隧道二次襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺車、泵送混凝土施工工藝。但在砼施工中，伸縮縫、施工縫的滲水及溫度應力裂縫的處理是一個世界性難題。為了最大可能減少砼施工過程中各種裂縫的發生，在現在砼施工過程中，我們盡管在其原材料的選用、施工工藝方面都進行了不斷的研究和改進，然而并不能完全得到避免，如在筆者參建的千秋關及方家嶺隧道中，雖然采用了各種不同的施工工藝，有嚴格的質量保證體系和控制措施，但在砼施工中都不同程度的發現有各種裂縫的產生。砼中產生的各種裂縫，不僅對其結構產生了不良的影響，還可能對整個建筑物產生直接的危害，施工中必須采取合理的工程技術措施,控制和減少混凝土中裂縫的數量和寬度。本文分析了混凝土裂縫產生的原因,提出了預防裂縫產生的措施,并介紹了幾種常見的裂縫治理方法。
第一章 隧道襯砌混凝土裂縫的類型
第一節 裂縫的類型
隧道襯砌混凝土裂縫類型主要有：干縮裂縫、溫度裂縫、外荷載作用產生的變形裂縫、施工縫處理不當引起的接茬縫等。
一、干縮裂縫
混凝土在硬化過程中水分逐漸蒸發散失,使水泥石中的凝結膠體干燥收縮產生變形,由于受到圍巖和模板的約束,變形產生應力,當應力值超過混凝土的抗拉強度時,就會出現干縮裂縫。干縮裂縫多為表面性的,走向沒有規律。影響混凝土干縮裂縫的因素主要有：水泥品種、用量及水灰比、骨料的大小和級配、外加劑品種和摻量。
二、溫度裂縫
水泥水化過程中產生大量的熱量,在混凝土內部和表面間形成溫度梯度而產生應力,當溫度應力超過混凝土內外的約束力時,就會產生溫度裂縫。裂縫寬度冬季較寬,夏季較窄。溫度裂縫的產生與二次襯砌混凝土的厚度及水泥的品種、用量有關。
溫度裂縫的走向通常無一定規律，大面積結構裂縫常縱橫交錯;深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細，而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。
三、荷載變形裂縫
仰拱和邊墻基礎的虛碴未清理干凈,混凝土澆筑后,基底產生不均勻沉降;模板臺車或堵頭板沒有固定牢固,以及過早脫模,或脫模時混凝土受到較大的外力撞擊等都容易產生變形裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與荷載情況有關，一般沿與地面垂直或呈30°~45°角方向發展，較大的荷載裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩定之后，荷載裂縫也基本趨于穩定。荷載變形裂縫在隧道襯砌混凝土病害中占有的比例逐年增大,已經引起了廣大工程技術人員的重視。
四、 施工縫(接茬縫)
施工過程中由于停電、機械故障等原因迫使混凝土澆筑中斷時間超過混凝土的初凝時間,繼續澆筑混凝土時,原有的混凝土基礎表面沒有進行鑿毛處理,或者鑿毛后沒有用水沖洗干凈,也沒有鋪水泥砂漿墊層,就在原混凝土表面澆筑混凝土,致使新舊混凝土接茬間出現裂縫。
第二章 裂縫形成的原因分析
混凝土裂縫形成的原因非常復雜,往往是多種不利因素綜合作用的結果。據有關統計,施工不規范造成的混凝土裂縫占80%左右,材料質量差或配合比不合理產生的裂縫占15%左右,設計不當引起的裂縫可能占5%。
一、 設計粗糙，建設、監理單位工作隨意性大
由于多方面的原因,勘察設計單位無法深入地開展地質勘探工作,隧道圍巖類別評價及支護結構設計缺乏科學依據,帶有一定的盲目性。個別建設單位限于自身管理和專業技術水平的欠缺,任意變更原設計。少數工程由業主的內部人員組成監理機構,監理工作失去了獨立性。隨著建筑市場的規范,在近幾年的隧道施工中這些問題得到了一定的解決。
二、施工工藝或者現場操作不規范
1、隧道開挖成型差,襯砌混凝土厚度嚴重不均勻;欠挖或初期支護侵入襯砌限界,造成襯砌混凝土厚度不足。個別隧道襯砌混凝土背后存在脫空現象。
2、未開展監控量測工作,僅憑經驗來確定二次襯砌的施作時間,安全可靠性差,造成二次襯砌超設計荷載承受圍巖壓力。筆者目前參建的千秋關隧道監控量測工作由業主委托同濟大學專業監測隊伍開展工作，在施工過程中及時準確的對圍巖變形情況作出分析預測，對施工進行正確指導，目前隧道二襯已施作完畢，未出現裂縫現象，總體效果較好。
3、混凝土生產時原材料計量誤差大,尤其外加劑的摻加隨意性大,沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用水量,造成混凝土水灰比增大。在混凝土運輸及泵送過程中加水的現象也比較普遍。
4、采用整體式鋼模板臺車施工,混凝土澆筑時不振搗或漏振,混凝土均質性差，此現象在隧道襯砌施工中較為普遍，多數作業隊伍對砼振搗工作重視不夠，以經驗判斷砼的密實及均勻程度。
5、多數在建隧道由于各種原因業主要求工期且施工單位因報價低等原因，造成施工單位緊盲目追求施工進度,隨意提前脫模時間,使低強度混凝土過量承受荷載,破壞了混凝土結構。
6、冬期施工時采取的防寒保溫措施不力。
7、原材料質量差、配合比設計不合理
第三章 混凝土裂縫的預防
第一節 干縮裂縫的預防
