隧道侧墙裂缝特性与变化规律

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY

27

隧道侧墙裂缝特性与变化规律研究121111

危鼎，王铁梦，王桂玲，苗冬梅，陈成林，王宇（1.中国建筑第八工程局有限公司，上海200120；2.中建王铁梦混凝土研究室，上海200120）

［摘要］通过对某条隧道侧墙裂缝特征的统计分析，得出隧道侧墙裂缝主要有3种类型，分别是浇筑段内的竖向收缩裂缝、施工缝裂缝与伸缩缝裂缝。伸缩缝裂缝是结构上最宽、随环境温度变化最活跃、也是最难治理的裂缝。因此对隧道这种超长结构宜采用“跳仓法”施工，从而取消永久性伸缩缝，结构上只保留分仓施工缝，最后形成整体无缝结构。

［关键词］隧道；裂缝；施工缝；伸缩缝［中图分类号］U455

［文献标识码］A

［文章编号］1002-8498（2012）08-0027-03

StudyonCharacteristicsandChangeLawofTunnelSidewallCracks

WeiDing1，WangTiemeng2，WangGuiling1，MiaoDongmei1，ChenChenglin1，WangYu1

（1.ChinaConstructionEighthEngineeringDivisionCo．，Ltd．，Shanghai

2.CSCECWangTeimengConcreteResearchLaboratory，Shanghai

200120，China；200120，China）

Abstract：Takinganactualtunnelasthebackground，statisticanalysisonthecharacteristicoftunnelsidewallcracksshowedtunnelsidewallcrackscanbemainlydividedtothreekinds，whichrespectivelywerecontractioncracksofeachcastingsections，constructionjointcracks，expansionjointcracks．Theexpansionjointcrackswerethemostwidestkindandvariedmostactivelyfollowingtheambienttemperature，andweremostdifficulttotreat．Thusalternativebayconstructionmethodwassuitabletotunnel，becausetheexpansionjointscouldbecanceled，onlyconstructionjointsexistedinstructure，andatlastawholewithoutseamstructurecouldbeachieved．Keywords：tunnels；cracks；constructionjoints；expansionjoints1

工程概况

某隧道为明挖式隧道，由中部的车站及东西两边区间组成。西边进口里程为K31+107，东边出口里程为K34+135，全长3028m。隧道线路处于直线上，沿线地形由西向东逐渐降低，其纵坡坡度分别1.2‰，5.5‰。隧道区间的主体结构为拱顶为1‰，

拱形顶板厚85cm，边墙厚1.0m，底板厚直墙框架，

1.2m，结构总宽度14.2m。典型区间结构断面如图1所示。沿隧道全长，在考虑地基基础、结构形式、涵洞等因素的情况下，设13道伸缩缝，伸缩缝位置如图2所示，其余部分按30～35m一段设置施工缝。伸缩缝与施工缝将隧道分割成97个浇筑段。隧道区间由西向东施工，结构施工时先施工底板后施工侧墙与拱顶。隧道结构底板施工完成时间为2009年11月，边墙及顶板施工完成时间为2010年

Fig．2

［收稿日期］2012-01-20

［作者简介］危鼎，中国建筑第八工程局有限公司主任工程师，高级工程师，上海市浦东新区源深路388号200120，电话：（021）58777966，E-mail：397664828@qq．com

3月。

图1

Fig．1

典型区间结构断面

Typicalsegmentofcrosssection

图2伸缩缝位置示意

Locationofexpansionjoints

2侧墙裂缝特征统计分析

隧道侧墙施工完毕后，在侧墙上先后出现裂缝

28施工技术

第41卷

与渗水现象，经过统计分析，裂缝主要有以下3种形式。

1）各种收缩变形导致的混凝土竖向裂缝（以下简称竖向收缩裂缝）

在每个浇筑段范围内，典型

的竖向收缩裂缝如图3a所示。浇筑段根据两端缝的类型可分为3种形式：①两端均为施工缝的浇筑段，

共74段；②一端为施工缝，另一端为伸缩缝的浇筑段，共16段；③两端均为永久性伸缩缝的浇筑段，共7段。

图3典型裂缝示意Fig．3

Typicalcracks

典型3种浇筑段上竖向收缩裂缝的平均宽度和间距如表1所示。从表1中可看出：①在第1种浇筑段上，

竖向收缩裂缝的平均裂缝宽度和间距与第2种浇筑段上的基本相同；②在第1，2种浇筑段上，竖向收缩裂缝的平均裂缝宽度比第3种浇筑段上的略大，竖向收缩裂缝的平均裂缝间距比第3种浇筑段上的略小；③在3种浇筑段上，

