可能占５％。 ２．１设计粗糙，建设、监理单位工作随意性大 由于多方面的原因，勘察设计单位无法深入地 开展地质勘探工作，隧道围岩类别评价及支护结构 设计缺乏科学依据，带有一定的盲目性。个别建设 单位限于自身管理和专业技术水平的欠缺，任意变 更原设计。少数工程由业主的内部人员组成监理机 构，监理工作失去了独立性。随着建筑市场的规范， 这些问题会逐步得到解决。 ２．２施工工艺或现场操作不规范 ２．２．１ 隧道开挖成型差，衬砌混凝土厚度严重不均 匀；欠挖或初期支护侵入衬砌限界，造成衬砌混凝土 厚度不足。个别隧道衬砌混凝土背后存在脱空现 象。 ２．２．２未开展监控量测工作，仅凭经验来确定二次 衬砌的施作时间，安全可靠性差，造成二次衬砌超设 计荷载承受围岩压力。 ２．２．３混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加 剂的掺加随意性大，没有根据砂、石料的实际含水率 及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。在 混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍。 ２．２．４采用整体式钢模板台车施工，混凝土浇筑时 不振捣或漏振，混凝土均质性差。 ； ２．２．５盲目追求施工进度，随意提前脱模时间，使 低强度混凝土过量承受荷载，破坏了混凝土结构。 脱模后没有进行混凝土的潮湿养护。 ２．２．６夏季施工时砂、石料露天堆放，无切实有效 的进行降温措施，混凝土入模温度高。冬期施工时 采取的防寒保温措施不力。 ２．３原材料质量差、配合比设计不合理 水泥品种选择不当，安定性不良，不同批次的水 泥混用。碎石、砂级配差，含泥量超标，碎石中石粉 含量大，针、片状物过多，影响了水泥与骨料的胶结。 进行配合比设计时，忽视水泥用量增多对混凝土品 质的影响，错误认为水泥用量越多，混凝土强度越 高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的
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2015年15期 103 公路隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治 贲立刚 吴娇娇 中交路桥建设有限公司总承包分公司，北京 100101 摘要：在山岭隧道施工中，二次衬砌混凝土裂缝成为带有一定普遍性的质量问题。文章针对混凝土裂缝产生的原因，提出裂缝的预防和治理方法。 关键词：公路隧道施工混凝土裂缝；原因分析；防治 中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)15-0103-02 随着国民经济的发展，隧道工程所占的比例逐步增大。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，但混凝土硬化过程中产生的裂缝不仅影响了美观，还给工程质量留下了隐患。施工中必须采取合理的工程技术措施，控制和减少混凝土中裂缝的数量和宽度。本文分析了混凝土裂缝产生的原因，提出了缓解裂缝产生的措施，并介绍了几种常见的裂缝治理方法。 1 裂缝的类型 隧道衬砌混凝土裂缝类型主要有：干缩裂缝、温度裂缝、外荷载作用产生的变形裂缝、施工缝处理不当引起的接茬缝等。 2 裂缝形成的原因分析 混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计，施工不规范造成的混凝土裂缝占80％左右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15％左右，设计不当引起的裂缝可能占5％。 2.1设计粗糙，建设、监理单位工作随意性大 设计粗糙，建设、监理单位工作随意性大，由于多方面的原因，勘察设计单位无法深入地开展地质勘探工作，隧道围岩类别评价及支护结构设计缺乏科学依据，带有一定的盲目性。 