厦门电缆隧道工程主体结构裂缝问题及对策研究

夏 标

（厦门电力勘察设计院有限公司，福建厦门 361006）

随着电力工业和城市化建设的迅速发展，越来越多的输配电网络逐渐被电力电缆隧道取代，由于电缆隧道的施工环境复杂，电缆隧道的施工质量会对电力电缆的安全可靠运行产生决定性的影响，不严格控制电缆隧道的施工质量，会导致电力输送中断，对城市居民的工作和生活造成不利影响。电缆隧道主要采用明挖法、顶管法和盾构法隧道法敷设[1]。本文以厦门电力进岛第二通道缆化迁改工程为背景，研究明挖段电缆隧道箱涵主体结构产生裂缝的现象和原因，并采取相应的处理措施修复裂缝，同时采取相应的预防措施以防裂缝形成保证施工质量，保障电力电缆输配电的安全可靠。

1 工程概况

本工程位于厦门市，为厦门电力进岛第二通道缆化迁改工程，新建电缆隧明挖段地下箱涵工程位于厦门市海沧区，拟建箱涵为钢筋混凝土结构，沿马青路-海沧大道接入海沧海底隧道，支护长度约1 877.5 m，里程桩号为K0+020～K0+375、K0+477～K2+000，基坑开挖深度约为3.4～8.6 m，工程位置如图1所示。

图1 厦门电力进岛第二通道缆化迁改工程

2 施工过程中产生的裂缝问题分析

2.1 现象分析

本工程岛内长岸路段属于明挖段电缆隧道，采用钢管桩+钢管内撑的支护形式，基坑开挖深5.5 m、宽9 m，钢管桩采用Ф219×16@500的电焊钢管，引Ф280孔下钢管后用水泥浆灌满，钢管撑采用Ф299×10@4 000施加预应力100 kN，钢管撑支座采用双拼40c工字钢围檩。

坑内降水采用集水明排的方式，在坡顶设置截水沟，截水沟每隔30～40 m设置一口集水井。坡面布置泄水管，防止下渗的雨水对基坑侧壁产生不利影响；坡底设置300 mm×300 mm排水沟，借助坑底地形把水汇集到低洼处后用抽水设备经沉淀后排入周边城市管网。基坑土方应分层分段均衡开挖，分层开挖深度不超过2 m，且严禁超挖。

明挖段电缆隧道剖面如图2所示。

图2 明挖段电缆隧道剖面（单位：mm）

电缆隧道箱涵主体采用C35防水混凝土，垫层及二次浇注混凝土采用C20素混凝土。为适应地基变形，减少不均匀沉降和混凝土收缩裂缝，现浇段电缆隧道每隔不大于30 m的距离设置一道沉降缝[2]。隧道箱涵基坑两侧范围采用中粗砂对称均匀回填，每隔300 m分层夯实。

目前该处电缆隧道箱涵主体已施工约200 m，由于该段地质情况及施工条件复杂，且局部施工作业面不足，在施工过程中采取单边支模浇筑箱涵结构主体，外侧设置支架浇筑混凝土至钢管桩支护边侧。

实际施工过程中，K1+770～K1+880桩号位置处单边支模90 m的箱涵主体浇筑完成后10～40 d内，电缆隧道箱涵主体结构出现若干条宽度不超过0.3 mm、垂直于隧道延伸方向的裂缝；箱涵主体内部混凝土结构面层裂缝位置出现水印。经现场勘测，发现裂纹主要出现在管桩支护牛腿附近，初步判断为贯穿裂缝，若不及时处理后期回填后会导致隧道箱涵漏水。

电缆隧道箱涵内部与外部的裂缝如图3、图4所示。

图3 箱涵内部裂缝

图4 箱涵外部裂缝

2.2 裂缝产生原因分析

基坑内部空间狭小，且含有钢管支撑，导致施工工作面较小，采用单边支模浇筑的箱涵主体结构会产生质量通病。

单侧模浇筑前后电缆隧道箱涵主体如图5、图6所示。

图5 单侧模浇筑前

图6 单侧模浇筑后

（1）混凝土结构内部存在不同程度的孔隙及微裂纹，初始的内部缺陷对混凝土结构通常不产生影响，但当外部荷载作用于混凝土结构时，内部的裂缝会进一步扩展，最终在混凝土结构表面形成宏观裂缝。由于钢管支撑设置在钢管桩上钢围檩的牛腿处，每一根钢管桩与钢管支撑受直接接触的受力情况与其他钢管支撑的受力均不一致。在单侧模板处进行混凝土浇筑作业时，混凝土的入模荷载在钢管桩支护上的每个部位也不一致，导致该段隧道箱涵主体的受力情况不一致，产生应力差，造成裂缝。

