【摘要】水工隧洞混凝土衬砌，基于防渗和混凝土结构耐久性的要求，一般都要求严格控制裂缝的产生，特别是压力隧洞。如水电站的引水发电洞，如果衬砌混凝土产生裂缝，则必须进行工艺复杂的裂缝修补。因此，如何有效控制混凝土裂缝的产生，是施工单位较为关注的问题。基于此，本文主要对水工隧洞混凝土衬砌开裂原因进行分析探讨。
【关键词】水工隧洞；混凝土衬砌；开裂原因
1、前言
水工隧洞设计理念在其100多年的发展历史中已经发生了显著变化，尤其是对水荷载作用形式、隧洞衬砌与围岩的联合承载机理等方面都有了更为深入的认识。传统的钢板衬砌结构虽然防渗效果良好，但其工程量较大、造价高，且施工困难，对施工进度有较大影响。出于经济效益和施工方面的考虑，目前水工隧洞中大量采用钢筋混凝土衬砌。混凝土衬砌裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果，主要有施工不规范、材料质量差或配合比不合理以及荷载作用引起的开裂等因素。
2、隧洞混凝土裂缝成因分析
2.1混凝土干缩
混凝土在硬化过程中，体积将会产生收缩，而因受混凝土结构各质点变形的不均匀性产生的相互约束的影响产生了拉应力，从而使混凝土开裂。一般来说，混凝土干缩仅产生细微的表面裂缝，只有在混凝土拌和物质量不良或水灰比过大的情况下，裂缝才比较明显。
2.2温度裂缝
1）水化热
混凝土拌和后水泥与水发生水化反应，产生大量的水化热，混凝土的温度随着水化反应的不断进行而逐步升高。当混凝土体积较大或散热条件不好时，混凝土内部的温度将明显升高，产生温度变形。当混凝土的温度变形受到约束时，就会引起温度应力从而导致混凝土开裂。然而，常见的隧洞混凝土厚度在20～60cm左右，为薄壁结构，散热条件也比较好。因此，在混凝土采用掺粉煤灰等降低水化热材料的措施后，即可避免水化热的影响。
2）外界气温
当混凝土的内部与外界环境之间存在温差时，也将产生温度应力。温差越大，温度应力也越大，从而最终使混凝土开裂。由于水工隧洞多为地下工程，且一般都在山岭开凿，埋深大、保温性较好，因此外界气温因素的影响不会使隧洞混凝土产生明显的温度裂缝。
2.3地下水
如上所述，作为地下工程，隧洞混凝土施工不可避免地受到地下水的影响。由于隧洞混凝土为封闭断面浇筑，当围岩有地下水渗出时，受混凝土的阻挡，将形成较高的水压力，或导致水流带走混凝土浆液，或击穿新浇混凝土，形成流水通道，从而形成缝隙。特别是在孔隙压力水的作用下，水流在混凝土结构内部形成连续的水幕，阻隔水泥颗粒和骨料间的结合，形成一条不易发现的水幕缝。严格来说，这不属于混凝土裂缝，但这种情况经常发生在地下水丰富的隧洞，且产生较为严重的渗漏，与裂缝类似，故列入裂缝一类。
2.4施工工艺
不恰当的混凝土施工工艺也会引致裂缝的产生，但它不是直接原因。它只是间接使混凝土产生了以上提到的各种裂缝。如混凝土拌和物的和易性差、水灰比不合理以及水泥水化过程太快、混凝土浇筑时振捣不密实及铺层过厚等，都会导致混凝土产生干缩裂缝和温度裂缝。特别是过早地拆模，会使远未达到设计强度的混凝土提早工作，在自重和围岩应力的双重作用下而开裂。同时，混凝土缺乏必要的养护将会导致大面积开裂。
3、隧洞混凝土裂缝的预防措施
由于水工隧洞混凝土产生裂缝后的堵漏和补强工艺都比较复杂，不但成本较高，而且还影响混凝土的外观质量。因此，在施工过程中主要以防为主。总结起来，预防措施主要有以下几种。
3.1优化混凝土配合比
这里指的是选择优质的混凝土原材料，并通过多组配合比试验，寻找最优的施工配合比。同时，采用混凝土双掺技术，改善混凝土性能。即掺用优质粉煤灰和复合型高效减水剂，减少混凝土的水泥用量以降低水化热和混凝土干缩，改善混凝土拌和物的和易性，延缓其早期硬化过程。通过优化配合比，可显著减少干缩裂缝和温度裂缝产生的几率。
3.2加强围岩变形量测，适时衬砌
为预防混凝土因围岩应力作用而出现开裂，可加强围岩的收敛变形观测，如适当加密观测断面、增加量测频度等。通过量测数据的统计分析，来判断围岩的完成收敛变形与否，确定衬砌时间，从而避免在围岩尚在收敛变形时强行进行混凝土衬砌。然而在施工中，很难做到设置专门的工期来等待围岩完全完成变形。因此一般做法是调整施工顺序，即在贯通隧洞后，先衬砌地质情况差、围岩稳定过程短的洞段，及先衬砌混凝土底板等措施，来满足围岩变形的时间要求。
3.3治理地下水
预防地下水对混凝土的影响，主要是防止地下水进入混凝土浇筑仓面，一般是以疏排渗水的方式为主来进行预防。实际施工时，针对渗水的渗出情况而采取不同的措施。对大面积渗水的围岩，通过钻孔安装排水管来汇集渗水，然后用软管将其引出浇筑的工作面。对成股状流出的则采用在模板上开孔，并用排水管直接引出排放到隧洞的方式。对一些滴出性渗水，可用局部喷射混凝土的方法進行封堵。
3.4采用合理的施工工艺
鉴于施工工艺对混凝土裂缝的产生有着重要的影响，因此在混凝土的浇筑施工中，从混凝土的拌和、拌和物的进仓到振捣的质量等方面都要进行全过程的监督和检查以防止出现混凝土拌和物搅拌时间不足、和易性差、离析泌水、振捣不密实的现象。如在夏天气温较高时，采取在沙石料仓设置遮阳棚、提前洒水降温等措施来降低沙石料入仓的温度，或采用加冰搅拌混凝土以降低混凝土入仓温度等方式来减少外界温度对混凝土浇筑的影响等。此外，尽量选择在清晨或晚上浇筑混凝土，避开日间高温期。同时，特别是要注重保证混凝土衬砌后的等强时间，防止过早拆模。
4、结语
在一些水工隧洞工程中出现混凝土大面积开裂的严重情况，归根结底是因施工中忽视施工质量、缺乏必要的质量控制措施或对混凝土水工工艺的科学性缺乏认识，盲目追求施工速度和经济效益而造成的，应该引起水工单位的注意。
参考文献：
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[2]彭守拙，钟建文，谷兆祺.考虑隧洞充水过程的衬砌裂缝宽度计算.水利水电科技进展，2010，30（8）：67～70.
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