铁路山岭隧道二次衬砌贯穿裂缝的预防经验
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材 料 由于 失 水 产 生 变 形 ， 形 产 生 应 力 ， 应 力 超 过 混 凝 土 的 抗 拉 强 度 变 当 时 ， 会 形 成 裂 缝 。干 缩 裂 缝一 般 发 生 在 混 凝 土 表 面 ， 向没 有 规 律 ， 便 走 但 是隧道的环形混凝土结构 ， 决定了混凝土有的受力分布 ， 裂缝一般产生 在环向的位置 ， 且宽度较小。影响混凝土干缩裂缝 的主要 因素有 ： 水泥 用量及水胶 比、 骨料级配及脱模后的养生 。其 中， 养护可 以改善这一 问 题， 砼浇筑完 成后养护不及时或措 施不 得力 ， 会造成 混凝 土早期干缩 ， 形成裂缝ｆ ６ ／ 。干缩裂缝为贯穿裂缝 的产生提供 了最初条件。 温度裂缝 ： 水泥水化过程中产生大量的热量 ， 在混凝土 内部和表面
１工 程 概 况 ．
就此隧道出现 的裂缝 进行分析 ，衬 砌混凝 土设计厚度为 ３ ｅ 排 ０ｍ， 除了接茬缝及温度裂缝的因素 ，干缩裂缝及变形裂缝可能 占了很大比
例。 ３裂 缝 成 因 分 析 ． ３１ 工 影 响 因 素 分 析 ．施
某隧道全长约 ３ ｍ， ｋ 处花岗岩地层 ， 年最高气温 ３ ７摄氏度 ， 最低气
缝。
表 １ 缝 基 本 情 况 裂
【 裂缝类
型 裂 缝 情 况 轻 微
明 显 严 重
ห้องสมุดไป่ตู้
裂 缝 宽 度 （ ） ｍｍ 缝 宽 ≤０２ ．
缝 宽 ０２ ｓ＜０４ －＜ ． 缝 宽 ≥０ ． ４
裂缝分布（ ） 总长度 条
环 向 纵 向 （ ｍ）
Ｉ 型
Ⅱ型 Ⅲ型
２ ３
１ ０ ８
２
Ｏ ０
１４２ ４．
ｌ ６３ ４． ９． ６４
ｆ
合计
４ １
２
３６９ ８．
二次衬砌贯穿裂缝对 隧道的危害最大 ， 首先 ， 贯穿裂缝降低了二衬 混凝 土的整体受力 能力 ， 带来施工甚至运 营的安全隐患 ， 次 ， 其 贯穿裂 缝形成 良好 的渗水通道 ， 土及钢筋腐蚀速度加快 ， 混凝 且裂缝的治理造 成成本 的大量浪费 。
温 一 摄 氏度 ， ３ 最冷月平均气温 ３ 摄 氏度 。 ． ６
在开工一年后 ， 隧道内各种地段存在不 同程度 的裂缝 ， 中有 ８条 其 贯穿裂缝 ， ７条位于距 洞口 ３ ０米 以内的地段。１ 有 ０ 条裂缝位于距洞 口 ３ ０ １０ ｍ 的 已 施 做 二 次 衬 砌 地 段 。 裂 缝 最 宽 处 达 ２ ０ ｍ～ ０ ０ ｍｍ，属 严 重 裂
科技信息．
工 程 技 术
铁 路山 岭 隧 道 二 次衬 砌贯 穿 裂 缝 昀 ￥ １ 经 验 １１ １ ］
中铁 隧道 集 团科 学技 术研 究所 禹化 伟
［ 摘 要］ 隧道二次衬砌 裂缝是 隧道的严重病 害之一 ， 裂缝的产 生对安全 、 质量甚 至运 营带来不利影 响， 本文结合 工程 所处环境及 混 凝 土施 工 中遇 到 的 问题 展 开分 析 ， 二 次 村 砌 混 凝 土 的 裂 缝 成 因进 行 了 简要 讨 论 ， 出 了 裂缝 产 生 的 几种 关键 影 响 因 素 ， 对 预 防 对 提 并
裂 缝 产 生 及 裂缝 的修 补 提 出建 议 ， 以更 大 程 度地 避 免 裂 缝 的 产 生 。 ［ 键 词 ］ 温度 关 裂缝 荷 栽 变形 施 工 缝
０引 言 ．
裂缝 。
