水工隧洞衬砌砼开裂的成因与防治探讨

王爱东

摘 要 水工隧洞衬砌砼多为薄壁结构，其极易受到外界温度、地质条件以及收缩变形等诸多因素的影响而出现裂缝问题，且一旦衬砌砼出现裂缝，还会对砼抗渗性能与结构整体强度、稳定性等产生影响。对此，本文首先剖析了水工隧洞衬砌砼开裂的所致成因，然后进一步探讨了水工隧洞衬砌砼裂缝的预防与处治对策，以供参考借鉴。

关键词 水工隧洞;衬砌砼开裂;成因;预防;处治

1水工隧洞衬砌砼开裂的所致成因

1.1 原材料选取不当

①施工所用水泥品种未严格依照水工隧洞实际进行选取;②部分水泥运输、存贮不当，以致水泥受潮变质，且使用前未进行质量检验便投入施工;③骨料级配比例不合理，含泥量超标，针片状及有害物质含量过大等;④砂石存储未根据季节变化予以保温或降温处理，以致砼拌和时的温度不满足要求。

1.2 配比设计不合理

①原材料比例计量不精准，如搅拌站称量系统未予以定期校定、配比计量偏差未予以定期分析;②拌和时投料顺序不合理，或未对料斗混料予以校对;③运输过程中，为避免混合料水分散失而人为加水，从而使得含水量过大;④搅拌机选型不合理，以致拌和砼质量差;⑤搅拌时间过长或不足，使得砼出现离析或搅拌不均;⑥供料不及时，以致先浇筑砼出现初凝，从而致使新旧砼间形成冷缝。

1.3 施工操作不规范

①部分水工隧洞在开挖时存在超挖、欠挖，从而导致开挖成型质量差，以致后期砼衬砌厚度不均而产生裂缝;另外，在地质条件较差地段，初支侵入衬砌限界，从而导致衬砌厚度过小，甚至个别隧洞出现背后脱空导致裂缝。②隧洞开挖施作的过程中，未严格按照要求实施监控量测，而是仅凭个人既往实践经验进行二衬时间的确定，以致在初支未完全稳定便开始二衬施工，从而导致二衬超负荷承受围岩压力。③围岩基面清理不彻底，致使底板砼与岩层间的松动围岩形成软弱夹层，进而使围岩的弹性抗力得不到充分发挥，以致衬砌荷载受到影响而产生裂缝。④隧洞衬砌所用钢模板台车，下料时的下料窗口未能充分利用，以致出现不均匀下料;其次，顶拱砼下料满仓仅通过人工进行判定，从而极易导致出现空腔而出现裂缝;另外，砼浇筑作业时，下料高度过高造成砼骨料离析，或分层厚度过大以致振捣不均、砼密实度不足而形成裂缝。⑤施工方为追赶进度，在砼强度未全面达标便提前脱模，以致砼过度承受围岩荷载而破坏砼结构的强度及稳定性;另外，脱模后未按要求对砼进行保湿养护，使得砼表面出现干缩裂缝，或养护时间、遍数不足而导致砼表面出现裂缝问题。⑥在夏季高温季节施工时，砂石骨料露天堆放，且投入使用前也未采取行之有效的降溫措施，以致砼入模时温度过高而形成较大的内外温差，从而导致出现温度裂缝。此外，冬季寒冷季节施工时，未采取有效的防寒保暖措施，以致浇筑后砼出现冻胀裂缝[1]。

2水工隧洞衬砌砼开裂的防治举措

2.1 水工隧洞衬砌砼开裂的预防策略

（1）严选原材。首先，优先选择低热水泥，且运输过程中应做好严格防护，避免水泥受潮与变质，且对于采购的不同标号、种类以及出厂日期不同的水泥应分类运输及存储，并做好明显标识，严格控制避免混淆。其次，严格把控地材质量，其中，碎石料含泥量应≤1%，针片状物≤15%，最大粒径<40mm，粒径以5mm～31.5mm为宜。对于进场骨料投入使用前，须按要求对含水率、级配、含泥量予以检测，对检测质量不达标的及时退场处理，并根据检测结果对拌和用水量予以优化调整。另外，通过合理添加适量粉煤灰，以减少拌和砼的水泥用量，从而有效提升砼拌合物的和易性，使砼更加密实均匀。同时，通过添加适量膨胀剂，使砼体积发生膨胀，从而改善砼的抗裂以及抗渗性能。此外，夏季高温季节施工时，若温度>32℃时，应对砂石骨料予以适当降温处理，可通过设置遮阳棚或冷水冲洒使碎石骨料温度下降，从而严格把控砼入模温度。

（2）优化配比。首先，根据试验对砼配比予以优化调整，对称量系统予以精准校核，并依照配料单数据予以严格下料，运输中做好砼质量的严格把控，防止人为加水而导致的水灰比过大;其次，依据砼稠度以及拌和机型号的不同，选择合理的砼搅拌时间，以显著提升砼拌和的均匀性;另外，根据水工隧洞施工实际，确定砼日拌和量，并选择适宜的输送泵以及振捣器，从而确保砼浇筑的连续性，如若前后两次浇筑等待时间较长，则应对先浇筑砼面予以处理后再浇筑新砼层，以使两次浇筑面更好粘合，避免施工冷缝的出现[2]。

