引水隧洞二次衬砌裂缝防治技术

刘月华

（中铁十八局集团有限公司　天津　300222）

引水隧洞二次衬砌裂缝防治技术

刘月华

（中铁十八局集团有限公司天津300222）

在引水隧洞施工中，二次衬砌混凝土裂缝是一个较为普遍的质量问题。针对混凝土裂缝成因，结合工程实际提出一些裂缝的处理方法，对类似工程在提高衬砌混凝土质量和二次衬砌缺陷处理方面有一定的借鉴意义。

引水隧洞二次衬砌混凝土裂缝缺陷处理原因分析防治

1　概述

随着国家建设发展，山岭地区修建的水利工程越来越多，其中引水隧洞往往占较大比例。现阶段隧洞二次衬砌普遍采用整体式钢模板台车，混凝土泵送入模的施工工艺。在施工中，会出现诸如蜂窝麻面、露筋、错台、裂缝等质量通病影响混凝土的内在质量和外形美观，其中尤以隧洞衬砌裂缝较为普遍和比较难处理，有些裂缝对工程实体质量造成隐患，需要采取合理的工程技术措施加以处理，以减少混凝土出现裂缝的数量并降低其危害程度。

作者参与修建的某水利项目引水隧洞工程，主洞全长29.4 km，隧洞围岩为混合花岗岩，完整性较好，围岩为Ⅱ、Ⅲ类；隧洞埋深200～300 m，衬砌断面为马蹄形，成型断面宽高均为7.28 m，衬砌厚度根据围岩类别分为30 cm、40 cm和50 cm三种，混凝土标号为C35。为保证工程质量，减少裂缝对工程质量造成的危害，结合工程实际就裂缝的防治方面提出预防或减少裂缝产生的技术措施。

2　隧洞裂缝的类型

隧洞二次衬砌裂缝主要类型有：干缩裂缝、温度裂缝、变形裂缝、接茬缝及其他原因造成的裂缝等。

2.1干缩裂缝

混凝土在硬化过程中，由于内外温湿度变化不均及水分蒸发不均使凝结胶体干燥收缩产生变形，受到围岩约束产生应力，当应力超出混凝土的抗拉强度时，就出现干缩裂缝。裂缝为表面性，宽度较细。其走向纵横交错，没有规律。干缩裂缝成因主要有：

（1）二次衬砌脱模后养护不当，造成混凝土表面水分散失快，体积收缩大，而内部湿度变化很小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束，出现拉应力，引起混凝土表面开裂。

（2）混凝土表面湿度发生剧烈变化。

（3）采用含泥量大的砂石骨料配制混凝土。

（4）混凝土浇筑时过度振捣，造成表面形成水泥含量较多的砂浆层。

2.2温度裂缝

混凝土在浇筑硬化的过程中会产生大量的水化热，由于混凝土体积较大，导致内外散热不均匀，外快内慢，使得内外热胀冷缩的程度不同，这样混凝土表明会形成一定的拉应力，由此就形成了温度裂缝。

水利隧洞环境温度变化较小，出现温度裂缝主要与衬砌厚度、水泥品种及用量有关。

2.3变形裂缝

衬砌施工前由于仰拱和边墙基础清理不彻底，导致浇筑后的混凝土出现不均匀沉降，在自重和外力作用下发生变形出现的裂缝。

出现变形裂缝主要是施工时基础面清理不符合要求造成的。

2.4接茬缝

衬砌施工过程中出现的诸如停电、设备故障等造成混凝土浇筑中断时间超出混凝土的初凝时间，加之未采取凿毛、铺筑砂浆垫层等技术措施，导致新旧混凝土接合处出现明显分层的接茬缝。

接茬缝的出现主要是浇筑时因发生意外情况，导致混凝土浇筑不连续造成的。

2.5其他原因造成的裂缝

在水利工程施工中，有些衬砌洞段未设计防水板、排水管排水措施。在淋、渗水段衬砌施工前，采用阻水灌浆对围岩进行阻水，由于采用阻水灌浆往往不能将该淋、渗水洞段出水全部封堵住造成在衬砌施工前，仍有少量点滴水、围岩呈现局部或大面积面渗。在此种情况下，如未采取局部设置排水板、防水板或埋管引排等措施就进行衬砌混凝土施工，往往在脱模后，混凝土表面出现数道不规则出水裂缝。