2.2 施工工艺或现场操作不规范 (1)隧道开挖成型差，衬砌混凝土厚度严重不均匀；欠挖或初期支护侵入衬砌限界，造成衬砌混凝土厚度不足。个别隧道衬砌混凝土背后存在脱空现象。 (2)未开展监控量测工作，仅凭经验来确定二次衬砌的施作时间，安全可靠性差，造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。 (3)混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加剂的掺加随意性大，没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。 (4)采用整体式钢模板台车施工，混凝土浇筑时不振捣或漏振，混凝土均质性差。 (5)盲目追求施工进度，随意提前脱模时间，使低强度混凝土过量承受荷载，破坏了混凝土结构，脱模后没有进行混凝土的潮湿养护。 (6)夏季施工时砂、石料露天堆放，无切实有效的降温措施，混凝土入模温度高，冬期施工时采取的防寒保温措施不力。 2.3 原材料质量差、配合比设计不合理 原材料质量差、配合比设计不合理水泥品种选择不当，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂级配差，含泥量超标，碎石中石粉含量大，针、片状物过多，影响了水泥与骨料的胶结。进行配合比设计时，忽视水泥用量增多对混凝土品质的影响，错误认为水泥用量越多，混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导，往往达不到预期的效果。 3 混凝土裂缝的治理 混凝土作为多组材料组成的脆性材料，裂缝的存在是客观的。作为施工单位应加强衬砌混凝土的施工管理，避免或减少混凝土裂缝的产生。对于出现的裂缝，应认真分析原因，分清是有害裂缝还是无害裂缝，并对有害裂缝进行处理，防止裂缝继续发展，影响衬砌结构的稳定。 3.1 细微裂缝 隧道衬砌混凝土表面常出现一些没有扩展性的细微裂缝，这种裂缝是稳定的，一般可自愈，不会影响结构的使用和耐久性。从美观考虑，可先清洗干净裂缝表面，然后涂刷环氧树脂浆液二至三遍，最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。环氧树脂浆液配比：环氧树脂：501稀释剂：二甲苯：乙二胺=1：0.2：0.35：0.08。刮抹料配比：水泥：细砂：水=1：2：0.35。调色料配比：水泥：白水泥：107胶=5：3：1。施工时应经试验确定。 3.2 贯通性裂缝 贯通性裂缝的危害较大，必须采取有效的治理方法。沿裂缝方向凿成宽5cm、深3cm的V形槽，在槽内每隔0.5m钻一孔，孔深为衬砌厚度的1／2或2／3，一般不少于15cm，并不得穿透衬砌以防跑浆。用清水冲洗干净槽内的杂物及粉尘，在孔内插入压浆管，利用环氧树脂水泥砂浆锚固，用灰刀将砂浆压实抹光。环氧树脂砂浆配比，环氧树脂：水泥：细砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12，其中乙二胺是固化剂，二丁酯是稀释剂。待环氧树脂砂浆有一定的强度后，以0.15MPa－O.2MPa压力压入水泥一水玻璃浆液或环氧树脂浆液。 3.3 密集裂缝 衬砌背后有空洞或衬砌厚度不足引起的密集裂缝，必须进行防水和地层加固处理。沿裂缝两侧每隔1.2m～1.5m交错布点，凿成lOcm×lOcm大小深5cm的方槽，用风动凿岩机钻孔，孔深3m，安装中空注浆锚杆，注入水泥砂浆，灰砂比1：(3～5)，水灰比1：1，施工时由下往上逐级注浆， 注浆压力以0.4MPa～0.6MPa为宜。注浆结束后，另凿新孔压入纯水泥浆检查注浆效果，当达到规定压力而砂浆压不进时，即认为已经注满。注浆24h后安装锚杆垫板，用环氧树脂砂浆抹平方槽，表面用刮抹料和调色料处理。 