二次衬砌的开裂与治理方案.doc

二次衬砌的开裂与治理方案这里所指的开裂是指在施工工程中，不是因外力而造成的开裂。而是由于温度收缩和干燥收缩而产生的开裂。这些在施工过程中产生的开裂有时是很难避免的。一般说，隧道衬砌是由拱或环形构造为主体的受压构件构成的，因此，预计不是因荷载而产生的开裂，在设计阶段一般都不采取防止开裂的对策。但是，即使在没有外力作用的条件下，衬砌因全周的外缘与喷混凝土接触，变形受到约束，约束了混凝土的温度收缩和干燥收缩，有时也会产生拉伸开裂。衬砌施工，是在狭小的空间内进行的，灌注和捣固等作业是不容易的，如果施工不慎就会产生开裂或缺陷。这些开裂，因混凝土中一般都不配置钢筋，如果产生开裂扩大、劣化，呈三维状态时，就可能造成剥落、掉块。因此，设计时或施工时要尽量避免这样的开裂发生。混凝土衬砌会因材料、环境、施工等原因而产生各种各样的开裂。不管何种原因，都要采取对策，来减少或控制开裂的发生。1）因材料、环境的开裂混凝土衬砌中发生的开裂因约束温度收缩及干燥收缩而产生的开裂模式示于图1。图1 材料、环境引起的开列模式。模式的开裂易在拱顶部附近及拱下部范围内发生，大约沿隧道纵向呈直线分布。模式的开裂是与隧道纵向成直角方向分布的，易在起拱线和变断面处附近，几乎以规则的间隔产生的，但也有沿隧道全周发生的。模式是在施工缝附近，沿隧道纵向发生的，长度比较短，间隔规则。模式是随机方向的开裂或呈龟甲状或网目状分布，易于在拱部发生。这些模式的开裂，也有贯通整个衬砌厚度的。在模式的开裂中，有与游离石灰不同的胶状物析出时，可能怀疑是碱性骨料反应所致。这些开裂都是伴随温度收缩和干燥收缩而产生的。但几乎都达不到显著损伤衬砌功能的程度，从防水和耐久性角度看，如有贯通的开裂或形成三维交差的开裂有可能掉块的场合，就应该采取对策。主要对策是重新选择材料和配比，以及缓和约束收缩变形的措施。2）因施工方法产生的开裂模式示于图2。图2 起因施工的开裂模式模式的开裂是在施工缝附近，沿已灌注好的混凝土的上部的模板接触面，因安装或拆除模板时的过大压力而发生的。模式是在盾构衬砌中发生的。模式的开裂是沿水平方向或混凝土流的方向分布的，易在捣固难的拱上半部或在灌注中断的界面上发生。模式是在混凝土表面不易发现而在断面内部的局部发生的，是因模板下沉或模板与混凝土附着不良等原因造成的。防止上述开裂的方法与途径有：1）混凝土材料（1）一般山岭隧道的衬砌混凝土多采用波特兰水泥。为了控制起因于水泥的水化热的温度收缩引起的开裂，在可选择的水泥中，应尽量采用水化热小的水泥。如中热波特兰水泥、低热波特兰水泥、高炉水泥等。也开发出添加混合剂的三成分的水泥。一般说，衬砌 厚度在2050cm左右，是比较薄的，采用低水化热的水泥，对大体积混凝土没有显著的效果，但在一定程度上能够降低开裂的发生。采用低发热水泥的混凝土，一次强度比普通波特兰水泥发现较迟，应对拆模时期进行研究。（2）高炉矿碴微粉末具有延缓水化热发生速度的效果，品质好的粉煤灰有水化热小的特点。同时也可利用特殊的水化热控制剂来控制温度上升速度和温度上升量。2）混凝土配比混凝土的发热量与单位水泥量成正比。单位用水量小，能够降低干燥收缩。因此，为降低混凝土温度上升和干燥收缩、降低开裂，应尽可能地采用单位水泥量、单位用水量，来确定配比。3）混凝土养生隧道洞内，除洞口外一般湿度比较高，温度也比较稳定。没有日照作用，也几乎不受风的影响。因此隧道内保持有适合混凝土养生的湿润状态，一般不需要附加的养生。但是，隧道贯通后的通风等使环境发生变化的场合，应设置防风板等。在因温度应力而发生开裂的场合，应根据条件，采取措施使混凝土构件内外的温度差不要过大，使构件的温度下降速度和干燥收缩不要过大。如设置养生门或在灌注区间的前后覆盖养生板等。4）设置隔离层山岭隧道一般都使喷混凝土和衬砌间分离，不约束衬砌的收缩变形，这已为实践所证实。一般说，要设置降低背后约束材，但有漏水的场合，最好设置防水材。此对策，虽然不能够完全控制温度及干燥收缩引起的开裂，但可以极大地减少开裂。因此，以降低混凝土开裂为目的，在喷混凝土和衬砌间采用的降低背后约束材，应确保其品质。采用防水板的场合，防水板可以起到背后约束材的作用，通常就不使用背后约束材。背后约束材的施工方法有张挂法和喷射法。一般采用张挂法。降低背后约束的板应富有变形跟踪性和柔软性，施工时不能破损。但是，背后约束用的板，主要是防止在混凝土灌注后早期发生的温度收缩和干燥收缩引起的开裂，因此并不要求板的连续性和长期的耐久性。背后约束用的板，使用一次阶段采用厚0.2mm的薄的聚氯乙烯板，但最近为确实地防止开裂开始采用厚一些的板，如0.4mm的EVA板和厚1mm的聚乙烯板，但如能够确认作为背后约束材的性能，也可采用其他材料。5）设置开裂诱发缝在衬砌拱的上半部易于产生隧道轴向开裂，在一次灌注长度大的场合易于产生隧道环向开裂。特别是，喷混凝土和衬砌间没有降低背后约束材的场合，更为显著。此种开裂从材料和配比上采取对策是比较困难的，因此，在一定间隔设断面缺损部分，来诱发开裂，从而开展其他部分的开裂，对开裂部分进行事后处理。这种方法是比较容易的。开裂诱发缝的间隔受到隧道断面尺寸、衬砌厚度、灌注温度的影响极大。一般说，沿隧道轴直角发现的缝，从仰拱到拱顶的高度为H时，以H2H为大致标准。开裂诱发后为防止漏水，应进行补修。6）掺入纤维系补强材即使衬砌发生开裂，但没有扩大到有害的宽度，对衬砌的功能的影响是不大的。为了控制开裂宽度，应采用耐腐蚀好的钢纤维、尼龙纤维、钢纤维、炭纤维等短纤维混入混凝土中，是比较有效的，但其配比和强度特性等应通过试验等确认。7）灌注施工缝等为防止安装模板时，灌注周边发生的开裂，在灌注部应设施工缝。即，在已灌注混凝土与模板重叠部分设比缝深度高些的橡胶和发泡苯乙烯或海绵等接缝材充当模板，就能够防止已灌注混凝土端部过大的荷载的作用。