隧洞衬砌裂缝成因分析及处理措施探究

隧洞衬砌裂缝成因分析及处理措施探究

杨照政段然

中国电建市政建设集团有限公司天津市300384

摘要：在水利工程地下隧洞衬砌施工中裂缝是非常多见的，严重影响了水工隧洞的稳固性与安全性，施工单位应认识到控制裂缝问题的重要性与必要性，积极寻找产生混凝土裂缝问题的成因，从根本上控制水工隧洞的裂缝问题。

关键词：隧洞衬砌；裂缝成因；处理措施

引言

隧洞衬砌是指支持与维护隧洞的长期稳定与耐久性的永久结构物。隧洞衬砌的主要功能作用是：维护隧洞的稳定、防止围岩的风化、消除地下水的影响等。因此，对隧洞衬砌施工的要求是：隧洞衬砌要有足够的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性，同时要有足够的强度与耐久性以及稳定性。在隧洞衬砌施工中，混凝土是主要施工材料，而受多种因素影响，混凝土衬砌施工中经常会出现裂缝，裂缝会破坏混凝土结构，影响隧洞衬砌的稳定性，缩短隧洞使用寿命，同时加大隧洞施工以及维护成本。

1水工隧洞衬砌混凝土裂缝的分类

在水工隧洞衬砌施工中，出现混凝土裂缝问题在所难免，根据裂缝的形态可将其分为细小的表层裂缝和贯穿性的有危害裂缝两类。施工单位应采取合适的措施避免这两种裂缝的出现，以此确保水工隧洞的施工质量。细小的表面裂缝一般杂乱无章地分布在混凝土表层，而且裂缝缝隙较小，形状与数量不固定。这种裂缝的缝隙大多在1mm以下，长度较小，对隧洞衬砌结构的安全性影响也较小，但仍需要进行科学合理的处理，以免为隧洞的安全与使用寿命埋下隐患。贯穿性的有害裂缝指的是该种裂缝可以贯穿到水工隧洞的整体构造中，对施工安全与质量产生了较大影响。一般来说，贯穿性裂缝都是单一出现的，长度与宽度都较大，严重时还可能蔓延至整个隧洞中，极易导致水工隧洞出现渗漏问题，施工单位需提高重视程度，及时解决裂缝问题。

2隧洞衬砌裂缝出现原因

2.1原材料管理工作

在水工隧洞衬砌混凝土施工项目而言，原材料的基础性质量十分关键，但是，也是存在问题较多的环节，其中，技术人员选取的水泥品种不能满足工程实际需求，水泥运输和存储过程受潮结块问题等较为常见。并且，针片状颗粒物含量以及有害物质超标等问题也会影响整体运行策略。

2.2温度引起的隧洞衬砌裂缝

在隧洞衬砌施工中，混凝土是主要施工材料，而混凝土这一混合材料，其性能以及内部结构受温度影响较大。分析总结以往施工经验，得出这一结论：若隧洞衬砌出现裂缝，则温度变化时，混凝土裂缝宽度也在变化。主要是因为，混凝土内外温差会引起混凝土结构应力出现变化，并引发裂缝。例如：在冬季施工时，外部温度较低，而混凝土内部温度较高，且混凝土浇筑过程中产生的水热化温度，会进一步导致混凝土内部温度升高，在此情况下，混凝土内外部会形成较大温差，在未及时处理的情况下，就会导致混凝土结构出现裂缝。

2.3地质水文条件变化产生裂缝问题

地质水文条件变化对水工隧洞的施工安全有着至关重要的影响，其地质、水文、地形等情况越复杂，施工过程就越难以把控，导致裂缝问题经常出现。施工前期，施工单位应安排专业人员勘察当地的地质水文条件，然而有些施工单位的重视程度不足或为了降低工程成本，在这方面的人力、物力与财力投入不足，导致无法为后续施工提供详细的数据资料。同时，有些施工人员的专业水平有限，无法结合地质资料与现场的真实情况进准确判断，给施工安全造成了较大威胁。

