郑晶轩，张 冰

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 衬砌裂缝成因分析

水工隧洞衬砌施工中产生裂缝，是多种因素综合的结果；在混凝土衬砌完成后，为保证工程施工质量以及顺利验收，必须对裂缝进行处理。裂缝处理目前多采用化学灌浆，成本较高，处理费用占到混凝土衬砌费用的3%～5%。为减少混凝土裂缝的产生，降低施工企业处理裂缝的成本支出，对隧洞衬砌混凝土裂缝的成因进行分析。

1.1 混凝土的配比

因隧洞衬砌混凝土多为泵送混凝土，且强度较高，水灰比及混凝土的坍落度较常态混凝土相对增大，且高强度混凝土中水泥用量偏多，混凝土内部产生的水化热较大，内部温度高，混凝土易产生一定的裂缝。

1.2 原材料及混凝土温度

混凝土所用散装水泥存放在室外钢制水泥罐内，随外界气温变化较大；砂石骨料贮存于搭设的保温棚料仓内，在夏季或冬季进行浇筑时，水泥、砂石骨料等原材料的温度，变化较大。混凝土组成材料的初始温度较高，导致混凝土拌合温度超过规范要求值，出机口的浇筑温度变化较大。

1.3 隧洞地下水影响

围岩地质条件差，基岩破碎，岩型不均，构造较复杂，节理裂隙发育，并伴有地下水渗出（流出）的围岩，隧洞内有地下水渗出，衬砌完成后，地下水无法排出，围岩内渗水的外水压力不断累积，作用在衬砌混凝土上，当外水压力大于设计厚度混凝土结构承受的极限拉力时，就会产生裂缝。

1.4 隧洞超挖因素分析

爆破开挖围岩超、欠挖致使岩面不平顺，产生应力集中，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现应力裂缝。由于超挖，致使混凝土的浇筑厚度加大，应力重新分布，原设计的钢筋型号就不能满足结构配筋要求，局部（超挖部位）配筋率偏小。浇筑混凝土分仓长度一般为9～12m，衬砌混凝土厚度不均，产生的收缩应力不均，形成了收缩裂缝。

1.5 施工原因分析

砂石骨料质量较差，含泥量超标或细度模数超标，含水量变化较大；外加剂减水率、保塌性、缓凝等指标不稳定，原材料质量不稳定，致使混凝土工作性能较差。

混凝土浇筑过程中，浇筑速度较快，间隔时间过短。衬砌台车作业空间小，没有分层多窗口下料，振捣棒拉料流动，振捣不充分、不及时，易产生冷缝。

混凝土养护不及时、不到位，养护时间不够，混凝土表面失水过快产生干缩，而混凝土前期强度较低，不能有效抵抗收缩应力，产生开裂。

1.6 外界环境温度影响

混凝土养护期间有穿堂风，降低了混凝土表面温度及湿度，形成内、外温度差。浇筑初期环境温度偏低或偏高，混凝土内外温差大，形成温度裂缝。

2 施工改进措施

2.1 优化混凝土配合比

不断优化调整配合比，在保证强度不变的情况下，增加粉煤灰用量，以减少水泥用量，减少混凝土发热量。适当掺用复合型高效减水剂，减小水灰比。

2.2 控制原材料及混凝土温度

（1）控制水泥进场温度。为避免因水泥温度过高，造成拌合混凝土出机温度过高；拌和站内设置两个散装水泥罐，新进场散装水泥暂不使用，优先使用早先进场的水泥，等待新进场水泥充分散热，对进场水泥温度进行测量，确保水泥温度符合使用要求。拌和使用的砂石料，提前进入料仓保温棚内，防止太阳暴晒。

（2）夏季施工时，为降低拌合水温度，混凝土拌合前将施工用的井水抽至储水箱，进一步降低拌合混凝土出机温度。

冬季则将骨料提前运至拌合站棚内预热，拌和用水加热，浇筑温控全过程跟踪监测。施工中严格控制混凝土出机口温度和入仓浇筑温度，混凝土入仓温度不得高于28℃。

（3）适当提高减水剂的缓凝成分，降低水泥水化反应速度，均匀放热。

（4）夏季衬砌混凝土浇筑时间，安排在低温时段施工。冬季衬砌混凝土施工浇筑时间，尽可能安排在白天气温较高时段施工，启动拌和系统锅炉，保温拌合站内温度不低于10℃，砂石骨料堆放场地下部预埋暖气管，保证砂石骨料温度符合规范要求，混凝土运输罐车采取罐体包裹保温被，确保入仓混凝土温度不低于5℃。

