隧道二襯裂縫成因與防治措施

隧道二襯裂縫成因與防治措施一、 引言隧道襯砌產(chǎn)生裂縫的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，他不是單單由于一個(gè)或某個(gè)特殊原因直接引起的，往往是在多個(gè)原因共同作用下造成的。隧道襯砌產(chǎn)生裂縫，影響了混凝土外觀，更嚴(yán)重者直接導(dǎo)致內(nèi)部構(gòu)造產(chǎn)生破壞，影響后期運(yùn)營(yíng)與維護(hù)。本人從事于隧道施工單位，由于隧道襯砌本身特殊結(jié)構(gòu)性，暫將由于設(shè)計(jì)原因?qū)λ淼酪r砌產(chǎn)生的影響假設(shè)為很小，著重對(duì)因其他原因?qū)σr砌產(chǎn)生裂縫加以論述。二、 工程實(shí)例線(xiàn)路內(nèi)隧道右洞于11月貫通并進(jìn)行二襯施工，右洞于次年3月才貫通。左、右洞二襯均以同一時(shí)間、同一樁號(hào)開(kāi)始施做。在此期間伴隨左、右洞正常開(kāi)挖，且二襯距初期支護(hù)距離始終保持100米左右。8月進(jìn)行隧道排查，左、右洞二襯有以下發(fā)現(xiàn)：洞口段二襯出現(xiàn)了不同程度的斜縫和細(xì)小的不規(guī)則裂縫，縱縫處于邊墻部；明暗洞交接位置產(chǎn)生環(huán)向裂縫，自邊墻開(kāi)始，逐漸向拱頂發(fā)展；左洞與右洞連接的人行橫通道位置，此處設(shè)計(jì)為二級(jí)圍巖，但在通道頂部產(chǎn)生裂縫，向右洞方向延伸，裂縫沒(méi)有發(fā)展；出口段W極圍巖處，與施工縫平行走向沿環(huán)向從拱頂開(kāi)始，僅在拱頂中心線(xiàn)右側(cè)出現(xiàn)裂縫，目前趨于穩(wěn)定狀態(tài)。本人在研究上述隧道的同時(shí)，結(jié)合其他在建隧道，對(duì)隧道二襯裂縫進(jìn)行了研究，供大家施工經(jīng)驗(yàn)交流。三、 隧道襯砌綜合受力情況山區(qū)高等級(jí)公路的建設(shè)也越來(lái)越多，由于地形特殊和公路線(xiàn)形要求，隧道工程將越來(lái)越多，山區(qū)高速公路按新奧法修建的隧道中，圍巖是承載結(jié)構(gòu)的主體，錨噴支護(hù)僅承受部分松散荷載和圍巖形變壓力。在三級(jí)以下圍巖中，襯砌為安全儲(chǔ)備，不承受地層荷載；在四級(jí)以上圍巖中，襯砌除承受其他外力荷載外外，還承受部分圍巖形變壓力（圍巖變形未穩(wěn)定）。按隧道施工技術(shù)規(guī)范要求，襯砌的施工均在監(jiān)控量測(cè)完成后，圍巖變形穩(wěn)定后進(jìn)行，襯砌主要承受自重及圍巖彈性抗力，四、 隧道二襯裂縫常見(jiàn)形式及發(fā)生部位4.1裂縫出現(xiàn)在拱腰比拱頂多，雙線(xiàn)隧道多在拱腰，單線(xiàn)隧道主要產(chǎn)生在邊墻部位，沿隧道縱向（前進(jìn)方向）分布，裂縫平行于隧道軸線(xiàn)，為單條主要裂縫，裂縫之間沒(méi)有聯(lián)系。4.2裂縫發(fā)生在圍巖變化處附近，沿隧道環(huán)向分布，多為一條主縫及其分支。4.3發(fā)生在施工縫、沉降縫附近，沿隧道縱向分布。4.4裂縫發(fā)生沒(méi)有規(guī)律，呈隨機(jī)方向的開(kāi)裂，一般裂紋較細(xì)，多發(fā)生在拱部及洞口段。4.5裂縫單獨(dú)發(fā)生在施工縫附近，沿己澆筑好的混凝土與模板接觸面上，沒(méi)有規(guī)則分布。4.6裂縫沿混凝土澆筑時(shí)候的流動(dòng)方向，裂縫周邊有明顯“水印”，隧道縱向出現(xiàn)此縫居多。4.7裂縫發(fā)生在主洞與其他車(chē)行洞室、人形洞室、大型預(yù)留洞室交接處4.8裂縫發(fā)生在圍巖偏壓部位，如連供隧道中隔墻，小凈距隧道中夾巖部分4.9發(fā)生在邊墻部位，上下臺(tái)階接茬處，裂縫多為自下而上發(fā)展，伴隨水溝電纜槽也發(fā)生裂紋。4.10裂縫發(fā)生部位無(wú)規(guī)則，但裂縫一般均和隧道縱軸呈45。左右分布五、 原因分析隧道襯砌產(chǎn)生裂縫的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，是在多個(gè)原因共同作用下造成的。二襯混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的。