（3）规范施工。①加强隧洞开挖作业段测量，并通过爆破参数的优化以及爆破技术水平的提升，使爆破效果更好，同时加大对开挖断面的监控量测，严加把控防止超挖、欠挖，进而为后期砼衬砌提供良好的作业条件。②做好对围岩变形的监测，确保围岩及初支变形趋于稳定后实施二衬，以有效避免围岩变形而导致的衬砌砼裂缝。如若需要提前施作二衬，但围岩收敛变形未稳定，则应先对初支及衬砌结构部位予以加强处理。③砼浇筑前，应先用挖掘机将基础岩面大量渣块予以细致清理，然后由人工对细部位置的松动岩石及岩缝内碎石予以清理，并用高压水枪对岩面、砼喷射面、底板表面予以冲洗，冲洗完成后应及时对积水进行抽排。④严格把控衬砌砼施工质量，并对砼拌和、运输、浇筑以及振捣整个过程质量予以全面把控，以有效规避拌和时间不足、拌和不均、过振以及振捣不密实等质量问题导致内部孔洞或气泡而造成的砼表面裂缝。⑤严格把控砼拆模时间，确保在砼强度满足设计及规范要求后才可予以拆模，拆模时严禁敲击、硬拽而导致砼表面受损。拆除模板后应及时予以充分保湿养护，对于仰拱可采取流水予以养护。

2.2 水工隧洞衬砌砼开裂的处治举措

水工隧洞衬砌砼裂缝处理前，应首先对裂缝类型与情况予以判定，然后根据裂缝类型进行针对性处理。其中，对于Ⅰ、Ⅱ类浅表裂缝可通过改性聚合物对表面予以封闭处理，Ⅲ、Ⅳ类裂缝则可通过化学灌浆予以处理。

（1）Ⅰ、Ⅱ类裂缝的处治。首先，缝面清理。使用磨平机将裂缝表面水泥浆、杂质以及钙质析出物等予以清理打磨并冲洗干净，打磨宽度为15cm。其次，底液涂刷。待清理后的砼表面干燥后，用毛刷将改性聚合物浆液均匀涂刷于裂缝表面，涂刷宽度15cm。最后，封缝处理。在第一层涂刷物干燥后，再涂刷一层宽15cm、厚1mm的改性聚合物浆液。

（2）Ⅲ、Ⅳ类裂缝的处治。①缝面清理。使用磨平机将裂缝表面水泥浆、杂质以及钙质析出物等予以清理打磨，打磨宽度为15～20cm，并用高壓水枪予以细致冲洗干净。②钻孔作业。利用冲击钻等大功率钻孔机具，于裂缝两侧斜向45°进行交叉钻孔（如图1），间距约25～30cm，孔深不得超过2/3结构厚度，钻孔距离裂缝不得超过1/2结构厚度，钻孔应穿过裂缝确保孔缝贯通，但不得打穿结构。③埋注浆管。钻孔完成后进行注浆管安装，注浆管插入深度可依照裂缝深度、宽度及孔深等予以确定。注浆管安设完毕实施灌浆作业前，应首先以高压风对孔内粉尘予以清洗，并观察裂缝的实际情况。然后在槽内表面涂刷一层环氧胶泥，并在具备一定强度后用快硬水泥予以填缝处理，满足强度要求后再涂刷一层环氧胶泥，若裂缝位置出现渗漏水，应使用堵漏灵予以封堵处理。④灌浆作业。填缝强度满足灌浆作业要求后，通过高压灌浆机对钻孔实施灌浆。灌浆压力0.3～0.5MPa，并由低向高、由深至浅依次实施灌浆，待相邻孔浆液溢出后将灌浆管关闭，转至邻近孔继续实施灌浆作业，直至该裂缝最后钻孔的吸浆量<0.03L/min并持压10min即可停止灌浆。⑤表面处理。完成灌浆且浆液凝固后，将埋设灌浆管凿除、打磨并对裂缝两侧予以清理，然后对灌浆嘴孔洞位置予以修补，并按要求用环氧胶泥将表面抹平处理。另外，衬砌砼裂缝处存在渗漏水现象就会加大灌浆难度，因而对于渗漏水及涌水段的裂缝处治较为困难，对此，可采取打排水孔即钻设排水孔泄水的方式降低外水压力，然后采取聚氨酯类对渗漏水进行堵漏，最后使用环氧浆材予以补强[3]。

3结束语

水工隧洞衬砌砼裂缝缺陷不仅会影响到衬砌砼外观与质量，而且后期裂缝处理耗时、费力，一旦处理不当还会加剧工程质量问题。对此，相关技术、管理人员务须严加把控，并通过采取各项应对举措减少与规避裂缝问题的生成，从而有效确保水工隧洞衬砌砼的施作质量。

参考文献

[1] 王昆仑.水工隧洞二次衬砌拱顶混凝土缺陷处理[J].河南水利与南水北调，2019，48（6）：47-49.

[2] 洪跃庭.水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施分析[J].四川水泥，2018，（9）：276.

[3] 田振华，李宝石，王经臣.水工隧洞混凝土衬砌裂缝监测与成因分析[J].水力发电，2017，43（9）：45-48.