（中铁隧道勘测设计院有限公司 天津 300000）
摘要：目前隧道衬砌主要采用钢筋混凝土结构，隧道衬砌裂缝，尤其是二次衬砌裂缝是隧道的严重病害之一，给施工质量和运营安全带来不利影响。随着铁路、公路建设项目迅速增加，隧道工程越来越多出于地形地貌及线性的要求，给隧道设计和施工提出了越来越高的要求。
关键词：山岭隧道；衬砌；裂缝
随着我国近年来公路、铁路隧道的规模不断增加，运营期隧道衬砌结构的病害也逐渐暴露出来，根据有关单位对5000座铁路隧道调查的统计资料，1/3的隧道存在着衬砌结构裂缝和渗漏水等病害。截至2007年底全国公路隧道病害为4673处、约2.56×106m，通过初步调查，其主要病害形式为严重渗漏水、结构衬砌的腐蚀裂损、仰拱或铺底的变形损坏导致路面的破坏等，为隧道的后期运营带来了安全隐患[1]。
1 裂缝的类型
1.1干缩裂缝
混凝土在硬化过程中水分蒸发散失，使水泥中的凝结胶体干燥收缩产生变形，由于受到围岩和模板的约束，变形产生应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现干缩裂缝[2]。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，决定了混凝土受力分布，裂缝一般产生在环向的位置，且宽度较小，主要与混凝土的性质、配合比有关。
1.2 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问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[5]。设计厚度越大，产生温度裂缝的可能也就越大。有些铁路隧道的特殊地段，设计盲目追求二次衬砌厚度从而忽视了初期支护所起的作用，对二次衬砌混凝土质量是极其不利的。
1.3 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。
1.4施工缝
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筑混凝土，致使新旧混凝土接茬处出现裂缝。
2 开裂成因分析
混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计资料显示，施工不规范造成的混凝土裂缝占80%左右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15%左右，设计不当引起的裂缝可能占5%。
2.1 设计粗糙
地下工程本身的荷载复杂，结构设计困难较地面建筑大，带有很多的未知性。每个工程所面对的地质条件各异，由于多方面的原因，勘察设计单位无法深入地开展地质勘探工作，隧道围岩类别评价及支护结构设计缺乏科学依据，带有一定的肓目性。加之现在地下工程的理论发展还有许多不足，很多的设计是根据以往的工程检验提出的，其准确性未达理想程度。
2.2 原材料质量、配合比设计[6]
碱骨料反应形成的碱—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：裂缝呈杂乱的地图状，缝中有白色沉淀的胶体。
水泥品种的选择。一些水泥配制的衬砌混凝土收缩变形较大，可产生裂缝；一些水泥配制的衬砌混凝土收缩变形较小，不易产生裂缝。
骨料。一些骨料配制的衬砌混凝土收缩变形较大，衬砌易产生裂缝；另一些骨料配制的衬砌混凝土收缩变形较小，衬砌不易产生裂缝。
混凝土水灰比。水灰比越大，收缩变形越大，衬砌越易产生裂缝。泵送混凝土水泥浆量大，水化热也大，是隧道衬砌混凝土开裂的主要原因。
2.3 施工工艺或现场操作
施工操作方法：不捣固或手工捣固质量较差的衬砌混凝土收缩变形较大，衬砌易产生裂缝。
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采用矿山法施工时，光面爆破不够完善，局部欠挖，衬砌厚度不均匀，以致断面局部应力过大。
养护时间越长，养护条件越好，衬砌混凝土收缩变形越好，衬砌越不易产生裂缝。