自然原因：1.1山體的偏壓和隧道建成后圍巖的擾動(dòng)等也是產(chǎn)生裂縫的原因，監(jiān)控量測(cè)相對(duì)只是短時(shí)間量測(cè)，隧道襯砌完成后長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，巖石還釋放應(yīng)力，處于偏壓、埋深不均勻等情況的隧道，均會(huì)產(chǎn)生不同程度的裂縫。1.2在北方山區(qū)溫冬季寒冷，每年夏冬季節(jié)溫差也無(wú)規(guī)律隧道建成后，洞內(nèi)溫度低，溫差循環(huán)無(wú)規(guī)律，風(fēng)流量也大，這也是造成施工完成隧道產(chǎn)生裂縫的原因之一。設(shè)計(jì)原因：一般來(lái)說(shuō)，隧道襯砌是由拱形或環(huán)形構(gòu)造為主要設(shè)計(jì)主體的，考慮其為受壓構(gòu)件，故在設(shè)計(jì)階段一般都不加重對(duì)其防止開(kāi)裂采取對(duì)策.由于隧道為隱蔽工程，山體巖層無(wú)規(guī)律，對(duì)巖層的判斷難度較大。設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)前的勘測(cè)不準(zhǔn)確，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、內(nèi)部巖層走向、圍巖變化、地貌判斷等不準(zhǔn)確，不細(xì)致。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工產(chǎn)生誤導(dǎo)，在圍巖較差部分，支護(hù)安全系數(shù)低，襯砌厚度設(shè)計(jì)不足，影響結(jié)構(gòu)的安全。巖層突發(fā)變化的特殊地段，如地質(zhì)變化段，圍巖分級(jí)處未進(jìn)行有效加固，采取特殊處理措施，也會(huì)導(dǎo)致隧道在襯砌完成后或在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生病害。施工客觀原因：3.1施工環(huán)境、材料的局限性混凝土本身的干縮與冷縮也是產(chǎn)生裂縫的重要原因，隧道二襯完成后，由于其特殊原因，不能參照普通大體積混凝土對(duì)預(yù)防干縮、冷縮進(jìn)行處理，局限性的存在也是影響隧道裂縫的原因。一般在十熱或刮風(fēng)天氣，隧道內(nèi)干燥、風(fēng)速大，產(chǎn)生的裂縫多為中間寬、兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一，互不連貫。裂縫產(chǎn)生原因是由于混凝土在塑性狀態(tài)時(shí)，剛開(kāi)始終凝，而由于天氣炎熱，陽(yáng)光直射，刮大風(fēng)，使混凝土表面水分蒸發(fā)過(guò)快，混凝土表面產(chǎn)生急劇的體積收縮，此時(shí)混凝土尚未有強(qiáng)度，而致使混凝土表面出現(xiàn)龜裂。裂縫多為表面性的平行線(xiàn)狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05?0.2mm之間。在隧道施工中較常出現(xiàn)在洞口襯砌，特別是中短隧道開(kāi)挖貫通后，靠近洞門(mén)處的襯砌，由于空氣對(duì)流速度大，空氣干燥，陽(yáng)光直射，較易形成此類(lèi)裂縫。3.2堿一骨料反應(yīng)的影響堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的由于化學(xué)反應(yīng)而引起的裂縫?；炷良铀?dāng)嚢韬螅嘀械膲A不斷溶解.這種堿液與活性骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)。析出膠狀的堿一硅膠.從周?chē)橘|(zhì)中吸水膨脹.其體積可增大3倍，從而使混凝土漲裂。這種裂縫的特點(diǎn)是?縫呈雜亂的地圖狀?？p中有白色沉淀的膠體。對(duì)于這種裂縫的預(yù)防措施是，要求水泥、摻合料、外加劑、水的堿含量不能超標(biāo)，控制混凝土內(nèi)堿含量。洞口段，二襯混凝土內(nèi)鋼筋較密，在邊墻底部經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。