隧道工程衬砌混凝土裂缝的原因与预防

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：在隧道工程施工过程中出现的二次衬砌水泥混凝土裂缝是具有一定普遍性的品质缺陷。文章对在隧道工程施工过程中出现的二次衬砌水泥混凝土裂缝的主要原因，指出二次衬砌水泥混凝土裂缝的防止和整治方法，对提升二次衬砌水泥混凝土衬砌现场作业水平有积极的借鉴参考价值。
　　关键词：隧道工程作业;水泥混凝土开裂;原因研究;预防
　　中图分类号：U455 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）19-0127-02
　　Abstract： The secondary lining cement concrete crack in the process of tunnel construction is a universal quality defect. According to the main causes of cement concrete cracks in secondary lining during tunnel construction， this paper points out the prevention and treatment methods of secondary lining cement concrete cracks， which has positive reference value to improve the on-site operation level of secondary lining cement concrete lining.
　　Keywords： tunnel engineering operation; cement concrete cracking; cause study; prevention
　　引言
　　伴随着我国国民经济高速稳定的发展，新修公铁路桥梁随之大幅度增加，隧道工程在道桥施工项目中所占的比例逐渐提升。隧道工程中二次衬砌作业常规来讲使用一体式钢质模板过跨平车、泵送水泥混凝土作业解决方案，但水泥混凝土在自然发生化学反应的过程中出现的缝隙不但影响了外观的观赏度，还为工程质量埋下了巨大的安全隐患。现场作业过程中需要采用适当的工程技术操作解决方案，用来把控和降低水泥混凝土中缝隙的数量与程度。文章研究了水泥混凝土缝隙出现的原因，指出了规避缝隙出现的相关解决方案措施，并且介绍了若干种比较常规的缝隙整治处理方案。
　　1 隧道工程水泥混凝土缝隙的种类
　　隧道工程衬砌水泥混凝土缝隙种类一般分为如下几种：干燥收缩缝隙、温度变化缝隙、外界应力作用导致的变形缝隙、作业预留伸缩缝隙没能正确处置引起的接续缝隙等等。
　　1.1 隧道工程水泥混凝土干燥收缩缝隙
　　水泥混凝土在固化进程中，内部水分渐渐被蒸发，导致水泥混凝土中的凝固胶体体积收缩，发生变形，因为其外形受到围岩和模具板的阻碍，随之产生内部的变形应力，应力作用数值一旦超过了水泥混凝土的抗拉力限度，就会产生干燥收缩缝隙。干燥收缩缝隙多发生在工程表面，分布呈现不规则状态。
　　1.2 隧道工程水泥混凝土温度变化产生的缝隙
　　水泥混凝土水化反应过程中将会放出大量的热能，在水泥混凝土结构内部与表层之间会因为温度梯度进而产生载荷，当温度发生变化所产生的载荷大于水泥混凝土内部和外部的限制应力的同时，便会发生温度变化缝隙。缝隙的宽度一般来说在冬季比较大，在夏季比较小。
　　1.3 隧道工程水泥混凝土作业缝隙（接茬缝隙）
　　在现场作业进程中因为停电、设备发生故障等因素使得水泥混凝土灌注间断时间大于水泥混凝土的初始凝固时间，后续在灌注水泥混凝土的时候，原先的水泥混凝土基层外表面没能实行凿毛作业，或凿毛作业以后没能用水冲刷洁净，同时也没有铺设水泥混凝土砂浆基层，就在原有水泥混凝土表层灌注水泥混凝土，导致新、老水泥混凝土接缝之间产生缝隙。
　　2 隧道工程水泥混凝土缝隙产生的成因研究
　　水泥混凝土缝隙产生的原因相当复杂，一般是由许多种有害因素结合施加混合之后的结果。根据相关资料显示，由于作业不合规导致的水泥混凝土缝隙大约占80%左右，隧道工程建筑原材料品质差或者各原材料混合配例不合适导致的缝隙大约占15%左右，因为理论设计疏漏导致的缝隙大约占5%左右。
　　2.1 隧道工程理论设计不严谨，施工、监理相关企业工作态度不认真不敬业
　　因为许多方面的因素，相关勘测理论设计企业不能深层次地展开施工现场地质勘探作业，隧道工程围岩种类评估和支撑保护构造理论设计缺少科学合理的根据，存在一定的盲目性。某些施工建设企业受限于本身管控与专业解决方案技术能力的制约，随意更改原理论施工方案。一小部分隧道工程是由甲方的内部相关工作人员构成监理组织架构，导致监理程序丧失了独立性和客观性。近些年来伴随着建筑工程行业越来越规范，上述这些问题将会逐渐得以妥善解决。
　　2.2 隧道工程施工工艺流程或者現场作业不合规