混凝土干縮裂縫的成因在前文已有敘述，主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。預防措施如下：
1、選用收縮量較小的水泥，一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用
2、混凝土的干縮受水灰比的影響較大，水灰比越大,干縮越大，因此在混凝土配合比設計中應盡量控制好水灰比的選用，同時摻加合適的減水劑。
3、嚴格控制混凝土攪拌和施工中的配合比，混凝土的用水量絕對不能大于配合比設計所給定的用水量。
4、加強混凝土的早期養護，并適當延長混凝土的養護時間。冬季施工時要適當延長混凝土保溫覆蓋時間，并涂刷養護劑養護。
5、在混凝土結構中設置合適的收縮縫。
第二節 溫度裂縫的預防
溫度裂縫的預防措施如下：
1、盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。
2、減少水泥用量,將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。
3、降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。
4、改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量,降低水化熱。
5、改善混凝土的攪拌加工工藝，在傳統的三冷技術的基礎上采用二次風冷新工藝，降低混凝土的澆筑溫度。
6、在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現時間。
7、預留溫度收縮縫。
8、混凝土中配置少量的鋼筋或者摻入纖維材料將混凝土的溫度裂縫控制在一定的范圍之內。
第三節 荷載變形裂縫的預防
荷載變形裂縫預防措施如下：
1、對松軟地基在上部結構施工前應進行必要的加固。
2、保證模板有足夠的強度和剛度，且支撐牢固，并使地基受力均勻。
3、 防止混凝土澆灌過程中地基被水浸泡。
4、模板拆除的時間不能太早，且要注意拆模的先后次序。
第四節 其他預防措施
一、 提高設計精度
加強工程前期地質工作,為設計提供詳盡的工程地質、水文地質勘探資料,提高設計的質量。
二、 原材料控制
1、 水泥
施工現場多使用普通硅酸鹽水泥,但應盡量減少單位水泥用量。不同品牌、不同規格、不同批次的水泥不能混用。
2、碎石
根據泵送管路的內徑,盡可能選用較大粒徑的碎石。嚴格控制含泥量≤1%,針、片狀物含量≤15%,粒徑以5～31.5mm為宜,最大不超過40mm。
3、 砂
采用級配良好的中砂,細度模數應為3.0～2.3,粒徑小于0.315mm的顆粒含量所占比例宜為15～20%, 嚴格控制含泥量在3%以內。為方便混凝土的運輸、泵送和澆筑,砂率取35%～45%。
4、水
最好選用飲用水。當采用其他水源時,應按國家現行《砼拌合用水標準》(JGJ63)的規定進行檢驗,PH值應大于4。水灰比越大,混凝土的干燥收縮越大。嚴格控制泵送混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施。施工中水灰比在0.45～0.55之間,混凝土入泵塌落度控制在(12±2)cm。
5、摻合料
推廣摻加粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術,等量替代水泥,以減少水泥用量。對強度等級C25以下的混凝土,粉煤灰摻量一般為水泥用量的10%～15%,膨脹劑摻量為水泥用量的8%～12%,具體摻量需經試驗確定。筆者參建的千秋關隧道二襯施工就采用了雙摻技術，取得了較好的施工效果。
6、外加劑
高效減水劑能夠有效減少拌合用水,降低水化熱,延緩水化熱釋放速度,從而減少溫度裂縫,但摻量過多,會引起混凝土的腫脹和開裂。施工時必須慎重選擇外加劑的品種和摻量。
三、 混凝土施工工藝控制
1、 提高開挖鉆眼技術水平,優化鉆爆參數,提高光面爆破效果,加強隧道開挖斷面檢測,嚴格控制超欠挖,為襯砌施工創造良好的條件。
2、二次襯砌施作時間,應在圍巖和初期支護變形基本穩定時進行。當圍巖變形較大、流變特性明顯,需提前進行二次襯砌時,必須對初期支護或襯砌結構進行加強。
3、 混凝土的拌合
a、嚴格按施工配料單計量,定期檢查校正計量裝置。加強砂石料含水率檢測,及時調整拌合用水量，采用商品砼的因定期對廠家進行監督檢查。
b、控制混凝土的入模溫度。夏季施工時,當氣溫高于32℃時,砂石料、攪拌機應搭設遮陽棚,用冷水沖洗碎石降溫。盡量安排在夜間澆筑混凝土。
4、混凝土的灌注
a、混凝土在運輸和泵送過程中嚴禁加水，此現象在施工中應堅決杜絕。
b、適當放慢灌注速度,兩側邊墻對稱分層灌注,到墻、拱交界處停1h～1.5h,待邊墻混凝土下沉穩定后,再灌注拱部混凝土。在實際施工中，由于襯砌施工耗時較長且洞內作業環境比較壓抑，作業人員在長時間作業后容易產生松懈及不滿情緒，影響施工質量，在施工前施工單位應多好對作業人員的安全、質量及施工技術交底工作，選用責任心較強的作業人員。
