隧道工程衬砌混凝土裂缝的原因与预防
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隧道工程衬砌混凝土裂缝的原因与预防
摘要：建筑市场日渐在完善，隧道工程在铁路、水电、公路以及轨道交通等诸多领域中均有较多的运用。衬砌混凝土在完成施工后，极易产生裂缝，出现明显的质量缺陷，影响结构的稳定性、耐久性。正因为此，我们在混凝土施工期间需提出科学的防治措施，预防各种衬砌混凝土裂缝。本文主要分析了隧道工程衬砌混凝土裂缝的原因，并详细探讨了隧道工程衬砌混凝土裂缝的有效处理及预防措施。
关键词：隧道工程；衬砌混凝土；裂缝原因；预防；
中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：
1 隧道工程衬砌混凝土裂缝产生的原因分析
1.1 选用的材料
第一，材料质量较差、批次不同的材料进行混用，或者水泥品质选择得不恰当、不合适，这是不可取的；第二，砂石级配比不恰当，含泥量较大，或者含粉量较大，水泥和骨料的胶结差等，都是导致衬砌混凝土裂缝产生的主要原因；第三，配合比设计得不合理，水泥用量超出设计规范，工程设计人员忽略了水泥用量加大对混凝土产生的影响；最后，外加剂、掺合料等选择得不恰当，有些工程人员对外加剂的认识不足，选用的材料难以达到预期效果等。
1.2 施工工艺不规范
数据统计显示，混凝土裂缝产生的原因中施工工艺不规范所占比例较大，约为80％，由此可见施工工艺或者操作不规范对于隧道工程施工质量的影响是很大的。第一，隧道工程开挖的过程中成型较差，超欠挖造成衬砌混凝土厚度不均匀，甚至是出现衬砌混凝土背后脱空的情况；第二，二次衬砌混凝土施工之前没有做好监测工作，使得施工安全系数降低，导致二次衬砌混凝土无法承受设计载荷；最后，衬砌混凝土所用原材料的计算的不准确，以及外加剂的用量等无法准确定量，使得实际的砂石材料含水量用来调整浇筑混凝土的用水量，导致混凝土水灰比不符合设计规范，泵送混凝土过程中出现随意加水的现象也有可能导致混凝土裂缝。
1.3 设计不当
综合某些原因，导致勘察设计单位在进行实际的设计之前无法深人考察施工现场，甚至是对隧道周围的围岩判别，以及支护结构等的设计，没有一定的专业依据，导致设计工作无法做到专业细致，甚至是带有一定的盲目性。甚至个别建设单位的管理水平太低，缺乏专业的人才，或者设计方案的多变性等，综上由于设计不当的原因，都有可能导致衬砌混凝土裂缝的产生。
2 加强隧道工程衬砌混凝土裂缝的有效处理
隧道衬砌混凝土裂缝的主要类型有温度裂缝、收缩裂缝、沉降裂缝及接茬裂缝等，下面笔者针对这些裂缝类型提出相应的有效处理对策。
2.1 温度裂缝处理对策
2.1.1水泥用量要低于450 kg/m，并对其用量给予有效控制；2.1.2优先考虑粉煤灰水泥、矿渣等低热水泥；2.1.3适当掺入高效减水剂或粉煤灰，并对水泥用量给予有效控制，进一步优化骨料级配，从而达到预防水化热的目的；2.1.4降低水灰比，一般要求低于0.6；2.1.5为了提高混凝土拌和物自身的流动性及保水性，可以通过减少水化热的方式来延迟热峰时间。同时，也可以选择将一定的外加剂添加到混凝土中，其能够达到增塑或减水的目的。
2.2 收缩裂缝处理对策
2.2.1如果水灰比较高时，则收缩现象越明显。在对混凝土配合比进行设计过程中，需要对水灰比给予科学、合理控制。必要的时候也可适当添加减水剂。2.2.2混凝土的用水量严禁超过配合比设计方案中的用水量，还需要对施工配合比进行有效控制。2.2.3建议选择中低热水泥、小收缩水泥或粉煤灰水泥，并对其用量给予合理控制。2.2.4做好衬砌混凝土早期养护工作，并按照要求确定养护时间。在冬季进行衬砌混凝土施工时，还需要适当延长混凝土的保温时间，并按照要求涂抹养护剂，以期达到养护的目的。
2.3 沉降裂缝处理对策
2.3.1对松软围岩基础施工过程中，需要做好边基加强处理工作，同时在灌注边墙基础之前，还需要将基底虚渣、稀泥清理干净。2.3.2确保模板具备足够的刚度和强度，并使地基能够均匀受力。同时，整平夯实模板台车轨道下的道砟，如果条件允许最好选择隧道铺底超前。2.3.3在浇灌混凝土过程中，严禁地基被水浸泡。
