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地下輸水隧洞特別是有壓隧洞是我國水利水電工程建設中常有的施工項目，但隧洞襯砌混凝土產生的裂縫不僅會破壞混凝土結構，影響隧洞的使用壽命，處理時費工費時增加成本增加工期，所以如何判斷裂縫產生的原因并采取適當的處理方法對于此類項目有重要意義。

一、概述

總干4#隧洞位于引黃總干一，二級泵站之間，前連1#出水調壓井，后接2#進水調壓井，總長1698.92m，為有壓輸水遂洞，設計開挖斷面為圓形，直徑D=6.45m，砼襯砌厚度40cm，襯砌后洞徑5.60m，由于施工需要，隧洞開挖時斷面形成馬蹄形，并設置了間距為100m的倒車洞。

隧洞地質條件良好：多為白云巖白云質灰巖屬于II、III類圍巖，無重大地質構造，地下水不發育（∈3f5.寒武系風山組五段）（CHG2+138~148f2-1和CHG3+9~G3+16f3-1處各有一小斷層斷層）。

砼澆筑前清基發現，隧洞底部兩側和頂拱局部超挖嚴重，平均為25cm最大處為80cm。

設計砼澆筑段為12m，施工時采用液壓式針梁模板全斷面一次襯砌，設計環向鋼筋為Φ22，縱向分布鋼筋Φ12，砼設計標號為C20W6F50，采用二級配泵送砼，骨料為人工碎石，天然河沙，摻高效減水劑MF-2摻量為5%，砼配比見附表一。

二、裂縫的調查及分布狀況

4#洞開挖結束后，于九九年七月二十四日澆筑第一段砼，以后平均3天完成一段砼澆筑，工期經歷春、夏、秋、冬四季，后發現砼產生裂縫，表現為：有很強規律性，一般在澆筑段中部，春秋季澆筑的砼多為一側呈環向（或兩側腰線以下），夏季裂縫多為一環（橫向一周），且多為砼澆筑后5-7天左右產生,裂縫分滲水和干縫(不滲水)兩種。裂縫調查及分布情況見附表二。

三、裂縫產生的原因分析

3.1砼的配合比的選擇

施工所用的配合比是經過室內試驗后取得的，水泥摻量為280-330kg/m3之間，符合泵送砼要求，施工中使用的大同普硅525#水泥從多年的使用和檢測結果看，該廠家水泥的強度、安定性等方面是穩定和良好的。已澆完砼共取樣312組，檢測結果為全部合格，平均強度為31Mpa，在現場及有關單位進行的回彈儀無損檢測結果也是理想的，強度為32~33MPa。另外，分析砼裂縫形狀、規律和水泥摻量大的所產生的裂縫形狀、尺寸、規律也不相符，可以判斷：裂縫的產生與配合比無直接關系。

3.2砼的澆筑方式

在施工中，4#洞的全斷面砼襯砌是由2#拌合站供料的，砼攪拌車運料，運距0.5km，到現場后，由砼泵輸送進倉號，（每塊間隔3天左右），施工中每個澆筑段施工縫均設橡膠止水和鋪設復合型泡沬板，從澆筑方式和間隔時間對照裂縫進行分析認為：砼的澆筑方式于裂縫沒有直接影響的關系。

3.3地下洞室的基本恒溫對施工有利

洞內溫度除受季節產生的緩慢變化影響外，一定時段內基本處于恒溫狀態，從澆筑時溫測結果看，5~9月份洞內溫度基本在12~18℃之間，到了10月份也多穩定在8~10℃之間，洞內溫度無驟降變化，8月份洞內日溫溫差也較小，洞內基本穩定的溫度對砼的施工是有利的。溫度統計見附表三。

3.4砼養生的條件良好

每一澆筑段的砼澆筑完后，均采取在已澆塊下游部位用渣袋攔小壩截水，利用水泵抽水直接噴撒在砼表面上養護，水流循環利用。養護水為洞內水，溫度經測定與氣溫相近，每班均設專人養護，所有這些有利條件構成了對砼的良好養護。

3.5良好的地質條件不會導致裂縫產生

所有澆筑段圍巖堅硬完整，巖型均一，構造簡單，除兩處有小斷層外，并無大的特殊地質構造，洞內地質變形也趨穩定，且巖質層濕度與洞內濕度趨向一致，分析判斷，上述良好的地質條件不會導致砼產生裂縫。