2.4 环境因素的影响
夏季施工时混凝土入模温度高，冬期施工时采取的防寒保温措施不力，会造成混凝土的温度梯度过大，产生温度应力。使用环境湿度越小，养护不足，衬砌混凝土收缩变形越大，衬砌越易产生裂缝。
2.5 地质条件
主要由于受软弱围岩松动压力，大变形岩体的挤压，偏压隧道的不均匀受力，相邻洞室开挖的相互影响等因素作用，改变了隧道的受力状况，出现应力重分布或局部应力集中，导致隧道结构变形、侵限或破坏。隧道所处底层不均，造成隧道偏压，受力不均匀，形成局部开裂。底层不均也会造成沉降的不均，造成应力不均，产生沉降缝[4]。
3 混凝土裂缝的防治
对隧道衬砌裂缝的治理，可照以下原则进行：对干缩裂缝以充填封闭为主；对渗水裂缝以堵为主，排堵结合[7]。
3.1 干缝治理
直接涂抹法
直接涂抹法主要是针对裂缝宽度在0.1～0.3 mm之间，且无明显的剪切滑移和渗漏水迹象，对结构的承载能力影响不大，不影响结构安全和正常使用的裂缝，采用水泥基渗透结晶型材料进行涂抹处理。
埋管灌浆法
对于衬砌混凝土裂缝宽度在0.3～0.5mm之间，范围较大或有明显错动迹象，对结构的承载能力会产生一定的影响，采用埋管直接注浆法修补加固。
凿槽嵌补法
如衬砌混凝土裂缝宽度在0.3～0.5mm之间，且无明显的剪切错动和渗漏水迹象，裂缝范围较小、数量较少，可采用凿槽嵌补法修补。
3.2 渗水裂缝治理
当裂缝渗水量较大(以线状流出)时，如果渗水含泥砂且水压大时，先做引排比较合适，这样可以减少水对结构的压力。对于不便引排的细小裂缝或孤立的渗水点，采取堵的方式比较合适。封堵主要采用槽缝封堵和注浆封堵。
3.3 提高设计精度
设计时应根据隧道的工程地质、水文地质条件及周围环境、气候、气象资料，合理选择混凝土结构的断面形式、强度等级、厚度、配筋形式、变形缝位置等设计参数，确保结构不仅能满足使用功能，而且能够避免在隧道施工和运营中产生裂缝。
3.4 严格控制原材料的质量和配合比
使用低水化热、细度偏小、不易产生收缩裂缝的水泥配制衬砌混凝土；尽量选用膨胀水泥或在混凝土中添加膨胀剂，配制膨胀混凝土，补偿一部分混凝土收缩。尽量选择石灰岩等强度高、硬度大、含泥量低的粗骨料和含泥量低的细骨料配制衬砌混凝土，减少混凝土收缩变形。做好混凝土试验配合比，确定能够减少衬砌收缩变形的混凝土配合比。在满足施工操作要求的条件下，尽量降低混凝土坍落度，从而降低水灰比，减少用水量和水泥用量。
3.5 严格混凝土施工工艺
提高钻眼技术水平，优化钻爆参数，加强隧道开挖断面检测，严格控制超欠挖，为衬砌施工创造良好的条件。二次衬砌施作时间，应在围岩和初期支护变形基本稳定时进行。当围岩变形较大、流变特性明显，需提前进行二次衬砌时，必须对初期支护或衬砌结构进行加强。
4 结语
隧道衬砌混凝土抗裂的措施是贯穿于隧道整个设计施工过程的，应环环把关，严格控制，在每一个细节处严格按照规定处理，精益求精，以达到后期隧道理想的运营效果。
参考文献
[1]高军．新建铁路隧道二衬开裂与渗漏成因和防治措施[J]．铁道技监督．Vol.38(8):14~16
[2]陈智，禹化伟．铁路山岭隧道二次衬砌贯穿裂缝的预防[J]．铁道工程学报．2010(7): 60~63
[3]李固华，郭建国．隧道衬砌裂缝和渗漏的成因、预防及治理[J]．铁道建筑．2003(1): 23~25
[4]潘洪科，杨林德，黄 慷．公路隧道偏压效应与衬砌裂缝的研究[J]．岩石力学与工程学报．2005(8)：3311~3315
[5]王铁梦．工程结构裂缝控制[M]．中国建筑工业出版社．1997
[6]冯乃谦．实用混凝土大全[M]．北京：科学出版社，2001
作者简介：
丁亚雷（1989—），男，河南平顶山人，助理工程师，硕士，主要从事城市轨道交通及市政隧道设计工作。
论文作者:丁亚雷
论文发表刊物:《基层建设》2016年5期
论文发表时间:2016/6/27
标签：裂缝论文; 混凝土论文; 隧道论文; 应力论文; 骨料论文; 围岩论文; 结构论文; 《基层建设》2016年5期论文;