莊云云+周應(yīng)夢

摘 要：在隧洞混凝土襯砌施工過程中，由于受到環(huán)境和地質(zhì)條件的影響，隧洞襯砌混凝土常會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于施工人員在施工期間未對隧洞襯砌混凝土的溫控問題予以重視?；诖耍恼轮饕U述了隧洞襯砌混凝土施工中溫度應(yīng)力變化及其裂縫產(chǎn)生的原因，并對處于不同環(huán)境條件下的隧洞混凝土襯砌施工溫控防裂措施進行探究，以為相關(guān)從業(yè)人員提供有價值的參考。

關(guān)鍵詞：溫控防裂；隧洞施工；混凝土襯砌

一、隧洞襯砌混凝土施工期溫度應(yīng)力分析

對隧洞各部位的溫度應(yīng)力進行分析發(fā)現(xiàn)，其變化一般經(jīng)歷：壓應(yīng)力增長、壓應(yīng)力減小、產(chǎn)生拉應(yīng)力、拉應(yīng)力平穩(wěn)增長、拉應(yīng)力快速增長并達到最大值、拉應(yīng)力再減小、而后進入隨氣溫周期性變化的過程。通常在對工程現(xiàn)場進行勘測后會發(fā)現(xiàn)，一般在隧洞的1/2處容易產(chǎn)生橫向裂縫，故主要沿隧洞軸線方向的應(yīng)力分量進行分析。隧洞襯砌混凝土的施工早、中期，中央橫斷面上1/2墻高附近范圍內(nèi)，墻中部和表層都出現(xiàn)沿洞軸線方向的拉應(yīng)力；施工后期，中央橫斷面及膠結(jié)面、頂拱墻中央和表面等均出現(xiàn)了較大的拉應(yīng)力，從中央橫斷面向頂端處的變化呈現(xiàn)低處較小、頂部最大的規(guī)律。

二、隧洞襯砌混凝土施工期裂縫產(chǎn)生的成因

根據(jù)對隧洞襯砌混凝土的溫度及應(yīng)力分析可以判斷出最容易出現(xiàn)裂縫的危險斷面是襯砌混凝土的中央橫斷面和頂拱腳線表面處。施工前期完成拆模作業(yè)后，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，氣溫驟降會引發(fā)襯砌混凝土的表層溫度發(fā)生急劇變化，而混凝土內(nèi)部依然保持著高溫狀態(tài)，這種情況下，表層會產(chǎn)生變化較陡的溫度梯度，拉應(yīng)力也會隨之急速增長。根據(jù)工程施工的實際狀況，襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫是必然的，其溫度降低是引發(fā)這一現(xiàn)象的主要原因，最先發(fā)生在中央橫斷面上1/2墻高處，并逐漸擴展至下部和拱腳線[2]。

三、不同季節(jié)混凝土襯砌施工的溫控防裂技術(shù)

以某水電站隧洞現(xiàn)澆混凝土襯砌為例，對襯砌截面溫度場和襯砌截面溫度應(yīng)力進行分析計算，具體內(nèi)容為：

（一）春季施工混凝土襯砌溫控防裂分析

文章以每年三月中下旬澆筑的混凝土襯砌為例，具體工況為：襯砌分段長12m、厚0.6m，混凝土澆筑溫度為10℃，通過對襯砌分段長度中間截面內(nèi)的溫度應(yīng)力進行計算，得出巖圍彈性模量與混凝土襯砌截面的溫度應(yīng)力成正比關(guān)系，故只要保證圍巖與襯砌之間完全接觸，圍巖對襯砌產(chǎn)生的連續(xù)變形約束力及襯砌截面內(nèi)溫度應(yīng)力的影響會逐漸減小。