3.6骨料成分不會導致裂縫產生

人工骨料是采用二級站開挖巖石經破碎生產的，因二級站巖石基本上為巖，含有的能與水泥活性物質引起堿性反應的成分較少，砂采用天然河砂，內含少量石英、長石等也不會與水泥發生較嚴重的堿反應以致形成裂縫。

3.7澆筑溫度、超挖、分段長及配筋相對較少的綜合作用是導致砼裂縫產生的主要原因

3.7.1從表二中可見，出現裂縫多的季節是在夏季6-7月份。骨料經過水噴淋降溫，溫度一般在17℃-22℃之間，最高溫度24℃，水泥儲存在庫內，溫度一般18℃-35℃之間，砼出機溫度在21℃-29℃之間，倉面砼溫度一般為21℃-29℃，根據當時的施工情況和有關規范，對澆筑塊溫度應力進行過計算，計算結果表明砼塊體所受的溫度應力處于臨界狀態，應是導致砼裂縫產生的主要原因之一。

3.7.2從開挖斷面圖看，設計砼襯砌厚度40cm，但實際挖深尺寸在底拱兩側角最深達1.2m，頂拱最深達85cm左右，均遠遠超出設計45cm，對照超挖數據看，超挖多的部位，產生的裂縫機率比較高。

3.7.3因為實際超挖后，原設計的雙層筋是針對40cm后砼的，但實際情況是，雙層筋后有約40cm后的砼內無筋，當內部產生應力時，無鋼筋受力，對裂縫產生有很大的關系。

3.7.4原設計40cm砼厚度澆筑分塊長度12m現澆筑厚度改變，長寬比等應力分布也有所改變。原12m塊的長度對于90cm厚度的砼明顯欠妥。實際檢查中，也發現大多裂縫是產生在每塊砼的中間部位，這也說明了，砼厚度改變后，澆筑段的長度比不適當，與裂縫產生也有一定關系。

四、裂縫的預防與處理

通過上述分析，我們可以得出這樣一個結論，隧洞砼襯砌不單要考慮巖石突出或夾角部位對裂縫產生的影響，而且還應注意，雖無大的“坑塘”存在，但普遍的大面積的超挖對改變砼內部應力帶來的不利影響也不可忽視。

4.1裂縫預防措施

4.1.1減小施工分塊長度，建議施工長度取8-10m。

4.1.2對于底拱砼，如超挖大于設計值10cm以上部位，應采取澆筑基礎墊層，再澆筑洞體的施工方法，對于邊頂超挖段較大部位，則建議設計增加鋼筋用量或其它方法解決。

4.1.3施工中加強骨料的降溫工作，根據骨料含水調整配合比，并盡可能降低砼出機和入倉溫度。

4.1.4減少砼水平和垂直運輸中的砼中灰漿的流失，以防出機口和倉內砼坍落度和配比的變化。

4.1.5施工中還需加強養護，保證砼配制準確及振搗的密實性，防止其它類型的裂縫產生。

4.1.6在高溫季節調整砼配和比，摻入粉煤灰。

4.2裂縫處理方法：

根據裂縫的狀況和發展趨勢，下步處理應安排在澆筑結束20天后進行，分兩步進行：①進行砼澆筑后的回填灌漿和固結灌漿，②對灌完漿后仍有滲水的縫采用化學灌漿。回填灌漿和固結灌漿施工方法這里不在敘述。化學灌漿方案如下：

a.環向裂縫灌漿施工

環向裂縫也是有規則的裂縫，而且裂縫寬度較小。針對這種情況，采用深孔、淺孔相結合的高壓灌漿法，裂縫漏水的情況下灌入YN堵漏劑，滲水和無水的情況下灌入環氧樹脂灌漿材料,鉆孔間距1.0~1.5米，孔徑ø20。

b.灌漿施工程序

前期準備­——裂縫調查­——確定灌漿方案——布孔——鉆孔——沖孔——丙酮洗孔——安裝灌漿塞——灌漿——停止灌漿——管路沖洗——縫面修整——現場清理——驗收

c.灌漿施工方法

①在對現場和裂縫進行了詳盡的調查準備工作后，現場施工開始。

②在選好孔位后，開始鉆孔，鉆孔時必須定位開孔，準確控制進孔方向，確保孔縫相交，達到預期灌漿效果。

③灌漿塞采用根據膨脹螺栓的原理制成的專用灌漿塞。

④由于漿液的固化時間可以調整，因此不同的裂縫、不同的灌漿時段，采用不同的配比。配漿時要求稱量準確，攪拌均勻，不能漏加或錯加任一組份，以“少配、勤配”為原則，既避免了材料的浪費，同時也適應了環保要求。