近年来 ， 国铁路基础建设事业迅猛发展 ， 我 山岭地 区新建铁路越来 越 多， 隧道工程所 占的比例逐 步增大 。 隧道衬砌 混凝 土开裂现象较为常 见 ，经常困扰着隧道施工技术人员。如果对施 工过程进行更加精细管 理 ，或有针对性地采取～定的措施 ，很多衬砌混凝土裂缝是可以控制 的。现结合某客运专线铁路隧道施工过程中遇到的二次衬砌开裂问题 进 行简要分析 ， 提出几点在施工 中切实可 行的办法 ， 以做 到防患未然 。 混凝 土裂缝 主要指宽度大于 ０２ ｍｔ 的裂缝 ， ．ｍ 尤其是贯穿裂缝危害最 大 。隧 道 裂 缝 将 影 响 隧 道结 构 的 稳 定 ， 短 隧 道 使 用 寿命 ， 致 巨 大 的 缩 导 经 济 损 失 。
２裂 缝 成 因种 类 判别 ．
隧道 内二次衬砌混凝 土裂缝 的成因很复杂 ， 但是 ， 在主观方 面 ， 施 工 技术 、 设计 占一定 比例 ； 客观方面 ， 混凝 土性能及环境 变化 也 占很大 比例 。 隧道 内二次衬砌混凝 土裂缝类型主要有 ： 干缩裂缝 、 温度裂缝 、 外 荷载作用产生的变形裂缝 、 施工缝处理不 当引起的接茬缝 等 ， 中： 其 干缩裂缝 ： 混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发 ， 使新浇 凝土胶凝 昆
隧道从洞 口至 ３ ０ ０ ｍ地段 ， 围岩条件较差 ， 设计 为钢筋混凝土 ， 且隧 道底 部设计有混凝土仰拱 ， 排除 了二次衬砌产生荷载变形 的影响因素 ， 但是钢筋 的设置并不能有效地避免裂缝 的发展。 ０ ｍ～ Ｏ ０ ３ ０ ｌ０ ｍ地段围岩 情 况较优 ， 属二级 围岩 ， 无混凝土仰拱 ， 可能因施工不精 细等 原因存 在 干缩 裂 缝 及 荷 载 变 形 裂 缝 。 混凝土脱模后养护措施不到位 ， 造成干缩裂缝的大量产 生。 任 何尚无荷载作 用的混凝土 ， 它的组合材料包括水泥 、 、 、 、 水 砂 石 外加剂及掺合料等组分相互物理化学作用硬化成 为一种多空隙复合材 料， 由于初始温度收缩应力作用而形成 内部许多微观裂缝 ， 这种裂缝在 外力 （ 包括失水收缩 ） 作用下不断扩展 ， 成为宏观裂缝 ， 继续扩展对素混 凝 土迅 速导 致 破 坏 。此 外 ， 置 了仰 拱 的 地 段 ， 拱 的 浇 筑 与 二 次 衬 砌 设 仰 的混凝 土浇筑是分开进行 的，且仰拱 的施作进尺较大 ，一般一次施作 ２ ｍ左右 ， ０ 即仰拱施工缝 间距 为 ２ ｍ， ０ 但是二次衬砌模板 台车长度仅为 ｌｒ， Ｏ 便造成 了仰拱 凝土 与二次衬砌 混凝土收缩不 同步 ， 者相互影 ｅ 昆 二 响， 造成与施工缝相邻 的混凝土部位产生拉裂。 ３２混 凝 土 性 能影 响 因素 分 析 ． 自从 ７ Ｏ年 代 末 （９ ８～１７ １７ ９ ９年 ） 国 混 凝 土 施 工 Ｔ 艺 产 生 了 巨 大 我 的进 步 — — 泵 送 商 品 混 凝 土 ］ 艺 。 从 过 去 的 干 硬 性 、 动 性 、 场 搅 拌 二 低 现 混凝土转 向集 巾搅拌 ， 转向大流动性 泵送 浇注 ， 水泥用量增加 ， 砂率增 加， 骨料粒径减小 ， 用水量增加等导致收缩及水化热增加 。 钢筋混凝土设计强度等级为 Ｃ ０ ３ ，素混凝土设计强度等级为 Ｃ ５ ２。 虽然混 凝土中掺有 占胶凝 材料 用量 ２ ％的粉煤灰 、．％的高效减水剂 ５ ０８ 以降低混凝土 的水化热 ， 但是干缩裂缝仍难 以避免。混凝土 ５ ｄ强度满 ６ 足设 计 ， 但是经试验 结果显示 ， 此处混 凝土试件在养护至龄期一 年后 ， 强度 均较高 ， ２ Ｃ ５及 Ｃ ０混凝土强度均达到 Ｃ ０等级 以上。 ３ ４ 过高 的强度 对细微裂缝 的产生有抑制作用 ，但是一旦混凝土 已经产生 了细微裂缝 的情况下 ， 对混凝土内部应力的重新分配造成不利影响 ， 结果会加剧早 期产 生的细微裂缝 向贯穿裂缝的发展 。 虽然衬砌内部有些设 置了钢筋 ， 但是 钢筋的强度远远 比不上混凝 土收缩 的内应力 。 ３３ 境 影 响 因素 ．环 隧道地处微冻环境 ，施工过程 中洞 口段混凝 土受环境温度变化影 响很 明显， 较多裂缝产生在洞 口段便说 明了这一原 因， 内较深位置温 洞 度 变 化 较小 ， 缝 数 量 较 少 。 裂 据 上述 分 析 可 知 ，隧 道 贯 穿 裂 缝 的 产 生 及 发 展 情 况 大 致 可 如 下 表
