隧道发生衬砌裂缝的原因主要有
隧道发生衬砌裂缝的原因主要有一是材料的影响;二是受温度、环境等因素的影响;三是受力条件的不利因素;四是施工方面的影响。
1.1材料因素
(1)水泥混凝土自收缩:混凝土收缩性能引起地下结构渗水,混凝土的收缩分为自收缩和干缩。混凝土的自收缩即在恒温绝湿的条件下(不与外界进行水分交换)由胶凝材料的水化作用引起自身体积收缩;混凝土干缩指的是混凝土停止养护后,失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩,所以减少或延缓混凝土干燥对预防混凝土开裂尤为重要。
(2)钢筋配筋率:有关资料表明配筋率增加,收缩变形减小,有利于减小衬砌的裂缝。
(3)骨料:在隧道衬砌中,一些骨料配制的衬砌混凝土收缩变形较大,衬砌容易产生裂缝,如砂岩;一些骨料配制的衬砌混凝土收缩变形较小,衬砌不易产生裂缝,如石灰岩。所以在施工过程中一定要注意骨料方面的影响,选用石灰岩的骨料比较理想,衬砌不容易产生裂缝。
(4)外加剂:在隧道衬砌配制的混凝土中添加一些外加剂对衬砌裂缝有一定的影响。如果在混凝土中添加适当的泵送剂、减水剂等这些都有能够减少混凝土的收缩变形,有利于减少衬砌的裂缝;但是如果外加剂过量,则起反作用,会增加其收缩变形,从而增加衬砌的裂缝;如果掺加缓凝剂和用氯化钙做催凝剂会增加衬砌混凝土的收缩变形,则衬砌容易产生裂缝。
1.2温度、环境的因素
温度对隧道衬砌的影响主要由环境温度、环境湿度和混凝土内水泥水化热引起温度三方面决定。环境温度降低的越多,温度收缩变形就越大,越容易出现裂缝。洞口段的隧道衬砌影响最大,最易出现裂缝;冬季时混凝土冷收缩达到最大,再加上其他不利因素则可能造成短隧道和中长隧道的洞口衬砌的开裂。
使用环境湿度较小,隧道衬砌混凝土收缩变形越大,衬砌越容易产生裂缝。随着大流动性泵送混凝土在隧道及地铁结构中广泛应用,以及混凝土强度等级的提高,普遍认为“强度等级越高安全度越大,就高不就低”的原则,导致了混凝土中水泥用量增加,使水化热提高,散热集中。
1.3受力方面
从受力方面考虑隧道衬砌的开裂有多种原因,主要表现以下几个方面:
(1)光面爆破不完善,局部欠挖,衬砌厚度不均匀,导致局部断面应力过大。
(2)隧道偏压,受力不均匀,造成局部开裂。
(3)混凝土强度还未形成,就去掉支撑或拆模板,使衬砌混凝土过早受力,从而造成衬砌开裂。
(4)隧道仰拱地基和拱圈不均匀的沉降,以及当地的围岩与设计所依据的围岩类型不相符,以致造成衬砌断面与所需的受力不相符。
1.4施工方面
在施工方面对衬砌裂缝的因素有多种,主要概况以下几点:
(1)隧道拱部开裂,特别是施工时就出现的拱部裂纹,主要原因之一就是施工采用先拱后墙的施工方法,拱部完工后在拉中槽开挖马口时放炮对拱圈混凝土的影响和拱脚杀尖缝不饱满导致拱圈下沉。
(2)施工过程中支护不及时或根本不作施工支护,容易导致围岩条件恶化而导致衬砌裂缝的产生。
(3)边墙基础底虚渣未清除干净就灌注边墙混凝土,破碎泥岩遇水软化导致边墙承载力不足,边墙下沉将边墙混凝土拉裂。这是隧道边墙出现纵向水平裂纹的主要原因。