4 预防或缓解混凝土裂缝的措施 4.1 提高设计精度 加强工程前期地质工作，为设计提供详尽的工程地质、水文地质勘探资料，提高设计的质量。 4.2 把好材料进场关，严格控制原材料质量和技术标准 4.2.1 水泥 施工现场多使用普通硅酸盐水泥，但应尽量减少单位水泥用量。不同品牌、不同规格、不同批次的水泥不能混用。 4.2.2 碎石 根据泵送管路的内径，尽可能选用较大粒径的碎石。严格控制含泥量≤1％，针、片状物含量≤15％，粒径以5～31.5mm为宜，最大不超过40mm。 4.2.3 砂 采用级配良好的中砂，细度模数应为3.0～2.3，粒径小于0.315mln的颗粒含量所占比例宜为15～20％，严格控制含泥量在3％以内。为方便混凝土的运输、泵送和浇筑，砂率取35％-45％。 4.2.4 水 最好选用饮用水。当采用其他水源时，应按国家现行《砼拌合用水标准》(JGJ63)的规定进行检验，PH值应大于4。水灰比越大，混凝土的干燥收缩越大。严格控制泵送混凝土理论与方法
工程技术 隧道衬砌裂缝的成因分析与防治措施 周立栋 （广东省高速公路有限公司 ５１ Ｏ１ＯＯ） ，，要：蔓 尊 三中 三次ｌ衬 混凝土裂缝成为带有一定普遍性的质量问题。文章针对混凝土裂缝产生的原因，提出裂缝的预防 煎罂方莹， 提亭混凝土衬砌施工水平有借鉴意义。本文分析了混凝土裂缝产生的原因，提出了缓解裂缝产生的措施，并介 了几种 常见的裂缝治理方法。 关键词：隧道施工混凝土裂缝原因分析防治 中田分类号：Ｕ４１８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—０５３４（２００７）０１（ｃ）一００４１—０２ １裂缝的类型 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，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。 １．３荷载变形裂缝 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裂缝形成的原因分析 混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是 多种不利因素综合作用的结果。据有关统 计，施工不规范造成的混凝土裂缝占８０％左 右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占 １ ５％左右，设计不当引起的裂缝可能占５％。 ２．１设计租糙。建设、监理单位工作随意性大 由于多方面的原因，勘察设计单位无法深 入地开展地质勘探工作，隧道围岩类别评价及 支护结构设计缺乏科学依据，带有一定的盲目 性。个别建设单位限于自身管理和专业技术 水平的欠缺，任意变更原设计。少数工程由 业主的内部人员组成监理机构，监理工作失去 了独立性。随着建筑市场的规范，这些问题 会逐步得到解决。 ２．２施工工艺或现场操作不规范 隧道开挖成型差，衬砌混凝土厚度严重 不均匀；欠挖或初期支护侵入衬砌限界，造 ３．２贯通性裂缝 成衬砌混凝土厚度不足。个别隧道衬砌混凝 土背后存在脱空现象。 未开展监控量测工作，仅凭经验来确定二 次衬砌的施作时间，安全可靠性差，造成二次 衬砌超设计荷载承受围岩压力。 混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外 加剂的掺加随意性大，没有根据砂、石料的 实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土 水灰比增大。在混凝土运输及泵送过程中加 水的现象也比较普遍。 采用整体式钢模板台车施工，混凝土浇筑 时不振捣或漏振，混凝土均质性差。 盲目追求施工进度，随意提前脱模时间， 使低强度混凝土过量承受荷载，破坏了混凝土 结构。脱模后没有进行混凝土的潮湿养护。 夏季施工时砂、石料露天堆放，无切实 有效的降温措施，混凝土入模温度高。