出现该裂缝的主要原因是浇筑前未将淋、渗水进行有效封堵或引排，造成出水段混凝土强度偏低，出现薄弱段，随着侵入水量的不断增加，最终形成贯穿渗水裂缝。

3　混凝土裂缝成因分析

衬砌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。施工原因、材料原因、设计原因及围岩地质条件等都可能造成二次衬砌混凝土裂缝。

3.1施工操作不规范

（1）隧洞在开挖施工时爆破成型效果较差，造成衬砌混凝土厚度不匀。（2）未严格按照设计要求进行围岩监控量测，造成衬砌施工前，围岩收敛变形不满足衬砌要求。（3）浇筑混凝土时振捣不到位，存在漏振现象。也未严格按照混凝土分层厚度进行振捣，致使浇筑混凝土振捣不密实。

（4）未严格按照施工配合比拌制混凝土。考虑运输及施工方便拌合用水量过大，造成混凝土水灰比增大。

（5）冬、雨期施工时砂石骨料保温、防雨措施不到位。

3.2施工原材料及配合比不合理

（1）水泥出现不同批次混用及散装水泥未等降温就运至施工现场使用。砂石骨料级配差，含泥量超标等。

（2）部分二次衬砌混凝土有抗冻、抗渗等要求，需要掺加的外加剂种类较多，不同性质的外加剂在做配合比验证试验时未经过外加剂匹配试验验证。加之进行配合比设计时缺少专业技术力量的支持，造成配合比设计质量不高，达不到预期效果。

4　二次衬砌混凝土裂缝的防治措施

对出现的而衬砌混凝土裂缝本着具体问题具体研究解决的原则，从施工、设计、地质系环境因素等诸多方面逐项进行排查，最终分析出裂缝产生的真正原因。并针对裂缝设计情况采取相应工程技术措施加以处治，防止有害裂缝继续发展，影响工程质量。

4.1裂缝调查及后续观测

（1）建立裂缝统计台账，记录裂缝位置桩号、出现时间、裂缝长度、宽度及渗漏水情况，在裂缝未处理前指定专人在裂缝出现的90天内，每天检查一次；超过90天后每10天检查一次，并做好记录。

（2）采用裂缝宽度检测仪检查出现的裂缝宽度及深度，并结合钢筋保护层厚度检测仪器，判定裂缝深度是否穿透钢筋保护层厚度。

根据裂缝记录台账，对裂缝进行筛选，按照裂缝宽度和深度将裂缝分为浅表裂缝和宽深裂缝两大类，并制定相应的处治措施。

4.2浅表裂缝处治措施

浅表裂缝：素混凝土衬砌段，裂缝宽度≤0.3 mm，裂缝深度≤1/10衬砌混凝土厚度，裂缝为龟裂或呈细微不规则状；钢筋混凝土衬砌段，裂缝宽度≤0.3 mm，裂缝深度不超过钢筋保护层。浅表裂缝一般可自愈，不会影响结构物的使用和耐久性。

浅表裂缝采用涂刷水泥基柔性防水材料进行处治，具体步骤为：

（1）使用刷子将裂缝两侧各5 cm、两端各10 cm范围内混凝土表面的附浆、薄弱层等清除干净，随后用清水冲洗裂缝，使裂缝周围表面干燥、洁净。（2）使用砂浆搅拌机现场进行水泥基柔性防水材料搅拌，以充分拌匀为原则。一次柈制时不宜过多，拌制好的浆液须在工艺试验确定的适用时间内使用完毕。（3）作业人员使用硬毛刷蘸水泥基柔性防水材料对裂缝处及裂缝两侧各5 cm范围内进行涂刷，涂刷时不得少于三遍，且每次涂刷时均须上遍涂刷材料干燥后再涂，相邻两次涂刷方向应相互垂直，涂刷总厚度不小于1 mm，并将表面抹平。（4）涂刷结束后，应对涂刷裂缝进行养护，养护温度不得低于5℃，在涂料未硬化前不得浇水养护。