（二）夏季施工混凝土襯砌溫控防裂分析

選擇在夏季進行隧洞混凝土施工，若僅通過改變襯砌分段長度的手段來控制襯砌混凝土的溫度，其所獲得的控制效果不理想，可見，在春季施工所采用的溫度控制手段在夏季是不適用的。由于夏季溫度較高，其對隧洞混凝土襯砌施工所造成的影響較大，采取單一的措施是無法實現(xiàn)對襯砌混凝土溫度的有效控制的，故在實際施工中多采用綜合措施進行溫度控制，以減少裂縫的出現(xiàn)。具體內(nèi)容為：1、混凝土澆筑為11℃，澆筑7d后可對其表面實行噴水的方式，以對環(huán)境溫度變化進行有效控制；2、混凝土澆筑為11℃，澆筑14d后可對其表面實行噴水的方式，以對環(huán)境溫度變化進行有效控制；3、混凝土澆筑為11℃，澆筑7d后采取通風(fēng)散熱的措施，在14d時采取對其表面噴水的方式，以將周圍環(huán)境溫度控制在10℃以下。

（三）秋季施工的混凝土襯砌溫控防裂分析

秋季施工的混凝土襯砌溫度控制和防裂縫分析需從以下幾個方面入手：

1、襯砌分段長度的影響。若標(biāo)準(zhǔn)工況襯砌長度為12m時，分別對襯砌分段長度6m、9m、15m進行計算得出：在其它條件和標(biāo)準(zhǔn)工況相同的情況下，襯砌分段長度的增加，會導(dǎo)致襯砌混凝土截面內(nèi)溫度應(yīng)力的增加，可見通過改變襯砌分段長度來實現(xiàn)襯砌混凝土溫度控制目標(biāo)是不可取的。

2、混凝土澆筑溫度的影響。若混凝土澆筑溫度分為10℃和8℃兩種情況時，通過對其分析可發(fā)現(xiàn)：混凝土澆筑溫度為10℃時，混凝土在澆筑的28d，其襯砌表面溫度應(yīng)力和圍巖側(cè)溫度應(yīng)力分別降低了8.1%、11.1%；混凝土澆筑溫度為8℃時，混凝土在澆筑的28d，其襯砌表面溫度應(yīng)力和圍巖側(cè)溫度應(yīng)力分別降低了13.4%、18.5%。由此可見，采用降低混凝土澆筑溫度的措施可取得較為明顯的襯砌溫度應(yīng)力控制效果。

（四）冬季施工的混凝土襯砌溫控防裂分析

由于冬季氣溫較低，需采取相應(yīng)措施實現(xiàn)對冬季施工襯砌混凝土溫度應(yīng)力的有效控制。比如提高洞內(nèi)環(huán)境溫度、確定混凝土表面保溫的起止時間等，以對溫度變化進行有效控制，減少或避免溫度裂縫的出現(xiàn)。通常在混凝土澆筑完成后的3～7d內(nèi)對混凝土進行通風(fēng)散熱處理，而后期應(yīng)注重保溫措施的采取，同時合理確定混凝表面保溫的開始和結(jié)束時間，以確保冬季施工混凝土襯砌溫度能保持在一個相對穩(wěn)定的水平。

四、結(jié)語

綜上所述，導(dǎo)致隧洞襯砌混凝土出現(xiàn)裂縫的原因是多方面的，而溫度控制是導(dǎo)致隧洞襯砌混凝土施工期間裂縫問題出現(xiàn)的主要原因。因此，在隧洞工程實際施工過程中，工程相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合襯砌混凝土裂縫出現(xiàn)的原因、特點等，采取針對性溫控防裂措施進行處理，同時在不同季節(jié)進行施工需要注意的溫控防裂事項不同，需對這一問題予以重視，從根本上減少溫度裂縫的產(chǎn)生，進而保障隧洞工程的順利施工。

參考文獻：

[1]彭守拙，鐘建文.非均質(zhì)圍巖壓力隧洞混凝土襯砌的初裂間距[J].工程力學(xué)，2013（1）：205-214.

[2]宋威，楊水兵.仰拱滑模在錦屏二級水電站引水隧洞底拱混凝土襯砌施工中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2014，45（5）：60-62.endprint