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        試析隧道混凝土襯砌裂縫的成因及處理

        2016-12-27 19:11:21孟渭存
        中國科技縱橫 2016年15期

        孟渭存

        【摘 要】隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高,隧道工程得到了快速發(fā)展與進步,在隧道工程中,混凝土襯砌裂縫是非常常見的質(zhì)量通病,會對后期的施工和運營造成安全隱患。本文將對隧道混凝土襯砌裂縫進行了分類并對裂縫出現(xiàn)的原因進行分析,針對裂縫出現(xiàn)的原因和分類提出合理的處理對策,希望為隧道工程類似問題提供借鑒。

        【關(guān)鍵詞】混凝土襯砌裂縫 隧道施工 修補工藝探究

        近年來,隨著橋梁道路施工建設(shè)水平的提高以及施工工藝的進步,越來越重視各種質(zhì)量問題的控制,隧道工程所占的比例較大,并且作為一項基礎(chǔ)施工,對質(zhì)量有著更為嚴格的要求,在建設(shè)與運營當中,經(jīng)常存在襯砌裂縫,這已經(jīng)成為一項質(zhì)量通病,嚴重威脅到行車安全以及施工的穩(wěn)定性。由此,加強對隧道裂縫產(chǎn)生的原因分析,并提出合理的解決對策尤為重要。

        1 隧道混凝土襯砌裂縫產(chǎn)生的原因以及類型

        1.1 裂縫類型

        隧道施工中混凝土是必不可少的施工材料,但在應用中受各種因素的影響會出現(xiàn)裂縫。通常,可以將隧道襯砌裂縫分為如下幾種:縱向裂縫、內(nèi)環(huán)向裂縫以及斜向的裂縫等。其中,危險性最大的是縱向裂縫,一旦出現(xiàn)縱向裂縫將容易造成墻面的坍塌或者掉拱等,并沿著縱向的裂縫進行加深,危及到整個隧道的穩(wěn)定性,受力性質(zhì)為:壓裂、張拉、拉裂等;出現(xiàn)剪裂時會出現(xiàn)掉塊,剪裂通常會與隧道斷面呈一個30°斜角,按照襯砌裂縫產(chǎn)生的規(guī)律可以將其分為早期的溫度裂縫、干縮裂縫以及外力荷載裂縫等。施工中的很多因素都會出現(xiàn)這些裂縫,對正常施工帶來阻礙,下面就對隧道混凝土襯砌裂縫產(chǎn)生的原因進行分析[1]。

        1.2 隧道裂縫產(chǎn)生的原因

        溫度應力裂縫。溫度裂縫是最為常見的,在施工的過程中,水泥與水結(jié)合后產(chǎn)生的水化熱會使其溫度升高,導致混凝土內(nèi)部與表面產(chǎn)生溫度差,如果內(nèi)外溫差超過25℃,在溫度應力的作用下就會出現(xiàn)裂縫?;炷帘砻鏈囟扰c空氣溫度差超過15℃也會產(chǎn)生溫度應力,也會產(chǎn)生裂縫。

        干縮裂縫。在進行二次襯砌過程中,混凝土凝結(jié)硬化,在變硬過程中水分會急劇蒸發(fā),引起失水收縮,此時骨料和水泥之間產(chǎn)生不均勻的伸縮變形。整體鋼模與外圍巖石約束的影響下,還會出現(xiàn)徐變應力,如果此時的應力值比混凝土的抗拉強度高,將出現(xiàn)明顯的裂縫規(guī)律,主要影響因素包括砂石粗細程度、級配效果以及水灰比、外加劑的使用等[2]。

        特殊地質(zhì)環(huán)境情況下,還會產(chǎn)生其他類型的裂縫,很多時候因為地質(zhì)勘察不清楚或者設(shè)計方案不合理,都會出現(xiàn)裂縫。隧道受外圍巖土松動壓力影響較大時,大面積變形巖體的擠壓,將促使隧道出現(xiàn)不勻稱的受力效果,產(chǎn)生高地應力,致使外圍的巖石不斷膨脹,隧道受力也隨之狀態(tài)改變,會出現(xiàn)應力集中使隧道結(jié)構(gòu)變形或者扭曲、隆起、侵蝕等情況,影響到施工的整體質(zhì)量。

        地下水作用也不可忽視,主要就是因為滲流以及侵蝕作用下使混凝土強度降低,厚度減??;隧道很多時候需要穿越復雜的地理區(qū)域,同時,降雨或者排水都可能引起隧道周圍的水壓出現(xiàn)變化,從而產(chǎn)生襯砌裂縫[3]。

        施工縫。二次襯砌混凝土施工中,機械故障或者停電等行為使混凝土澆筑終止,或者澆筑時間超出了最佳的凝結(jié)時間,不能進行及時的連續(xù)作業(yè),由此產(chǎn)生裂縫;二次襯砌前不能對仰拱進行鑿毛處理,如果直接在原有的混凝土上襯砌,容易在新舊混凝土接茬處出現(xiàn)裂縫。

        2 隧道混凝土襯砌裂縫的修補方法

        2.1 直接涂抹法

        對于不同的裂縫需要結(jié)合具體的施工情況與施工工藝使用不同的修補方法,一般寬度在0.2~0.4mm之間的小裂縫可以使用最簡單的直接修補法,因為沒有明顯的變形與滑移或者滲水情況,結(jié)構(gòu)承載力作用不是很大,更不會影響到結(jié)構(gòu)安全。對此,出于外觀考慮,可以先對裂縫表面進行清洗,保持面部的整潔,然后在裂縫處涂抹膩子,反復涂幾遍,然后刮抹料并進行顏色調(diào)和,使混凝土表面的顏色與襯砌混凝土顏色基本一致。

