铁路山岭隧道二次衬砌贯穿裂缝的预防经验

1、铁路山岭隧道二次衬砌贯穿裂缝的预防经验    论文导读：隧道二次衬砌裂缝是隧道的严重病害之一，裂缝的产生对安全、质量甚至运营带来不利影响，本文结合工程所处环境及混凝土施工中遇到的问题展开分析，对二次衬砌混凝土的裂缝成因进行了简要讨论，提出了裂缝产生的几种关键影响因素，并对预防裂缝产生及裂缝的修补提出建议，以更大程度地避免裂缝的产生。 关键词：裂缝温度荷载变形施工缝    0 引言 近年来，我国铁路基础建设事业迅猛发展，山岭地区新建铁路越来越多，隧道工程所占的比例逐步增大。隧道衬砌混凝土开裂现象较为常见，经常困扰着隧

2、道施工技术人员。如果对施工过程进行更加精细管理，或有针对性地采取一定的措施，很多衬砌混凝土裂缝是可以控制的。现结合某客运专线铁路隧道施工过程中遇到的二次衬砌开裂问题进行简要分析，提出几点在施工中切实可行的办法，以做到防患未然。混凝土裂缝主要指宽度大于0.2mm1,2,3,4的裂缝，尤其是贯穿裂缝危害最大。隧道裂缝将影响隧道结构的稳定，缩短隧道使用寿命，导致巨大的经济损失5。 1 工程概况 某隧道全长约3km，处花岗岩地层，年最高气温37摄氏度，最低气温-3摄氏度，最冷月平均气温3.6摄氏度。 在开工一年后，隧道内各种地段存在不同程度的裂缝，其中有8条贯穿裂缝，有7条位于距洞口300米以内的地段

3、。论文检测，裂缝温度荷载变形施工缝。论文检测，裂缝温度荷载变形施工缝。1条裂缝位于距洞口300m1000m的已施做二次衬砌地段。裂缝最宽处达2mm，属严重裂缝。 表1 裂缝基本情况      裂缝类型    裂缝情况    裂缝宽度(mm)    裂缝分布（条）    总长度（m）     环向    纵向 

4、    型    轻微    缝宽 0.2    23    2    144.2     型    明显    缝宽 0.20.4    10    0 &#

5、160;  146.3     型    严重    缝宽 0.4    8    0    96.4     合计    41    2    386.9  

6、   二次衬砌贯穿裂缝对隧道的危害最大，首先，贯穿裂缝降低了二衬混凝土的整体受力能力，带来施工甚至运营的安全隐患，其次，贯穿裂缝形成良好的渗水通道，混凝土及钢筋腐蚀速度加快，且裂缝的治理造成成本的大量浪费。 2 裂缝成因种类判别 隧道内二次衬砌混凝土裂缝的成因很复杂，但是，在主观方面，施工技术、设计占一定比例客观方面，混凝土性能及环境变化也占很大比例。隧道内二次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其中 干缩裂缝：混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发，使新浇混凝土胶凝材料由于失水产生变形，变形产生应力，当应力超过混凝土

7、的抗拉强度时，便会形成裂缝。干缩裂缝一般发生在混凝土表面，走向没有规律，但是隧道的环形混凝土结构，决定了混凝土有的受力分布，裂缝一般产生在环向的位置，且宽度较小。影响混凝土干缩裂缝的主要因素有：水泥用量及水胶比、骨料级配及脱模后的养生。其中，养护可以改善这一问题，砼浇筑完成后养护不及时或措施不得力，会造成混凝土早期干缩，形成裂缝6。干缩裂缝为贯穿裂缝的产生提供了最初条件。 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。裂缝冬季较宽，夏季较窄。温度裂缝的产生主要与二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种、用量及水

8、胶比有关。 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。由于基础土体软硬不均，或局部存在松动土，即使在相同的外荷载作用下，也会产生不同的沉降量，从而引起混凝土开裂7。 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

9、筑混凝土,致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。 就此隧道出现的裂缝进行分析，衬砌混凝土设计厚度为30cm，排除了接茬缝及温度裂缝的因素，干缩裂缝及变形裂缝可能占了很大比例。论文检测，裂缝温度荷载变形施工缝。 3 裂缝成因分析 3.1施工影响因素分析 隧道从洞口至300m地段，围岩条件较差，设计为钢筋混凝土，且隧道底部设计有混凝土仰拱，排除了二次衬砌产生荷载变形的影响因素，但是钢筋的设置并不能有效地避免裂缝的发展。300m1000m地段围岩情况较优，属二级围岩，无混凝土仰拱，可能因施工不精细等原因存在干缩裂缝及荷载变形裂缝。 混凝土脱模后养护措施不到位，造成干缩裂缝的大量产生。 任何尚无荷载作用的混凝

10、土，它的组合材料包括水泥、水、砂、石、外加剂及掺合料等组分相互物理化学作用硬化成为一种多空隙复合材料，由于初始温度收缩应力作用而形成内部许多微观裂缝，这种裂缝在外力（包括失水收缩）作用下不断扩展，成为宏观裂缝，继续扩展对素混凝土迅速导致破坏。此外，设置了仰拱的地段，仰拱的浇筑与二次衬砌的混凝土浇筑是分开进行的，且仰拱的施作进尺较大，一般一次施作20m左右，即仰拱施工缝间距为20m，但是二次衬砌模板台车长度仅为10m，便造成了仰拱混凝土与二次衬砌混凝土收缩不同步，二者相互影响，造成与施工缝相邻的混凝土部位产生拉裂。 3.2混凝土性能影响因素分析 自从70年代末(19781979年)我国混凝土施工

11、工艺产生了巨大的进步泵送商品混凝土工艺。从过去的干硬性、低动性、现场搅拌混凝土转向集中搅拌，转向大流动性泵送浇注，水泥用量增加，砂率增加，骨料粒径减小，用水量增加等导致收缩及水化热增加。 钢筋混凝土设计强度等级为C30，素混凝土设计强度等级为C25。虽然混凝土中掺有占胶凝材料用量25%的粉煤灰、0.8%的高效减水剂以降低混凝土的水化热，但是干缩裂缝仍难以避免。混凝土56d强度满足设计，但是经试验结果显示，此处混凝土试件在养护至龄期一年后，强度均较高，C25及C30混凝土强度均达到C40等级以上。过高的强度对细微裂缝的产生有抑制作用，但是一旦混凝土已经产生了细微裂缝的情况下，对混凝土内部应力的重

12、新分配造成不利影响，结果会加剧早期产生的细微裂缝向贯穿裂缝的发展。论文检测，裂缝温度荷载变形施工缝。虽然衬砌内部有些设置了钢筋，但是钢筋的强度远远比不上混凝土收缩的内应力。 3.3环境影响因素 隧道地处微冻环境，施工过程中洞口段混凝土受环境温度变化影响很明显，较多裂缝产生在洞口段便说明了这一原因，洞内较深位置温度变化较小，裂缝数量较少。 据上述分析可知，隧道贯穿裂缝的产生及发展情况大致可如下表示： (1)洞口段混凝土 混凝土温度微裂缝产生干缩裂缝产生温度降低混凝土徐变收缩使较宽的裂缝发展为明显或严重裂缝； 混凝土温度微裂缝产生干缩裂缝产生仰拱混凝土收缩施工缝变宽致使相邻衬砌混凝土拉裂缝并发展为

13、贯穿裂缝； (2)洞内混凝土： 混凝土温度微裂缝产生干缩裂缝产生、沉降变形裂缝产生裂缝扩大。论文检测，裂缝温度荷载变形施工缝。 4 预防贯穿裂缝的措施 (1)采用高性能外加剂以大幅降低混凝土的用水量及水泥用量，采用细度模数2.7以上的中砂或粗砂； (2)控制混凝土入模温度（主要指夏季施工）； (3)加强施工过程中的养护，掺加外掺料的混凝土持续养护14天； (4)洞口设置帆布门帘，预留通风口及车辆通道，以减小温差对混凝土变形的影响； (5)仰拱混凝土施作长度与二次衬砌相同，确保混凝土仰拱与二次衬砌施工缝对缝施工； (6)控制混凝土的后期强度不宜过高； (7)加强喷射混凝土质量控制，确保做到让二次

14、衬砌混凝土作为隧道受力的富余。 5 有害裂缝的处理措施 对于缝宽0.2mm的裂缝进行凿槽嵌缝处理，嵌缝材料为水泥基柔性防水材料或聚硫密封胶。聚硫密封胶是以液态聚硫橡胶为主剂，加入补强剂、增韧剂、增粘剂、补强剂等配制成膏状物，具有良好的弹性，耐水、耐油、耐空气老化、耐冲击、耐高低温、无毒、无污染寿命长等特点，其性能见表2。 表2 聚硫密封胶技术性能      项目    适用期（h）    挤出性（g/min）    粘结拉伸强度（Mpa

15、）    最大拉伸长度（）    恢复率（）    热氧老化寿命（年）     指标    14    100    0.5    300    80    65   &

16、#160; 6 结论与思考 混凝土的裂缝向来是困扰施工技术的难题之一，裂缝产生的原因也多种多样，有早期裂缝也有后期产生的裂缝，裂缝在施工完成后的12年时间内趋于稳定，但是从原材料、混凝土、施工及环境变化几方面原因考虑并采用针对性的措施，有些裂缝是可以避免的，更好的实体质量给业主、设计、监理及施工单位也会带来良好信誉。 铁路耐久性混凝土最重要的要求便是混凝土有一定的抗渗及抗裂能力，但是现阶段评价混凝土耐久性的试验方法只依靠混凝土电通量指标（按照ASTM C 1202检测时氯离子在60V直流电压作用下6h内迁移通过混凝土的电量，可作为快速评价混凝土密实性的一个参数），却往往忽视了混凝土的抗裂性能，建议在混凝土配合比设计与施工过程中增加混凝土收缩试验等检测内容，以在真正意义上确保混凝土的抗收缩能力。论文检测，裂缝温度荷载变形施工缝。 混凝土原材料严格把关，并严格按规范要求进行混凝土配合比设计，混凝土生产过程中控制拌和站计量数据，减小计量误差，施工时对隧道底部虚碴认真清理，对有些不利影响因素如温差等提前制定措施预防，养成良好的施工习惯。不规范的地方尽早发现并及时纠正，让标准成为习惯，让习惯符合标准，相信混凝土的质量缺陷会越来越少。