c、混凝土灌注過程中必須振搗,提高混凝土的密實度和均質性,減少內部微裂縫和氣孔,提高抗裂性。
5、 混凝土的脫模、養護
a、混凝土拆模時的強度必須符合設計或規范要求,嚴禁未經試驗人員同意提前脫模,脫模時不得損傷混凝土。
b、傳統的混凝土灑水養護方法,增加了隧道內的文明施工難度,灑水也不均勻,使混凝土早期強度得不到保證。建議使用噴涂混凝土養護液的方法進行養護。
第四章 混凝土裂縫的處理措施
混凝土作為多組材料組成的脆性材料,裂縫的存在是客觀的。作為施工單位應加強襯砌混凝土的施工管理,避免或減少混凝土裂縫的產生。對于出現的裂縫,應認真分析原因,分清是有害裂縫還是無害裂縫,并對有害裂縫進行處理,防止裂縫繼續發展,影響襯砌結構的穩定。
第一節 細微裂縫
隧道襯砌混凝土表面常出現一些沒有擴展性的細微裂縫,這種裂縫是穩定的,一般可自愈,不會影響結構的使用和耐久性。從美觀考慮,可先清洗干凈裂縫表面,然后涂刷環氧樹脂漿液二至三遍,最后用刮抹料、調色料處理混凝土表面,使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致。
環氧樹脂漿液配比,環氧樹脂：501稀釋劑：二甲苯：乙二胺=1：0.2：0.35：0.08。刮抹料配比,水泥：細砂：水=1：2：0.35。調色料配比,水泥：白水泥：107膠=5;3：1。施工時應經試驗確定。
第二節 貫通性裂縫
貫通性裂縫的危害較大,必須采取有效的治理方法。在此介紹一種處理方法：沿裂縫方向鑿成寬5cm、深3cm的V形槽,在槽內騎縫每隔0.5m鉆一孔,孔深為襯砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,并不得穿透襯砌以防跑漿。用清水沖洗干凈槽內的雜物及粉塵,在孔內插入￠10的壓漿管,利用環氧樹脂水泥砂漿錨固,用灰刀將砂漿壓實抹光。環氧樹脂砂漿配比,環氧樹脂:水泥:細砂:乙二胺:二丁酯=1:1.6:3.2:0.1:0.12,其中乙二胺是固化劑,二丁酯是稀釋劑。待環氧樹脂砂漿有一定的強度后,以0.15MPa～0.2MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環氧樹脂漿液。壓漿結束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。裂縫表面用刮抹料和調色料處理。
第三節 密集裂縫
襯砌背后有空洞或襯砌厚度不足引起的密集裂縫,必須進行防水和地層加固處理。沿裂縫兩側每隔1.2m～1.5m交錯布點,鑿成10cm×10cm大小深5cm的方槽,用風動鑿巖機鉆孔,孔深3m,安裝WDT25中空注漿錨桿,注入水泥砂漿,灰砂比1:(3～5),水灰比1:1,施工時由下往上逐級注漿,注漿壓力以0.4MPa～0.6MPa為宜。注漿結束后,另鑿新孔在0.6MPa～1.0MPa壓力下壓入純水泥漿檢查注漿效果,當達到規定壓力而砂漿壓不進時,即認為已經注滿。注漿24h后安裝錨桿墊板,用環氧樹脂砂漿抹平方槽,表面用刮抹料和調色料處理。
第四節 其他處理措施
一、結構加固法
當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。
二、混凝土置換法
混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
三、電化學防護法
電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。這種方法的優點是防護方法受環境因素的影響較小，適用鋼筋、混凝土的長期防腐，既可用于已裂結構也可用于新建結構。
四、仿生自愈合法
仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分(如含粘結劑的液芯纖維或膠囊)，在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。
第五章 結 論
裂縫是隧道襯砌混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅會降低隧道的抗滲能力，影響隧道的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響隧道的承載能力，因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證建筑物和構件安全、穩定地工作。
參考文獻
1、《公路隧道施工技術規范》JTJ042-94
2、《公路隧道設計規范》JTG D70-2004
3、隧道建設TUNNEL CONSTRUCTION 2009年 第01期
4、GB 50010 2002.混凝土結構設計規范 2002
5、王鐵夢.工程結構裂縫控制.中國建筑工業出版社,1998
6、徐發俊.洋條公路隧道病害分析與整治[J].隧道及地下工程,1995,16(3):48-52.
7、趙永明 鄧松華.云南某隧道砼襯砌裂損原因及整治措施[J].隧道及地下工程,1994,15(3):33-36.
8、《隧道建設》2007年第27卷第A01期