　　（1）隧道工程挖掘成型效果不良，衬砌水泥混凝土壁厚非常不均匀;欠挖或者早期支撑保护渗入衬砌层限界内，导致隧道工程衬砌水泥混凝土壁厚不够。少数隧道工程衬砌水泥混凝土背后可能存在镂空现象。（2）没有展开监控测量作业，仅仅依靠过往相关施工经验来敲定二次衬砌层的作业时间，导致安全稳定性差，致使二次衬砌层超出理论设计应力可以承载的围岩层压力。（3）使用一体式钢质模板台车作业时，水泥混凝土灌注时不搅拌或者漏振，水泥混凝土均匀性较差。
　　3 水泥混凝土缝隙的整治
　　水泥混凝土属于多种建筑原材料构成的脆性材料，缝隙的产生是客观必然的。作为相关施工企业需要强化衬砌层水泥混凝土的作业管控，规避或者降低水泥混凝土缝隙的产生。关于已经产生的缝隙，需要深层次研究其主要原因，区分是有害缝隙还是无害缝隙，并且针对有害缝隙实行适当的处置，阻止缝隙继续扩大，进而影响衬砌层构造的稳定性。 　　3.1 水泥混凝土细小缝隙
　　隧道工程衬砌层水泥混凝土表层经常会产生一些不具备延展性的细小缝隙，此类缝隙通常是稳定的，一般情况下能够自愈，不能影响主体构造的日常使用与耐久性。从美观层面考虑，可事先冲洗清洁缝隙表面，随后涂抹环氧树脂浆液2～3遍，最后使用刮抹涂料、调色涂料处置水泥混凝土表层，使其外观颜色和周边衬砌层水泥混凝土颜色相同。
　　3.2 水泥混凝土贯穿性缝隙
　　贯穿性裂缝（见图1）的危害性很大，需要采用行之有效的处理方法。用清水冲洗杂物，插入压浆管，利用砂浆锚固，用灰刀抹光。
　　4 防止或者延缓隧道工程使用水泥混凝土产生缝隙的工艺方法
　　4.1 提升隧道工程施工作业精度
　　提升隧道工程早期地质勘探准备工作质量，为施工工艺提供详細的隧道工程地质勘探、水文地形勘探等相关技术资料，大幅提升隧道工程施工的质量。
　　4.2 严格把控优质原材料进场这一关，严格管控隧道工程原材料的品质与相关技术法规标准
　　（1）隧道工程使用水泥混凝土
　　隧道工程作业现场应该尽可能的应用普通硅酸盐水泥混凝土，但是应该尽可能降低单位水泥混凝土的使用数量。各种各样不同品牌、不同型号规格、不同生产批次的水泥混凝土绝对不允许在一起混合使用。
　　（2）隧道工程使用碎石原材料
　　依据泵送管路内壁的直径，应该尽量使用直径比较大的粒径碎石。严格管控含泥量小于等于1%，针型和片状物含量小于等于15%的粒径。
　　以5～31.5mm为最佳参数范围，最大值不应该超过40mm。
　　（3）隧道工程砂石原材料
　　使用级别优良的中等品质的砂石，细度模数应该在3.0～2.3范围内，颗粒直径<0.315mm的颗粒含量所占比例最佳是占15～20%。
　　（4）隧道工程使用水质
　　最佳方式是使用城镇居民日常生活的饮用水。当使用其他类型的水源时，应该按照国家现在正在执行的《水泥混凝土搅拌混合用水标准》（JGJ63）里面的相关规定标准进行检测，pH数值应该>4。水和石灰比例数值越大，隧道工程施工所用水泥混凝土的干燥性收缩率就越大。
　　4.3 严格控制水泥混凝土作业方案
　　（1）提升打孔工艺手段，提升钻孔系数指标，提升光洁表面爆燃效果，强化隧道工程挖掘剖面检验，严格管控超级欠挖工艺水平，为隧道工程衬砌作业创造优质的现场工作条件。（2）隧道工程水泥混凝土二次衬砌作业周期，应当在围岩层与初始阶段支撑防护形变基本趋于稳固时实行。当围岩层形变非常明显、流变特征变化显著，需要提前实行二次衬砌的时候，一定要对初始阶段支撑防护或者衬砌结构采取强化手段。（3）水泥混凝土的搅拌与混合。a.作业原材料严格按一定比例进行计量，定期监测校正计量设备。提升砂石原材料含水比例的检验标准，及时优化水泥混凝土搅拌混合的用水量。b.管控水泥混凝土入模时的温度。在暑期作业时，当温度>+32℃时，砂石原材料、搅拌设备应该搭建遮阳棚，使用凉水清洗碎石原材料使其温度降低。尽可能安排在晚间灌注水泥混凝土。（4）水泥混凝土的浇筑施工工艺。a.水泥混凝土在输送与泵送进程中严格禁止注水。b.逐渐减缓水泥混凝土的浇筑频率，两端的边缘墙体进行对称分层浇筑，到墙、拱交界处停止1小时至1.5小时，等到边缘墙体水泥混凝土在下沉稳固以后，再进行浇筑拱形区域的水泥混凝土。
　　5 结束语
　　施工现场作业监察测量与数据化作业管控，施工现场监察测量是监测作业中围岩可靠性，校核理论设计和现场作业是否采用科学适当的关键及主要解决方案，做好监察测量并实时将测量捕捉到的数据反应到理论设计与现场施工中去，这样可以及时掌握围岩与支撑保护在现场作业过程中的应力动态和平稳固定程度，以此确保现场作业的施工安全性。
　　参考文献：
　　[1]张明.结构可靠度分析：方法与程序[M].科学出版社，2009.
　　[2]程五一，王贵和，吕建国.系统可靠性理论[M].中国建筑工业出版社，2010.
　　[3]公路隧道施工[M].人民交通出版社，2001.
　　[4]施炳华，吴广彬，杨建中，等.模板挠度计算方法的探讨[J].施工技术，2000（03）：20-30.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15250441.htm