2.3 引排水措施

（1）在隧洞施工过程中，排水系统的合理设置是施工环节的重要组成部分，为避免流出或渗出的地下水对隧洞的使用或运行安全造成隐患，防止地下水进入混凝土浇筑界面，在衬砌混凝土时，地下水处理以引排的方式为主，水量大时，在衬砌工作开展前进行阻水灌浆。

（2）衬砌前系统的防排水措施：在富水洞段，尤其是围岩面潮湿，喷射混凝土表面大面积潮湿有水渍时，在钢筋制安工序施工前必须进行系统的防排水，具体措施是在墙面布设排水盲管、防水布；在衬砌面出水点设置出水管，铺设纵向和环向引排管，纵向引排管要持续向前延伸，减小出水压力，避免后续衬砌长距离出水。引排水措施必须固定牢靠，防止混凝土入仓时引排水措施松动、脱落影响衬砌施工质量。

（3）回填灌浆孔排水：在淋渗水点多的富水洞段衬砌后，及时把预留回填灌浆孔钻深至岩面，利用回填灌浆进行排水，避免衬砌面出现水击穿裂缝。

2.4 加强开挖过程施工控制

根据经验，敞开式TBM施工后，周边围岩受力均匀，无明显超挖，混凝土衬砌后出现裂缝的机率及数量较钻爆法衬砌施工后的混凝土裂缝要减少约70%。因此，在钻爆法开挖过程中，严格控制超欠挖，根据围岩变化情况适当调整爆破参数，通过缩小周边孔钻孔间距，控制钻孔孔斜率，采用导爆索爆破等施工措施，减少局部超挖量，可达到减少裂缝的目的。

2.5 加强混凝土施工过程控制

（1）原材料进场控制

对拌和系统称量装置定期进行检查和校准，加强砂石料含水、含泥量的检测，及时调整混合料的用水量，保证混凝土的和易性。控制砂的含泥量，含泥量超标严禁使用，同时调整配合比，适当提高砂率。

根据现场的施工进度情况，保证原材料及时供应，加强与原材料供应厂家沟通，确保原材料进场质量趋于稳定，避免出现较大质量波动。

（2）严格控制混凝土的拌和质量

严格按照试验室出具的配料单进行混凝土拌制，严禁私自调整配合比，拌和站称量偏差，必须满足规范要求，适当延长搅拌时间，以满足混凝土的均匀性，确保混凝土的搅拌质量。使用混凝土运输时，应进一步搅拌，使混凝土进入泵内更加均匀，严格控制混凝土的入仓时间，尽可能让混凝土及早入仓。

（3）加强施工过程管控

做到不合格的料严禁入仓，严格控制混凝土入仓坍落度，禁止在混凝土罐车及混凝土输送泵中加水，混凝土分层振捣，不超厚、不漏振，橡胶止水带附近更加精心施工，做到无粗骨料集中现象，橡胶止水带不扭曲。

加强混凝土的振捣，保证衬砌混凝土的均匀密实性，严禁采用附着式振捣器代替插入式振捣棒使用，避免漏振、欠振、过振。达到混凝土里实外光的效果、避免出现点渗及面渗情况。

根据外界气温调整衬砌混凝土浇筑时间，混凝土浇筑时分层多窗口下料浇筑，加强结合面振捣，分层振捣，每层浇筑厚度不大于50cm。混凝土浇筑中两侧混凝土浇筑面高差控制在50cm以内，同时合理控制混凝土浇筑速度。

（4）控制混凝土拆模时间

严格控制脱模时间，根据同条件养护混凝土试块检测，衬砌混凝土顶拱强度超过5MPa，满足拆模强度要求，为避免外水压力大、水化热高、腰线以下结构受力大致使衬砌混凝土产生裂缝，延迟拆模时间，混凝土浇筑完成后24h方可拆模。

（5）加强混凝土养护

根据规范要求，养护水温与混凝土温差不得大于25℃，为避免由于温差过大产生混凝土裂缝，混凝土脱模后及时进行混凝土温度测量，在混凝土表面温度低于45℃后，开始进行洒水养护，洒水养护时间不低于28d，养护期间确保混凝土表面处于湿润状态。

2.6 外界环境温度控制

在隧洞贯通处采取封堵措施，如：砌筑砖墙或挡风门，控制空气对流，保持洞内恒温。冬季施工时，在洞口挂棉帘或设置卷帘门，保持隧洞内混凝土的环境温度和防止空气对流。

3 结语

通过对隧洞衬砌混凝土成因的分析，加强了施工过程中质量检查要点，严格落实质量责任制，增强各工序作业人员的责任意识。通过多种施工改进措施，减少水工隧洞衬砌混凝土裂缝、降低裂缝处理成本。