2.4 接茬裂缝处理对策
2.4.1表面凿毛法。其一般要求在衬砌混凝土初凝后，借助人工方式来给予剔毛、拉毛处理，以达到剔除表面松散部分或浮浆的目的，确保石子粗骨料彻底露出，随后给予冲洗润湿处理，在衬砌混凝土再次浇筑时，还需要刷一层素水泥浆，以达到提高咬合力的目的。表面凿毛可保证新老衬砌混凝土形成一个整体。2.4.2连接层处理法。在衬砌混凝土二次浇筑前，一般需要在下层结构底部先铺设一层与结构商品混凝土具有相同配合比，且100mm厚的水泥砂浆作为结合层，以确保衬砌混凝土浇筑时可以与砂浆融为一体，进而有效避免了接茬裂缝的产生。
3 隧道工程衬砌混凝土裂缝的控制措施
3.1 加强施工原材料质量控制
3.1.1水泥。通常情况下，隧道工程衬砌混凝土会选择普通硅酸盐水泥，此时最好对单位水泥用量给予有效控制，而且严禁将不同规格、不同品牌、不同批次水泥混合使用。3.1.2砂。在对砂进行选择过程中，一般选择具备良好级配的中砂，并严格控制含泥量，使其低于3 %。在确定砂率时，需要对混凝土运输、浇筑及泵送等给予综合考虑，最好控制在35 %~40 %。3.1.3碎石。尽可能选择粒径较大的碎石，并要求满足泵送管路的内径要求，同时严格控制含泥量，使其低于1 %。针、片状物的含量要低于15 %，并且砾径最好控制在5~40 mm。3.1.4水。水的选择相对比较单一，通常会选择饮用水，并对水灰比给予合理控制，如果水灰比较大时，将会增加混凝土收缩裂缝发生的概率，应严格控制泵送混凝土的用水量，以此来降低衬砌混凝土裂缝的发生率。在进行隧道工程施工过程中，水灰比一般控制约在0.5。3.1.5掺合料。在衬砌混凝土施工阶段，一般会选择膨胀剂和粉煤灰的双掺技术，如果混凝土强度等级低于C25时，可通过粉煤灰掺量来替代水泥，这里所提及的膨胀剂掺量一般是水泥用量的10 %，粉煤灰掺量是水泥用量的15 %。
3.2 完善衬砌混凝土设计方案
针对衬砌混凝土裂缝产生的原理，在预防和处理策略上需要完善衬砌混凝土的设计方案，从而有效规范隧道工程的衬砌混凝土施工。具体来讲，在隧道工程施工之前，需要结合工程特点来做好施工现场的地质勘察工作，按照设计规范为设计单位提供一份系统、完善、准确的水文地质、工程地质等勘察资料，还需要对隧道工程所处地区的气候、温度及温差变化情况等进行分析，在此基础上提高衬砌混凝土设计方案的科学性、合理性，以确保后续衬砌混凝土施工的顺利进行。这样一来，就可针对衬砌混凝土裂缝出现的成因进行有效的规避，进而提高隧道工程的施工质量。
3.3 做好混凝土施工控制
3.3.1施工人员按照要求做好隧道开挖断面检测工作，并对超欠挖给予有效控制，以确保后续衬砌混凝土施工的顺利进行。3.3.2拌和混凝土。根据施工配料单对施工原材料进行计量，并对计量装置进行定期检查和校正。同时，还需要做好砂石料含水率检测与调整工作。在夏季施工过程中，如果气温超过32℃时，应该为搅拌机、砂石料搭设遮阳棚，必要的时候还可以用冷水冲洗碎石降温。3.3.3合理选择衬砌混凝土施工时间，其需要在围岩和初期支护变形趋于稳定后开展，如果围岩流变特性明显、变形较大，最好提前进行衬砌混凝土施工，同时要加强初期支护或衬砌结构的强度。
4结语
综上可知，隧道工程在交通建设中扮演着尤为重要的角色，而衬砌混凝土又是隧道工程中不可或缺的部分，在对其进行施工时，不可避免会出现裂缝，此时就需要结合实际情况做好预防和处理工作，加强隧道工程衬砌混凝土裂缝的有效处理，并做好加强施工原材料质量控制、完善衬砌混凝土设计方案以及做好混凝土施工控制等措施，以此来降低衬砌混凝土裂缝的发生率，提高隧道工程的施工进度和质量。
参考文献：
[1]李庆玲.浅谈隧道模筑混凝土衬砌施工要点[J].2019.
[2]代忠彬.隧道工程衬砌混凝土裂缝的原因与预防[J].2020.
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