        2.2 埋管注漿法

        埋管注漿法適合應用在裂縫寬度為0.4~0.8mm的裂縫修補上,這種裂縫多是貫通性裂縫,同時,危害也是非常大的,必須結(jié)合施工內(nèi)外部環(huán)境選擇適合的修補方法,加強修補。沿著裂縫刻一個溝槽,每間隔30cm對溝槽進行鉆孔,先鉆一次,深度控制在襯砌厚度的1/2~2/3,且不小于13cm。鉆孔完成以后要在孔內(nèi)安裝一個壓漿管道,直徑控制在15mm左右,固定使用材料為環(huán)氧樹脂砂漿,抹實使用灰刀砂漿,反復幾次,直到表面抹平變得均勻。環(huán)氧樹脂砂漿需要控制好配比,通常按照如下比例進行配比,環(huán)氧樹脂:水泥砂漿:細砂:二丁醇,按照1:1.5:3.0:0.2的比例配比。需要注意的是,環(huán)氧樹脂砂漿強度必須控制在0.12~0.4MPa左右,在達到這一標準時向水泥中添加適量的水泥玻璃漿液與環(huán)氧樹脂漿液,充分對其配比并攪拌均勻,完成壓漿以后對配比效果進行試驗,如果試驗合格才能進行裂縫修補,用刮抹涂料的方法對調(diào)色料優(yōu)化處理[4]。如圖1所示。

        2.3 修補密集裂縫

        在對密集裂縫修補過程中,適合應用在襯砌混凝土的背后空洞狀態(tài)或者襯砌厚度不夠引起的密集型裂縫中,將間距控制為2m,在此處周圍交叉方式進行布點,將其鑿成一個方形槽,大小規(guī)格控制為12cm×10cm左右,深度控制位6cm左右,再向其中打進去一個注漿錨桿,注意不能讓錨桿接觸到襯背側(cè)的防水層,防止出現(xiàn)滲水,在向其中灌注漿時,按照如下比例進行注漿配比;灰砂:水泥砂漿,即,1:2,水泥砂漿:灰砂,即1:3,具體修補過程中,需要將注漿的壓力控制在0.4~0.76MPa左右,完成了注漿以后,如果達到了規(guī)定壓力標準,但是砂漿壓實不夠時,則表示已經(jīng)達到限度,可以在注漿過程中應用環(huán)氧樹脂砂漿,將其作為抹平的主要材料,最后使用刮抹方法調(diào)和料。

        2.4 粘貼碳纖維布

        為了使隧道襯砌更加牢固,減少出現(xiàn)裂縫,可以在完成裂縫注漿以后在表面黏貼一層寬的碳纖維布;將襯砌表面的防火涂料去除,留出適當?shù)膶挾龋瑢⒒炷两Y(jié)構(gòu)露出,整平表面,按照設(shè)計要求灌縫或者對裂縫進行封堵,然后將碳纖維黏貼膠涂抹上,最后粘貼碳纖維布。黏貼碳纖維布的方法比較適合荷載較小的裂縫,如果裂縫的面積較大,則不適合使用這種方法,會增加修補的成本。

        3 加強混凝土質(zhì)量的建議

        為了減少在施工中產(chǎn)生襯砌裂縫等問題,造成不必要的麻煩,需要在施工前就做好地質(zhì)勘察,收集詳盡的地質(zhì)工程資料以及水文資料等,了解隧道斷面的強度、斷面形式、襯砌的厚度以及配筋的形式、裂縫位置、設(shè)計參數(shù)等。

        (1)合理劃分襯砌施工長度,提高混凝土臺車加工、安裝質(zhì)量,定期檢查混凝土臺車及攪拌機器,保證其能正常的運行。

        (2)把好材料關(guān),加強對混凝土的拌和,并在澆筑中加強監(jiān)督管理,安排技術(shù)人員在攪拌的過程中,嚴格按照設(shè)計標準與施工規(guī)范配比材料,保證混凝土的配比比例符合施工的標準。同時,在攪拌的過程中嚴格控制混凝土內(nèi)外的溫度差,從根本上保證混凝土的強度。

        (3)控制好二襯施作的時間,加強監(jiān)控量測,二襯盡可能在在圍巖與初期支護變形穩(wěn)定以后進行,如果圍巖穩(wěn)定性不夠,則要提前進行二次襯砌,加固初期支護,使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強。

        (4)加強對外部應力的預控,及時做好應急方案。比如,高地應力、膨脹土造成的隆起、黃土隧道地基承載力不足出現(xiàn)的不均勻沉降等。提前做好相應的加強處理措施,以防止外部應力對襯砌的破壞。

        4 結(jié)語

        隧道施工面臨的內(nèi)外部影響因素較多,混凝土襯砌裂縫是非常常見的質(zhì)量通病,也讓施工單位備受困擾,為此,要想使隧道穩(wěn)定性與安全性增強,減少裂縫,最重要的就是明確混凝土襯砌裂縫產(chǎn)生的原因,實施可靠、合理的修補方法,進而將隧道施工質(zhì)量提高。

        參考文獻:

        [1]張帥.隧道混凝土襯砌裂縫成因分析及擴展規(guī)律研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015(10):957-957.

        [2]王曉明,劉斌.隧道混凝土結(jié)構(gòu)病害成因分析及其健康診斷研究[J].混凝土,2010(7):89-91.

        [3]戴成元,韓汀.隧道混凝土襯砌裂縫成因分析及擴展規(guī)律研究[J].巖土工程界,2010,8(12):71-73.

        [4]卞康,肖明.水工隧洞襯砌水壓致裂過程的滲流-損傷-應力耦合分析[J].巖石力學與工程學報,2010,29(z2):3769-3776.

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