隧道衬砌裂缝分析与防治措施

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1、隧道衬砌裂缝分析与防治措施张辉杨建礼（中铁隧道集团二处有限公司，河北燕郊065201）摘要：隧道混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要区别对待，根据实际情况解决问题。 关键词：隧道裂缝产生原因隧道混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，本文对混凝土工程中常见的一些裂缝问题进行了探讨分析，并针

2、对具体情况提出了一些预防措施。　　一、前言   　　混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝，其产生根本原因是

3、混凝土中的拉应力超过了混凝土的抗拉强度。   　　混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响隧道的外观、使用寿命，严重者将会威胁到人们的生命和财产安全。近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内。  　　混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原

4、因引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要区别对待，根据实际情况解决问题。  二、下面就对地隧道施工中影响较大的温度裂缝和收缩裂缝产生的原因进行分析并提出一些相应的控制措施。1、温度裂缝1.1产生原因温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差隧道变化较大地段的混凝土结构中。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热（当水泥用量在350～550kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚

5、至更高），由于拱墙混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，当温差超过一定值时，就会造成内胀外缩，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在约束条件下，混凝土浇筑块产生的温差引起的温度变形大小决定于温差ΔT与热膨胀系数α的乘积，即α×ΔT，当α×ΔT超过混凝土的极限抗拉值εp时，就会出现

6、裂缝,即当α×ΔT≥εp。（1）由于混凝土存在徐变和塑性变形，并且不可能受到绝对约束,因此上式可修正为α×ΔT/K≥εp（2）因此ΔT≥K×εp/α（3）实验表明：K值大约为5～6，故ΔT≥25℃，通过3式可以证明混凝土的防裂主要是控制内外温差<25℃就可以防止开裂（实践证明当混凝土本身温差达到25℃～26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力）。　　　温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间

7、较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，当隧道内温度环境较低时裂缝较宽，温度环境较高时裂缝较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。 1.2易发生此类裂缝的部位:1）薄构件与厚构件相连之处易发生裂缝，因为薄构件与厚构件温度变化速率不同，因而收缩也不同，容易产生拉应力。2）各种施工缝，因为施工缝处新老混凝土之间几乎不能承受抗拉强度。2、沉降收缩裂缝2.1产生原因混凝

8、土浇筑后，在重力的作用下，粗骨料等比重大的颗粒缓慢沉降密实，水、气泡等比重小的组分浮至混凝土面层，出现分层现象（图1）。混凝土因沉降竖向体积缩小1%。坍落度越大，保水性越差，凝结时间越长及混凝土越厚时，沉降收缩量越大。图1在施工过程中，因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等也可导致沉降收缩裂缝的产生。目前隧道施工中，拱衬砌混凝土多采用衬砌模板台车施工，由于模板刚度不足致使混凝土结构产生裂缝的情况也有发生。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