隧道工程自应力混凝土防水防裂措施探讨

吕 凤

(广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001)

0 引言

公路隧道大多修建在山区和地下，在公路隧道建设过程中，难免会因为各地环境不同和施工目的不同而出现各种问题，比如沿海城市由于海拔较低，公路隧道的地下水侵蚀或者渗透会很严重；比如四川地区由于地震频发，公路隧道可能会受到地震影响从而开裂甚至塌方。

隧道二衬开裂是现在各种地区隧道工程皆为常见的病害之一，其危害甚巨，如不能正确处理，后患无穷。自应力混凝土有较好的抗裂防渗性能，能够很好地应用于公路隧道中。

1 自应力混凝土

在混凝土硬化过程中，混凝土的体积会逐渐收缩，其内部便产生了大大小小的微观裂缝。虽然表面上看上去很结实，但其内部已经满面疮痍，一旦受到外界的压力作用，这些微观裂缝便会迅速成长为使混凝土崩裂的大裂缝。因此，我们需要使用一种具有补偿收缩和产生自应力性能的混凝土，能够避免或大大减轻混凝土的开裂。

自应力混凝土应运而生，与一般的硅酸盐混凝土不同，自应力混凝土中添加了铝酸盐。在混凝土硬化过程中，铝酸盐会水化膨胀，用铝酸盐的膨胀的多余体积弥补硅酸盐收缩的体积，从而减少混凝土硬化过程中的体积改变。自应力混凝土的使用，就像打铁时刀刃上添加的一些高硬度合金，提升了混凝土的综合性能，当然，只是“减少”了混凝土的体积变化。在实际施工过程中，由于环境因素的影响，还有混凝土中各项成分配比的不同，其硬化过程中内部的各种变化也略有差异，需要根据实际情况调整各个成分的比例。

自应力混凝土有较好的抗裂防渗性能，能够很好地应用于公路隧道中，保证施工和运营期间隧道的稳定性和功能性。

2 隧道衬砌结构裂缝机理

自应力混凝土只是“减少”了普通混凝土在硬化过程中的体积变化，实际上在微观上来讲，混凝土内部的缝隙在数量上并不会减少，只不过缝隙的开裂程度会减轻许多。如果说普通混凝土是一把黄土，那么自应力混凝土就是将这把黄土捏紧了，使内部结构相较之前而言更加紧实，性能也更加稳定，但并不代表黄土变成了石头，即使捏紧了的黄土碰到水还是会被冲掉的。所以自应力混凝土即使结构更强，但其本质还是混凝土，其内部依旧有许多微观缝隙，在受到各种因素的影响时依旧会使其内部缝隙扩大，进而导致混凝土整体开裂。

2.1 外力作用

这里主要是指自应力混凝土周围的各种环境产生的压力或者是改变了混凝土周围原来的压力环境，从而导致的混凝土开裂。

(1)松驰压力。像广西桂林和广东丹霞等具有喀斯特地貌的流水冲蚀型地区，由于水将岩石内部侵蚀掉了，导致岩石失去了原本的内压，从而使得弯曲的混凝土拱顶会向岩石内部凹陷，产生裂缝，很容易发生隧道顶部塌方。

(2)偏压。偏压就是隧道整体承受的压力不均匀，比如某段隧道外部由于时间的推移而长了一棵树，树根不断地向隧道内伸展，这部分隧道承受的压力就会变大，而其他区域没有树根的挤压，压力就小，这样，由于压力不均匀，就会使隧道开裂。

(3)膨胀性土压。就像海绵吸水一样，富含黏土的岩石在湿润的环境下容易吸水膨胀，不断地挤压隧道的空间，导致隧道开裂。如果发生在隧道顶部，则会导致隧道局部被压溃。

(4)水作用力。这里包含两种作用力：①由于连续的降水或者气候湿润，长年累月的积水会造成隧道的受压增加而产生裂缝；②在寒冷的地区，岩石周边的水分会冻结膨胀，随着时间的推移、水分的积累，岩石的体积会慢慢增加，从而挤压隧道使隧道变形。