冬期施 工时采取的防寒保温措施不力。 ２．３原材料质量差．配合比设计不合理 水泥品种选择不当，安定性不良，不同批 次的水泥混用。碎石、砂级配差，含泥量超 标，碎石中石粉含量大，针．片状物过多，影 响了水泥与骨料的胶结。 进行配合比设计时，忽视水泥用量增多对 混凝土品质的影响，错误认为水泥用量越多， 混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用 缺乏专业技术人员的指导，往往达不到预期的 效果。 ３混凝土裂缝的治理 混凝土作为多组材料组成的脆性材料，裂 缝的存在是客观的。作为施工单位应加强衬 砌混凝土的施工管理，避免或减少混凝土裂缝 的产生。对于出现的裂缝，应认真分析原因， 分清是有害裂缝还是无害裂缝，并对有害裂缝 进行处理，防止裂缝继续发展，影响衬砌结构 的稳定。 ３．１细微裂缝 隧道衬砌混凝土表面常出现一些没有扩 展性的细微裂缝，这种裂缝是稳定的，一般可 自愈，不会影响结构的使用和耐久性。从美 观考虑，可先清洗干净裂缝表面，然后涂刷环 氧树脂浆液二至三遍，最后用刮抹料、调色 料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混凝 土颜色一致。 环氧树脂浆液配比，环氧树脂：５０１稀释 剂：二甲苯：乙二胺：１：０．２：０．３５：０．０８。刮 抹料配比，水泥：细砂：水＝１：２：０．３５。调 色料配比，水泥：白水泥：１ ０７胶＝５：３：１。 施工时应经试验确定。 贯通性裂缝的危害较大，必须采取有效的 治理方法。沿裂缝方向凿成宽５ｃｍ、深３ｃｍ 的Ｖ形槽，在槽内骑缝每隔０．５ｍ钻一孔，孔深 为衬砌厚度的１／２或２／３，一般不少于１５ｃｍ， 并不得穿透衬砌以防跑浆。用清水冲洗干净 槽内的杂物及粉尘，在孔内插入ｅ １ ０的压浆 管，利用环氧树脂水泥砂浆锚固，用灰刀将砂 浆压实抹光。环氧树脂砂浆配比，环氧树脂： 水泥：细砂：乙二胺：二丁酯＝１：１．６：３．２：０．１： ０．１ ２，其中乙二胺是固化剂，二丁酯是稀释 剂。待环氧树脂砂浆有一定的强度后，以０． １５ＭＰａ～０．２ＭＰａ压力压入水泥一水玻璃浆液 或环氧树脂浆液。压浆结束后在０．２ＭＰａ压 力下压水检查压浆效果。裂缝表面用刮抹料 和调色料处理。 ３．３密集裂缝 衬砌背后有空洞或衬砌厚度不足引起的 密集裂缝，必须进行防水和地层加固处理。沿 裂缝两侧每隔１．２～１．５ｉｎ交错布点，凿成 ｌＯｃｉｎ×ｌＯｃｍ大小深５ｃｍ的方槽，用风动凿岩 机钻孔，孔深３ｍ，安装ｗＤＴ２５中空注浆锚 杆，注入水泥砂浆，灰砂比１：（３～５），水灰 比１：１，施工时由下往上逐级注浆，注浆压力 以０．４～０．６ＭＰａ为宜。 ４预防或缓解混凝土裂缝的措施 提高设计精度：加强工程前期地质工 作，为设计提供详尽的工程地质、水文地质 勘探资料，提高设计的质量。 把好材料进场关，严格控制原材料的质量 和技术标准。 严格混凝土施工工艺：提高钻眼技术水 平，优化钻爆参数，提高光面爆破效果，加强隧 道开挖断面检测，严格控制超欠挖，为衬砌施 工创造良好的条件；二次衬砌施作时间，应 在围岩和初期支护变形基本稳定时进行。当 围岩变形较大、流变特性明显，需提前进行 二次衬砌时，必须对初期支护或衬砌结构进行 加强；混凝土的拌合：①严格按施工配料单 计量，定期检查校正计量装置。加强砂石料 含水率检测，及时调整拌合用水量。②控制 混凝土的入模温度。夏季施工时，当气温高 于３２℃时，砂石料、搅拌机应搭设遮阳棚，用 冷水冲洗碎石降温。尽量安排在夜间浇筑混 凝土；混凝土的灌注：①混凝土在运输和泵 送过程中严禁加水。②适当放慢灌注速度， 两侧边墙对称分层灌注，到墙、拱交界处停 １～１．５ｈ，待边墙混凝土下沉稳定后，再灌注 拱部混凝土。③混凝土灌注过程中必须振 捣，提高混凝土的密实度和均质性，减少内部 科技咨询导报￣ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｈｅｒａｌｄ ４ １
