隧道二衬裂缝成因与防治措施

隧道二衬裂缝成因与防治措施一、 引言隧道衬砌产生裂缝的原因错综复杂，他不是单单由于一个或某个特殊原因直接引起的，往往是在多个原因共同作用下造成的。隧道衬砌产生裂缝，影响了混凝土外观，更严重者直接导致内部构造产生破坏，影响后期运营与维护。本人从事于隧道施工单位，由于隧道衬砌本身特殊结构性，暂将由于设计原因对隧道衬砌产生的影响假设为很小，着重对因其他原因对衬砌产生裂缝加以论述。二、 工程实例线路内隧道右洞于11月贯通并进行二衬施工，右洞于次年3月才贯通。左、右洞二衬均以同一时间、同一桩号开始施做。在此期间伴随左、右洞正常开挖，且二衬距初期支护距离始终保持100米左右。8月进行隧道排查，左、右洞二衬有以下发现：洞口段二衬出现了不同程度的斜缝和细小的不规则裂缝，纵缝处于边墙部；明暗洞交接位置产生环向裂缝，自边墙开始，逐渐向拱顶发展；左洞与右洞连接的人行横通道位置，此处设计为二级围岩，但在通道顶部产生裂缝，向右洞方向延伸，裂缝没有发展；出口段W极围岩处，与施工缝平行走向沿环向从拱顶开始，仅在拱顶中心线右侧出现裂缝，目前趋于稳定状态。本人在研究上述隧道的同时，结合其他在建隧道，对隧道二衬裂缝进行了研究，供大家施工经验交流。三、 隧道衬砌综合受力情况山区高等级公路的建设也越来越多，由于地形特殊和公路线形要求，隧道工程将越来越多，山区高速公路按新奥法修建的隧道中，围岩是承载结构的主体，锚喷支护仅承受部分松散荷载和围岩形变压力。在三级以下围岩中，衬砌为安全储备，不承受地层荷载；在四级以上围岩中，衬砌除承受其他外力荷载外外，还承受部分围岩形变压力（围岩变形未稳定）。按隧道施工技术规范要求，衬砌的施工均在监控量测完成后，围岩变形稳定后进行，衬砌主要承受自重及围岩弹性抗力，四、 隧道二衬裂缝常见形式及发生部位4.1裂缝出现在拱腰比拱顶多，双线隧道多在拱腰，单线隧道主要产生在边墙部位，沿隧道纵向（前进方向）分布，裂缝平行于隧道轴线，为单条主要裂缝，裂缝之间没有联系。4.2裂缝发生在围岩变化处附近，沿隧道环向分布，多为一条主缝及其分支。4.3发生在施工缝、沉降缝附近，沿隧道纵向分布。4.4裂缝发生没有规律，呈随机方向的开裂，一般裂纹较细，多发生在拱部及洞口段。4.5裂缝单独发生在施工缝附近，沿己浇筑好的混凝土与模板接触面上，没有规则分布。4.6裂缝沿混凝土浇筑时候的流动方向，裂缝周边有明显“水印”，隧道纵向出现此缝居多。4.7裂缝发生在主洞与其他车行洞室、人形洞室、大型预留洞室交接处4.8裂缝发生在围岩偏压部位，如连供隧道中隔墙，小净距隧道中夹岩部分4.9发生在边墙部位，上下台阶接茬处，裂缝多为自下而上发展，伴随水沟电缆槽也发生裂纹。4.10裂缝发生部位无规则，但裂缝一般均和隧道纵轴呈45。左右分布五、 原因分析隧道衬砌产生裂缝的原因错综复杂，是在多个原因共同作用下造成的。二衬混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的。自然原因：1.1山体的偏压和隧道建成后围岩的扰动等也是产生裂缝的原因，监控量测相对只是短时间量测，隧道衬砌完成后长时间内，岩石还释放应力，处于偏压、埋深不均匀等情况的隧道，均会产生不同程度的裂缝。1.2在北方山区温冬季寒冷，每年夏冬季节温差也无规律隧道建成后，洞内温度低，温差循环无规律，风流量也大，这也是造成施工完成隧道产生裂缝的原因之一。设计原因：一般来说，隧道衬砌是由拱形或环形构造为主要设计主体的，考虑其为受压构件，故在设计阶段一般都不加重对其防止开裂采取对策.由于隧道为隐蔽工程，山体岩层无规律，对岩层的判断难度较大。设计单位在设计前的勘测不准确，对地质构造、内部岩层走向、围岩变化、地貌判断等不准确，不细致。对现场施工产生误导，在围岩较差部分，支护安全系数低，衬砌厚度设计不足，影响结构的安全。岩层突发变化的特殊地段，如地质变化段，围岩分级处未进行有效加固，采取特殊处理措施，也会导致隧道在衬砌完成后或在运营过程中产生病害。施工客观原因：3.1施工环境、材料的局限性混凝土本身的干缩与冷缩也是产生裂缝的重要原因，隧道二衬完成后，由于其特殊原因，不能参照普通大体积混凝土对预防干缩、冷缩进行处理，局限性的存在也是影响隧道裂缝的原因。一般在十热或刮风天气，隧道内干燥、风速大，产生的裂缝多为中间宽、两端细且长短不一，互不连贯。裂缝产生原因是由于混凝土在塑性状态时，刚开始终凝，而由于天气炎热，阳光直射，刮大风，使混凝土表面水分蒸发过快，混凝土表面产生急剧的体积收缩，此时混凝土尚未有强度，而致使混凝土表面出现龟裂。裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05〜0.2mm之间。在隧道施工中较常出现在洞口衬砌，特别是中短隧道开挖贯通后，靠近洞门处的衬砌，由于空气对流速度大，空气干燥，阳光直射，较易形成此类裂缝。3.2碱一骨料反应的影响碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。混凝土加水搅拌后，水泥中的碱不断溶解.这种碱液与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应。析出胶状的碱一硅胶.从周围介质中吸水膨胀.其体积可增大3倍，从而使混凝土涨裂。这种裂缝的特点是•缝呈杂乱的地图状。缝中有白色沉淀的胶体。对于这种裂缝的预防措施是，要求水泥、掺合料、外加剂、水的碱含量不能超标，控制混凝土内碱含量。洞口段，二衬混凝土内钢筋较密，在边墙底部经常会发生这种现象。3.3地基不均匀沉降当隧道的地基处于不同类别围岩交界处时，在连拱隧道中隔墙部分，在小净距隧道中夹岩一侧等，隧道仰拱或填充混凝土施工完毕后，地基受力产生不均匀沉降，在隧道的仰拱和边墙（中隔墙）底部出现下宽上窄的裂缝，逐渐贯穿整个边墙或中隔墙并发展到拱顶当沉降达到极限后趋于稳定而停止发展。4施工主观原因：4.1施工工序的影响。连拱隧道或小净距施工工序远较分离式隧道复杂，在施工中若出现和隧道施工力学原理相悖的情况，会导致裂缝的出现和发展，先行洞开挖应超前后行洞，先行洞二衬断面应落后后行洞开挖面。当施工中做法不妥当时爆破作业和后期支护变形会对左右洞二衬受力不均匀，导致先施工的左洞二衬开裂。4.2初期支护质量产生的影响光面爆破不够完善，围岩超挖部分衬砌变厚，而局部欠挖又侵入衬砌，使得衬砌厚度不均匀。由于衬砌局部偏簿等原因，在衬砌内形成了多处簿弱面。造成断面局部应力过大的二次衬砌开裂。围岩级别较差部分，由于钢架支护施工的特殊性，背后超挖部分回填一些片石、杂物等，表面只用一层喷射混凝土覆盖，衬砌背后不密实，同样造成衬砌开裂。4.3大、小型塌方的影响裂缝较易出现在塌方处理段。处理塌方，普遍采用拱上套拱，回填浆砌片石，预留注浆孔的办法，这些方法都要求塌方回填稳定，支撑牢固，出水点引排水通畅，并确保注浆时水路不被堵塞。然而回填料的选择、回填的密实度、回填是否对初期支护产生压力、未能回填部分空洞的大小，都直接对二次衬砌产生影响。4.4二衬施工方法的影响混凝土集料的选择、防水混凝土配比的确定、外加剂种类及掺量的选择、混凝土的搅拌、运输、振捣、模板台车的安装调试、二衬拆模时间、成品混凝土实体养护等。都会对二衬混凝土产生影响，错误的施工操作也是使其产生裂纹的主要因素。六、 预防措施1、 合理选用外加剂和掺合料优化混凝土配合比对水泥、砂子、石子、外加剂、拌和用水的各项指标应通过试验，必须满足相应规范要求。，提高混凝土的和易性，降低混凝土的泌水性，提高混凝土结构耐久性。2、 保证混凝土搅拌、运输、浇筑的规范程度混凝土搅拌严格按照设计配合比，运输采用专用混凝土罐车，混凝土浇筑必须分层、振捣，连续浇筑高度不超过1m.相邻2层浇筑时问问隔不超过2h，以确保上下层混凝土在初凝之前的牢同结合3、 采用整体式模板台车整体模板台车刚度大，有利于混凝土浇筑期问和浇筑完成后，保证模板不发生下沉、变形，避免微裂缝产生。4、 合理设置变形缝施工缝与沉降缝合理布置。施工缝、沉降缝参数是由设计单位根据所设计隧道的衬砌形式、衬砌混凝土弹性模量、岩石应力即当地气候情况等数值计算得出，而不得根据经验随意定。5、 混凝土实体后期养护与维护防水抗裂混凝土属于高性能混凝土，设计配合比掺加了大量的掺合料.早期强度增长一般较为缓慢，后期强度有较高的持续增长，拆模过早易引起混凝土