4.3宽深裂缝处治措施

宽深裂缝：素混凝土衬砌段，裂缝宽度＞0.3 mm，裂缝贯穿结构厚度；钢筋混凝土衬砌段，裂缝宽度0.3 mm～0.4 mm。宽深裂缝为有害裂缝，须采取措施进行处理。

宽深裂缝宜采用灌浆，贴嘴灌浆法或钻孔灌浆法进行处理，浆液为环氧树脂与聚氨酯复合浆材。灌浆前先将裂缝两侧各50 mm打磨平整，用高压水或空气对裂缝进行冲洗，保证裂缝敞开，无杂物，裂缝两边无粉尘及其他影响粘结效果的污物。

（1）采用贴嘴灌浆法操作步骤

贴嘴间距不低于0.5 m，裂缝交叉点、尖灭点均布置贴嘴。贴嘴时采用定位针穿过进浆管，对准裂缝口插入并将注浆嘴骑缝压入混凝土面，拔出定位针时，以不粘附嘴胶为合格。否则，须重新清理裂缝并贴嘴。

（2）采用钻孔灌浆法操作步骤

钻孔间距 0.3～0.5 m，完成后用高压水冲洗。对于竖向裂缝应自下而上、由深到浅进行；对于水平裂缝灌浆应由里向外，自一端向另一端进行。灌浆时，应按照0.05 MPa逐级提高灌浆压力，当达到0.5 MPa压力且裂缝部位不再吸浆或吸浆量小于0.1 L/min时，再换灌临近未出浓浆或未出浆的钻孔，待最后一个孔嘴灌浆量小于0.03 L/min时，再持续灌注10 min可结束灌浆。裂缝灌浆处理效果可采用压水试验进行验证，试验压力控制在0.3 MPa，稳定10 min即为合格。

5　裂缝预防措施

5.1提高设计质量

在工程前期做好地质勘测，为工程提供详尽的地质系水文资料。对软弱围岩和渗水洞段，在设计时就有完善的处治方案。

5.2加强进场材料质量控制

二次衬砌施工前时严把进场材料质量。保证进场的水泥、砂石料、掺加料和外加剂等材料符合设计和规范要求，试验人员做好配合比设计，保证衬砌混凝土质量。

5.3加强施工现场质量控制

施工时应做好相关技术交底工作，按照指定的施工工艺，规范操作。脱模后及时喷洒养护剂或喷淋清水进行养护。

5.4及时进行回填灌浆

对于需在二次衬砌后进行回填注浆的，在混凝土强度达到设计要求时，及时进行拱顶部回填灌浆，可减少隧洞拱顶部位渗水裂缝的产生。

6　结语

引水隧洞二次衬砌混凝土裂缝是较为普遍的现象，对于混凝土裂缝要认真分析、区别对待，采用合理的措施进行处理。在施工中有针对性的提前采取措施来预防裂缝的出现，保证隧洞衬砌质量。本工程就衬砌出现的裂缝采取相应的技术措施进行处理，在工程后续施工的二次衬砌裂缝尤其是宽深裂缝数量明显减少，处理过的裂缝经过检测也取得了良好的效果，对类似工程在二次衬砌裂缝防治方面具有一定借鉴意义。

[1]钢筋混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社.1999

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[3]覃仁辉.隧道工程[M].重庆大学出版社.2005

[4]关树宝.隧道工程施工要点集[M].北京.人民交通出版社.2003

Prevention and Control Technology for the Secondary Lining Crack of Diversion Tunnels

LIU Yue-hua
(China Railway 18th Bureau Group Co.,LtdTianjin300222China)

In the diversion tunnel construction, the secondary lining concrete crack is a common quality problems. Aiming to the cause of concrete cracks and connecting with the engineering practice, this paper brings forward some methods for treating the problem of cracks, which is of great referential value for improving the quality of lining concrete and treating the defect of secondary lining.

water diversion tunnelsecondary liningconcrete crackdefects treatmentreason analysis prevention and control

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1673-1816(2015)04-0042-04

2015-10-14

刘月华（1980-），女，山东聊城人，本科，工程师，研究方向隧道工程。