⑤灌漿時選用的輕化灌泵和德國瓦格納公司生產的電動隔膜泵。兩者各項技術參數見表1。輕型化灌漿泵設計灌漿壓力和進漿量較小；電動隔膜灌漿壓力高，并且配有無級調速裝置，能夠很好的控制進漿量。現場灌漿時根據不同的裂縫和灌漿壓力要求采用相應的灌漿設備。

表1

技術參數

類型

馬達功率

（KW）

重量

（Kg）

電壓

（V）

進漿量

（L/min）

最大壓力

（Mpa）

電動隔膜

1.45

38.5

230v/50HZ

2.8

25

輕型化灌泵

7.0

1.0

1

⑥灌漿結束后，及時清理裂縫表面殘留漿液，保持現場清潔。

⑦漿液固化后，采用Sikadur731涂抹縫面，并用磨光機修面。

d.灌漿材料

①環氧樹脂灌漿材料

環氧樹脂系列灌漿材料粘度小，固化時間可以調整，適合于開度較小，滲水不太嚴重的環向裂縫的灌漿施工，而且環氧樹脂材料強度較高，在堵漏的同時也起到了補強和抗沖刷的作用，是一種理想的灌漿材料，在室溫下其各項性能指標見表2。

表2

初始

粘度

(mpa.s)

比重

PH

值

純漿硬化物強度（Mpa）

漿液粘強度（Mpa）

固砂體動彈模

抗壓

抗拉

干縫

濕縫

固砂體動彈模

屈服

破壞

>1.0*

1.035

6

30~70

80~100

12．5~14.8

1.9

1.7

1.6~2.5

注:*——漿液粘度隨不同的配比而變化

②YN——聚氨酯堵漏劑

YN——聚氨酯堵漏劑粘度較大，以水為固化劑，遇水后在幾十秒內迅速與水反應，后成一種彈性體，短時間內即可止水，適用于漏水較大的環向裂縫和伸縮縫，在室溫下其各頂性能指標見表3。

表3

粘度（mpa.s）

誘導凝固時間（s）

膨脹率

40~80

20~900

≥350%

e.化學灌漿質量保證

在進行充分的調查研究后，制定出以上方案，根據以往化學灌漿處理經驗,漏水的裂縫逐漸變干燥，漿液在裂縫內部能起到止水的作用，灌入裂縫中漿液除了堵水這外，還可以對周邊的混凝土起到補強的作用。

f.施工設備

施工主要設備見表4

序號

名稱

單位

數量

備注

1

LILTI電錘

臺

2

2

高壓化灌泵

臺

2

3

輕型化灌泵

臺

2

4

磨光機

臺

1

5

0.2m3氣泵

臺

1

6

五十鈴交通車

輛

1

g.施工進度及人員配置

以處理200m裂縫長度施工進度及人員配置為列。詳見表5、6。

表6人員配置計劃

類別

高級工程師

工程師

技術工人

普通工人

合計

人數

1

1

4

4

10

h.安全施工

①增強文明施工、安全生產的意識，操作人員要穿戴好防護用品，進入施工現場要戴安全帽，現場嚴禁吸煙；

②有些化灌材料有毒易燃，應存放在陰涼、干燥、通風良好的地方，特別注意防火、防毒，確保安全，備好必要的防火器材；

③施工現場要加強通風、排毒，保證施工人員身體健康；

④設備、器皿、工具要及時清洗。

五、經驗總結

根據施工中的具體情況，我們實施了四.1條所述的預防措施，收到了良好效果，化學灌漿也取得成功。但是，值得我們吸取的經驗之一是在隧洞開挖中一定要避免大面積的超挖特別是嚴重超挖，其次是切實做好高溫季節骨料的降溫工作。只有這樣，才能少出裂縫從而取得好的施工質量和經濟效益。