3.3地基不均勻沉降當(dāng)隧道的地基處于不同類(lèi)別圍巖交界處時(shí)，在連拱隧道中隔墻部分，在小凈距隧道中夾巖一側(cè)等，隧道仰拱或填充混凝土施工完畢后，地基受力產(chǎn)生不均勻沉降，在隧道的仰拱和邊墻（中隔墻）底部出現(xiàn)下寬上窄的裂縫，逐漸貫穿整個(gè)邊墻或中隔墻并發(fā)展到拱頂當(dāng)沉降達(dá)到極限后趨于穩(wěn)定而停止發(fā)展。4施工主觀原因：4.1施工工序的影響。連拱隧道或小凈距施工工序遠(yuǎn)較分離式隧道復(fù)雜，在施工中若出現(xiàn)和隧道施工力學(xué)原理相悖的情況，會(huì)導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，先行洞開(kāi)挖應(yīng)超前后行洞，先行洞二襯斷面應(yīng)落后后行洞開(kāi)挖面。當(dāng)施工中做法不妥當(dāng)時(shí)爆破作業(yè)和后期支護(hù)變形會(huì)對(duì)左右洞二襯受力不均勻，導(dǎo)致先施工的左洞二襯開(kāi)裂。4.2初期支護(hù)質(zhì)量產(chǎn)生的影響光面爆破不夠完善，圍巖超挖部分襯砌變厚，而局部欠挖又侵入襯砌，使得襯砌厚度不均勻。由于襯砌局部偏簿等原因，在襯砌內(nèi)形成了多處簿弱面。造成斷面局部應(yīng)力過(guò)大的二次襯砌開(kāi)裂。圍巖級(jí)別較差部分，由于鋼架支護(hù)施工的特殊性，背后超挖部分回填一些片石、雜物等，表面只用一層噴射混凝土覆蓋，襯砌背后不密實(shí)，同樣造成襯砌開(kāi)裂。4.3大、小型塌方的影響裂縫較易出現(xiàn)在塌方處理段。處理塌方，普遍采用拱上套拱，回填漿砌片石，預(yù)留注漿孔的辦法，這些方法都要求塌方回填穩(wěn)定，支撐牢固，出水點(diǎn)引排水通暢，并確保注漿時(shí)水路不被堵塞。然而回填料的選擇、回填的密實(shí)度、回填是否對(duì)初期支護(hù)產(chǎn)生壓力、未能回填部分空洞的大小，都直接對(duì)二次襯砌產(chǎn)生影響。4.4二襯施工方法的影響混凝土集料的選擇、防水混凝土配比的確定、外加劑種類(lèi)及摻量的選擇、混凝土的攪拌、運(yùn)輸、振搗、模板臺(tái)車(chē)的安裝調(diào)試、二襯拆模時(shí)間、成品混凝土實(shí)體養(yǎng)護(hù)等。都會(huì)對(duì)二襯混凝土產(chǎn)生影響，錯(cuò)誤的施工操作也是使其產(chǎn)生裂紋的主要因素。六、 預(yù)防措施1、 合理選用外加劑和摻合料優(yōu)化混凝土配合比對(duì)水泥、砂子、石子、外加劑、拌和用水的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)，必須滿(mǎn)足相應(yīng)規(guī)范要求。，提高混凝土的和易性，降低混凝土的泌水性，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。2、 保證混凝土攪拌、運(yùn)輸、澆筑的規(guī)范程度混凝土攪拌嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比，運(yùn)輸采用專(zhuān)用混凝土罐車(chē)，混凝土澆筑必須分層、振搗，連續(xù)澆筑高度不超過(guò)1m.相鄰2層澆筑時(shí)問(wèn)問(wèn)隔不超過(guò)2h，以確保上下層混凝土在初凝之前的牢同結(jié)合3、 采用整體式模板臺(tái)車(chē)整體模板臺(tái)車(chē)剛度大，有利于混凝土澆筑期問(wèn)和澆筑完成后，保證模板不發(fā)生下沉、變形，避免微裂縫產(chǎn)生。4、 合理設(shè)置變形縫施工縫與沉降縫合理布置。施工縫、沉降縫參數(shù)是由設(shè)計(jì)單位根據(jù)所設(shè)計(jì)隧道的襯砌形式、襯砌混凝土彈性模量、巖石應(yīng)力即當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r等數(shù)值計(jì)算得出，而不得根據(jù)經(jīng)驗(yàn)隨意定。5、 混凝土實(shí)體后期養(yǎng)護(hù)與維護(hù)防水抗裂混凝土屬于高性能混凝土，設(shè)計(jì)配合比摻加了大量的摻合料.早期強(qiáng)度增長(zhǎng)一般較為緩慢，后期強(qiáng)度有較高的持續(xù)增長(zhǎng)，拆模過(guò)早易引起混凝土