１工 程 概 况 ．
就此隧道出现 的裂缝 进行分析 ，衬 砌混凝 土设计厚度为 ３ ｅ 排 ０ｍ， 除了接茬缝及温度裂缝的因素 ，干缩裂缝及变形裂缝可能 占了很大比
例。 ３裂 缝 成 因 分 析 ． ３１ 工 影 响 因 素 分 析 ．施
某隧道全长约 ３ ｍ， ｋ 处花岗岩地层 ， 年最高气温 ３ ７摄氏度 ， 最低气
缝。
表 １ 缝 基 本 情 况 裂
【 裂缝类
型 裂 缝 情 况 轻 微
明 显 严 重
ห้องสมุดไป่ตู้
裂 缝 宽 度 （ ） ｍｍ 缝 宽 ≤０２ ．
缝 宽 ０２ ｓ＜０４ －＜ ． 缝 宽 ≥０ ． ４
裂缝分布（ ） 总长度 条
环 向 纵 向 （ ｍ）
Ｉ 型
Ⅱ型 Ⅲ型
２ ３
１ ０ ８
２
Ｏ ０
１４２ ４．
ｌ ６３ ４． ９． ６４
ｆ
合计
４ １
２
３６９ ８．
二次衬砌贯穿裂缝对 隧道的危害最大 ， 首先 ， 贯穿裂缝降低了二衬 混凝 土的整体受力 能力 ， 带来施工甚至运 营的安全隐患 ， 次 ， 其 贯穿裂 缝形成 良好 的渗水通道 ， 土及钢筋腐蚀速度加快 ， 混凝 且裂缝的治理造 成成本 的大量浪费 。
温 一 摄 氏度 ， ３ 最冷月平均气温 ３ 摄 氏度 。 ． ６
在开工一年后 ， 隧道内各种地段存在不 同程度 的裂缝 ， 中有 ８条 其 贯穿裂缝 ， ７条位于距 洞口 ３ ０米 以内的地段。１ 有 ０ 条裂缝位于距洞 口 ３ ０ １０ ｍ 的 已 施 做 二 次 衬 砌 地 段 。 裂 缝 最 宽 处 达 ２ ０ ｍ～ ０ ０ ｍｍ，属 严 重 裂
科技信息．
工 程 技 术
铁 路山 岭 隧 道 二 次衬 砌贯 穿 裂 缝 昀 ￥ １ 经 验 １１ １ ］
中铁 隧道 集 团科 学技 术研 究所 禹化 伟
［ 摘 要］ 隧道二次衬砌 裂缝是 隧道的严重病 害之一 ， 裂缝的产 生对安全 、 质量甚 至运 营带来不利影 响， 本文结合 工程 所处环境及 混 凝 土施 工 中遇 到 的 问题 展 开分 析 ， 二 次 村 砌 混 凝 土 的 裂 缝 成 因进 行 了 简要 讨 论 ， 出 了 裂缝 产 生 的 几种 关键 影 响 因 素 ， 对 预 防 对 提 并
裂 缝 产 生 及 裂缝 的修 补 提 出建 议 ， 以更 大 程 度地 避 免 裂 缝 的 产 生 。 ［ 键 词 ］ 温度 关 裂缝 荷 栽 变形 施 工 缝
０引 言 ．
裂缝 。
近年来 ， 国铁路基础建设事业迅猛发展 ， 我 山岭地 区新建铁路越来 越 多， 隧道工程所 占的比例逐 步增大 。 隧道衬砌 混凝 土开裂现象较为常 见 ，经常困扰着隧道施工技术人员。如果对施 工过程进行更加精细管 理 ，或有针对性地采取～定的措施 ，很多衬砌混凝土裂缝是可以控制 的。现结合某客运专线铁路隧道施工过程中遇到的二次衬砌开裂问题 进 行简要分析 ， 提出几点在施工 中切实可 行的办法 ， 以做 到防患未然 。 混凝 土裂缝 主要指宽度大于 ０２ ｍｔ 的裂缝 ， ．ｍ 尤其是贯穿裂缝危害最 大 。隧 道 裂 缝 将 影 响 隧 道结 构 的 稳 定 ， 短 隧 道 使 用 寿命 ， 致 巨 大 的 缩 导 经 济 损 失 。