3隧洞衬砌裂缝处理措施分析

若在隧洞衬砌施工中出现裂缝问题时，衬砌结构的稳定性、防渗性以及耐久性均会受到影响，隧洞使用时间也会大为缩短，因此，一旦出现混凝土结构裂缝，相关单位必须及时采取相应处理措施，及时解决裂缝问题，消除裂缝对隧洞的影响。

3.1固结灌浆与回填灌浆法

目前，固结灌浆与回填灌浆是解决隧洞衬砌裂缝的有效措施，该措施不仅能提升隧洞的防渗性，也能提升围岩与衬砌的联合承载能力，预防荷载裂缝出现。固结灌浆与回填灌浆的施工原理是：利用相关压力设备，将胶结材料压入混凝土结构裂缝中，使胶结材料与混凝土紧密融合，进而达到封堵裂缝的目的（如图1）。目前，常用的胶结材料有：水泥浆、环氧树脂、甲基炳然酸酯。在实际施工中，要根据裂缝宽度、深度等具体情况相应选择灌浆材料，对于开度在0.3mm以上的裂缝，选择水泥灌浆效果较为理想；对于开度在0.3mm以下的裂缝，可选择化学灌浆，能获得较为理想的裂缝处理效果；另外，如果裂缝受温度影响较大，或者裂缝渗透、流速较大，就需要统一选择化学灌浆法进行处理。

3.2表面修补法

表面修补法分为2种，①表面贴补法，②表面涂抹法，这两种方法的施工原理大致相同，不同的是，所谓的表面贴补法，就是将橡胶等黏性较强的材料利用黏胶剂，将其黏结在隧洞衬砌裂缝部位，达到封闭裂缝、防渗堵漏的施工目的。该种方法较为简单，但是对材料性能要求较高，施工人员在利用该方法解决隧洞衬砌施工裂缝时，必须要找准裂缝部位，且在完成贴补后使用相应检测仪器进行检测，避免在后期使用过程中出现材料脱落情况。此外，该种方法也仅适用于一些未影响水工隧洞结构稳定性的裂缝修补施工中，不适用于裂缝程度严重的修补施工。同时，为防止裂缝扩大，可以在混凝土表面黏贴一些防护措施，如玻璃纤维布，这样能有效预防裂缝扩大。而表面涂抹法就是在存有裂缝的混凝土表面，涂抹上油漆、沥青、环氧胶泥、水泥浆、防水快凝浆、环氧砂浆、环氧基液等材料，以起到封闭裂缝、防渗堵漏的施工目的。该种方法适用于开度＜0.2mm的裂缝修补中，在这些裂缝开度较小的洞段，采用喷涂封闭处理措施，能取得较为理想的处理效果。

3.3喷浆修补法

喷浆修补法的施工原理是：将水泥砂浆喷射到经过凿毛处理以及存有裂缝的混凝土表面，形成一个保护层，通过该保护层来阻止裂缝继续演变，同时也有效提升混凝土表面抗冲击能力、抗侵蚀能力。

3.4结构加固法

结构加固法适用于裂缝宽度、深度较大的洞段。当裂缝的宽度、深度达到一定程度时，就会影响隧洞衬砌结构，使隧洞衬砌结构的稳定性、耐久性等各项性能下降，这时再采用表面修补法、喷浆修补法已经无济于事，必须要采用结构加固法，从根本上稳固混凝土结构。目前，支点加固、黏贴钢板加固、增加混凝土截面面积等都是较为常用的隧洞衬砌裂缝处理措施，在实际施工中，施工人员可根据施工环境、裂缝特点等情况科学选择，确保施工质量。

结语

总而言之，在水工隧洞衬砌混凝土处理工作开展过程中，要对影响因素进行集中梳理和排查，有效整合管理标准和管控机制，对可能影响整体质量的问题进行集中梳理，避免施工过程受到影响，从根本上提高工程质量和安全性，为隧洞衬砌项目发挥其实际价值奠定坚实基础。

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