2.2 衬砌材质的劣化

(1)经年劣化。随着时间的推移，空气中的二氧化碳会与混凝土中的碱性物质反应，影响混凝土的结固。

(2)冻害。在高原以及寒带地区，冻害是导致隧道永久性支护结构寿命缩短的主要原因，会使混凝土混入空气导致表面不平整，严重的还会导致表层脱落。

(3)水。地下水中的酸性物质会与混凝土中的碱性物质发生中和反应，使混凝土质量下降。

2.3 施工工艺与质量控制

由于工地的技术水平和材料限制，很多时候即使发现了施工过程中的问题，也会因为操作人员的疏忽而导致病害的发生，从而使混凝土整体质量下降。

3 自应力混凝土衬砌防水防裂技术措施

3.1 自应力混凝土衬砌防水技术措施

(1)保证爆破时岩面的平整性。根据压强的物理定律，表面光滑的物体能承受更大压力，如果岩面不平整，那么势必导致混凝土衬砌时衬砌面的不平整，会使混凝土承压能力下降，影响工程质量。所以在施工时，需严谨采集数据，精确计算爆破参数，调整施工方案，保证爆破符合要求。

(2)在混凝土初步开始固化时，需要一边抽除钢管一边压注浆液。如果不这样做，后期回填灌浆时还需要另外钻孔，防水板的密封性会被破坏。浆液水的水灰比例需要根据施工地的气温、湿度进行随时随地的调整。混凝土的支撑保护也是十分必要的。另外，为提高工作效率，可以安排多个施工队同时施工，每个施工队需安排1～2名专业技术人员对施工过程进行实时的监控检验，以减少施工中的失误发生，力求杜绝二次作业，保证工程质量。

(3)防水层施工时，必须严格采集施工处的环境信息，在保证防水功能的同时，设计出最经济的施工方案，再交由专业的施工队施工。另外，防水层必须坚固，能够承受一定程度的地质灾害，从而保证防水功能的稳定。

(4)根据实际情况合理调整水灰比。自应力混凝土硬化是一个复杂的化学反应过程，受到各种环境因素的影响。在施工过程中，要在保证性能的前提下，调整出施工难度最低、施工成本最低的配比方案；另外水泥需要少用，因为水泥在凝固的时候会放出大量的热量，会引起周围已凝固混凝土的变形甚至开裂；适当增大砂率，砂率控制在35%～40%，灰砂比控制在1∶2～1∶2.5，以减少自应力混凝土中的空气孔洞以及缝隙，保证混凝土的密致性。

3.2 自应力混凝土衬砌防开裂技术措施

(1)为减少自应力混凝土中的空气含量，在浇筑过程中需要通过不断地震动排出内部的空气。另外，为了保证结构模板的支撑性能，需要从跨中向两边对称施工，以保证初期支护设备的稳定性。混凝土中的各项成分密度不一，为了防止自应力混凝土各项成分的分离，在灌注浆液时，软管到自应力混凝土表面的距离不能太大，一般不超过2 m，需要根据各工地实际情况进行合理调整，使自应力混凝土各项成分之间混合均匀，保证自应力混凝土的质量。

(2)由于施工地区不同，自应力混凝土的流动性、粘黏性和保水性略有差异，造成在衬砌拱顶时，自应力混凝土不能饱满地紧贴岩面，从而形成空隙，日后则会导致拱顶变形开裂渗水，甚至坍塌。因此在施工时需要充分搅拌捣实自应力混凝土，提高混凝土的和易性。

(3)自应力混凝土施工控制。尽量进行短距离的多段施工，一步一步慢慢走，脚踏实地，无论操作多么繁琐，保证工程质量才是施工的第一目标。

4 结语

自应力混凝土的诞生确实是隧道工程中技术上的一大进步，但是由于其各种成分种类复杂，虽然相比普通混凝土而言性质已经较为稳定，但是在实际施工过程中还是要根据环境的不同，指定不同的施工策略以及材料配方，以防止开裂渗漏现象的发生发展，保证隧道工程的整体质量。