２裂 缝 成 因种 类 判别 ．
隧道 内二次衬砌混凝 土裂缝 的成因很复杂 ， 但是 ， 在主观方 面 ， 施 工 技术 、 设计 占一定 比例 ； 客观方面 ， 混凝 土性能及环境 变化 也 占很大 比例 。 隧道 内二次衬砌混凝 土裂缝类型主要有 ： 干缩裂缝 、 温度裂缝 、 外 荷载作用产生的变形裂缝 、 施工缝处理不 当引起的接茬缝 等 ， 中： 其 干缩裂缝 ： 混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发 ， 使新浇 凝土胶凝 昆
隧道从洞 口至 ３ ０ ０ ｍ地段 ， 围岩条件较差 ， 设计 为钢筋混凝土 ， 且隧 道底 部设计有混凝土仰拱 ， 排除 了二次衬砌产生荷载变形 的影响因素 ， 但是钢筋 的设置并不能有效地避免裂缝 的发展。 ０ ｍ～ Ｏ ０ ３ ０ ｌ０ ｍ地段围岩 情 况较优 ， 属二级 围岩 ， 无混凝土仰拱 ， 可能因施工不精 细等 原因存 在 干缩 裂 缝 及 荷 载 变 形 裂 缝 。 混凝土脱模后养护措施不到位 ， 造成干缩裂缝的大量产 生。 任 何尚无荷载作 用的混凝土 ， 它的组合材料包括水泥 、 、 、 、 水 砂 石 外加剂及掺合料等组分相互物理化学作用硬化成 为一种多空隙复合材 料， 由于初始温度收缩应力作用而形成 内部许多微观裂缝 ， 这种裂缝在 外力 （ 包括失水收缩 ） 作用下不断扩展 ， 成为宏观裂缝 ， 继续扩展对素混 凝 土迅 速导 致 破 坏 。此 外 ， 置 了仰 拱 的 地 段 ， 拱 的 浇 筑 与 二 次 衬 砌 设 仰 的混凝 土浇筑是分开进行 的，且仰拱 的施作进尺较大 ，一般一次施作 ２ ｍ左右 ， ０ 即仰拱施工缝 间距 为 ２ ｍ， ０ 但是二次衬砌模板 台车长度仅为 ｌｒ， Ｏ 便造成 了仰拱 凝土 与二次衬砌 混凝土收缩不 同步 ， 者相互影 ｅ 昆 二 响， 造成与施工缝相邻 的混凝土部位产生拉裂。 ３２混 凝 土 性 能影 响 因素 分 析 ． 自从 ７ Ｏ年 代 末 （９ ８～１７ １７ ９ ９年 ） 国 混 凝 土 施 工 Ｔ 艺 产 生 了 巨 大 我 的进 步 — — 泵 送 商 品 混 凝 土 ］ 艺 。 从 过 去 的 干 硬 性 、 动 性 、 场 搅 拌 二 低 现 混凝土转 向集 巾搅拌 ， 转向大流动性 泵送 浇注 ， 水泥用量增加 ， 砂率增 加， 骨料粒径减小 ， 用水量增加等导致收缩及水化热增加 。 钢筋混凝土设计强度等级为 Ｃ ０ ３ ，素混凝土设计强度等级为 Ｃ ５ ２。 虽然混 凝土中掺有 占胶凝 材料 用量 ２ ％的粉煤灰 、．％的高效减水剂 ５ ０８ 以降低混凝土 的水化热 ， 但是干缩裂缝仍难 以避免。混凝土 ５ ｄ强度满 ６ 足设 计 ， 但是经试验 结果显示 ， 此处混 凝土试件在养护至龄期一 年后 ， 强度 均较高 ， ２ Ｃ ５及 Ｃ ０混凝土强度均达到 Ｃ ０等级 以上。 ３ ４ 过高 的强度 对细微裂缝 的产生有抑制作用 ，但是一旦混凝土 已经产生 了细微裂缝 的情况下 ， 对混凝土内部应力的重新分配造成不利影响 ， 结果会加剧早 期产 生的细微裂缝 向贯穿裂缝的发展 。 虽然衬砌内部有些设 置了钢筋 ， 但是 钢筋的强度远远 比不上混凝 土收缩 的内应力 。 ３３ 境 影 响 因素 ．环 隧道地处微冻环境 ，施工过程 中洞 口段混凝 土受环境温度变化影 响很 明显， 较多裂缝产生在洞 口段便说 明了这一原 因， 内较深位置温 洞 度 变 化 较小 ， 缝 数 量 较 少 。 裂 据 上述 分 析 可 知 ，隧 道 贯 穿 裂 缝 的 产 生 及 发 展 情 况 大 致 可 如 下 表