（2）由于本工程地质条件较为复杂，地基承载能力也存在差异，容易造成箱涵的差异沉降；由于侧向土压力作用在单侧浇筑混凝土的结构上，箱涵侧壁每个部位受力不同。因此在地基土的竖向和侧向的作用下，结构内部必然产生应力，应力不断增大引发裂缝。

（3）由于本工程箱涵混凝土用量较大，混凝土在凝结硬化过程中会在内部积累的热量，若混凝土内部和表面的温差过大则会引起拉应力温差裂缝。除了由于混凝土内部和表明温差造成裂缝以外，基坑围护结构属于超静定结构，温度变化可能导致超静定结构发生温度变形产生裂缝。暴露于室温条件下的混凝土结构，其温度易受到气温变化的影响，也可能使混凝土结构产生温差裂缝。

综上所述，将以上三种情况所产生的裂缝分别称为荷载裂缝、沉降裂缝、温度裂缝。若在施工中发现裂缝，应及时暂停施工，预留1～2处裂缝进行对比观察，根据观察所得的裂缝变化情况，采取相应的修复和预防措施。

3 施工过程中裂缝的修复措施

3.1 填充修复裂缝

裂缝宽度小于0.3 mm且深度较浅时，沿裂缝开凿U形或V形槽，加压灌注不同稠度的改性环氧树脂溶液补缝，干燥后除去多余溶液，再用水泥浆涂抹至外观平整[3]。若发现已经造成内部钢筋的锈蚀，应加深凿槽，除去钢筋表面的锈迹并涂抹防锈涂料，填充环氧砂浆或纤维复合修补材料。裂缝宽大于5 mm时，使用钢钉沿着裂缝两侧开凿宽20～100 mm、深15～50 mm的U形或V形槽，并将混凝土碎屑清理干净，在凹槽内均匀涂刷改性环氧树脂。在涂刷过程中应避免改性环氧树脂出现气泡或波纹，待环氧树脂硬化后再填充含少量稀释剂丙酮的环氧砂浆并抹平。

3.2 化学灌浆修复裂缝

裂缝宽度小于5 mm时，可选用化学灌浆法修复。将裂缝表面残留的物清理干净，用丙酮或有机溶剂清洗剂对裂缝进行清洗，将灌浆嘴对准裂缝中心位置，并在灌浆口周围涂抹约1 mm厚的环氧胶泥封闭胶，使灌浆嘴与裂缝粘贴牢固，用封闭胶或粘贴玻璃纤维布对裂缝进行封堵；封闭完成后，采用环氧树脂或甲基丙烯酸酯作为灌浆材料，装入灌浆气囊并摇匀，将灌浆器与灌浆嘴对齐，拧紧压力筒，即可开始灌注，灌注结束后需要稳压至少3 min，浆液初凝后将灌浆嘴取下，并用速凝封闭胶将灌浆嘴塞住。灌注过程中应遵循从左到右、从上到下的顺序依次进行。

3.3 表面处理修复裂缝

表面处理分为表面涂抹和表面贴补。裂缝分布较广时，通常采用涂抹一层水泥砂浆或环氧砂浆进行处理，若裂缝较多，应涂抹有机防水涂料。裂缝位置尚不明确的混凝结构表面，可在表面涂刷环氧树脂或环氧焦油，粘贴水工模和防水片或玻璃纤维布，即表面贴补。

4 施工过程中预防裂缝的措施

针对荷载裂缝的预防，应在施工过程中严格控制钢管桩支护的施工质量，使钢管撑与钢围檩、钢围檩与钢管桩之间严密接触，若在施工过程中发现局部接触不严密，应及时在钢管桩与钢支撑间补焊钢管，保证支护结构的受力平衡。在混凝土浇筑过程中，混凝土结构强度尚未达到设计强度要求时，严禁在结构上施加任何荷载；还应注意施工活荷载不应超过结构的设计荷载。

针对沉降裂缝的预防，应在单侧模的一侧即钢管桩与箱涵结构的侧壁间，加设10～20 mm塑性泡沫隔层，抵消作用于箱涵结构上的侧向土体变形产生的局部应力；对基坑底部土体进行夯实加固，做好排水措施及时将坑底的积水排出。

针对温度裂缝的预防，应在单侧浇筑施工时设置多道施工缝，尤其是钢管桩处牛腿的位置；浇筑施工应分层分块进行，掺入相应的混凝土外加剂，完成浇筑施工后及时养护。

5 结语

在电缆隧道箱涵主体结构施工过程中会受到各种因素的影响，导致混凝土裂缝的产生。本工程地质条件复杂且工作面狭小，采用单侧模浇筑工艺施工的箱涵内外均有裂缝，出现裂缝的原因主要为施工荷载不均匀、土质分布不均以及温度差。针对上述原因总结了适用于本工程的裂缝修复和预防措施，为指导电缆隧道施工及保障工程质量奠定基础。