竖向收缩裂缝的平均宽度与间距没有明显差异。这说明永久性伸缩缝不是控制侧墙上竖向裂缝出现的唯一因素。

2）施工缝开裂导致的裂缝（以下简称施工缝裂缝）

施工缝止水的做法为中埋式钢边橡胶止水带加缓膨胀橡胶止水条。施工后大多数施工缝均有开裂现象，

典型的施工缝裂缝如图3b所示。统计的典型施工缝开裂宽度平均值为0.76mm，开裂宽度已明显比各种浇筑段中的竖向收缩裂缝宽，大致为其2倍。

表1

典型3种浇筑段上竖向收缩裂缝宽度与间距

Table1

Widthanddistanceofverticalexpansionjointsforthe3typicalsegments

浇筑段长度每段内平均裂同一类型浇筑段浇筑段位置

（m）/类型缝宽度（mm）/平均裂缝宽度间距（m）（mm）/间距（m）K31+180—21030/①0．43/2．230．35/3．45

K31+210—24030/①0．54/3．16K31+240—27030/①0．27/3．10K31+270—30030/①0．33/2．92K31+300—33030/①0．30/2．30K31+330—36030/①0．56/5．56K32+168—19830/①0．36/3．66K31+198—22830/①0．26/4．50K31+228—25830/①0．24/4．50K31+258—28830/①0．28/3．00K32+288—31830/①0．29/2．98K31+150—18030/②0．31/4．660．31/3．83K31+464—49430/②0．28/3．36K31+524—55430/②0．33/4．23K31+610—64030/②0．27/3．06K31+107—15043/③0．28/4．880．27/0．473K31+494—52430/③0．33/4．12K31+699—715

16/③

0．21/5．20

注：未特别说明本文所指裂缝宽度为侧墙距底板1.5～2m高处

的裂缝宽度

3）永久性伸缩缝继续开裂导致的裂缝（以下简称伸缩缝裂缝）

伸缩缝设计宽度为3cm，施工时使

用3cm的挤塑板夹在两个浇筑段中间形成伸缩缝，伸缩缝处钢筋完全断开。本文所指伸缩缝裂缝的宽度是指在原设计3cm基础上继续开裂的宽度。典型伸缩缝裂缝形式如图3c所示，全部伸缩缝裂缝开裂宽度如表2所示。

从表2可看出：①伸缩缝裂缝的开裂宽度非常大，最大值为2.8cm，最小值为2mm，平均值为1.36cm，伸缩缝裂缝的平均值大致是竖向收缩裂缝的43倍，是施工缝裂缝的18倍；②伸缩缝裂缝宽度与裂缝宽度的热胀冷缩计算跨度有一定联系，计算跨度越大裂缝越宽，计算跨度的计算模型如图4所示；③伸缩缝裂缝宽度与混凝土浇筑温度有较大关系，浇筑温度越高伸缩缝裂缝宽度越大；④虽然伸缩缝裂缝较宽，但实测到的裂缝宽度仍在水化热与环境温度变化引起的结构长度变化范围之内

［2］

。

以194m的热胀冷缩计算跨度为例，只需降温10℃，结构即要发生19.4mm的收缩位移。因此伸缩缝裂缝是结构上最宽的裂缝。

2012No．363

危

鼎等：隧道侧墙裂缝特性与变化规律研究29

表2

伸缩缝裂缝宽度

Table2

Widthofexpansionjointcracks

伸缩缝相邻伸缩裂缝宽度缝间距/计算跨

裂缝宽位置度/cm设缝原因

m度/m

K31+1070—进口里程—

K31+15043194.01.5不同地基交接处K31+494345187.51.5不同地基交接处K31+5343073.01.2不同地基交接处K31+64011687.51.5不同地基交接处K31+6995937.50.9不同结构断面交接处K31+71516236.51.8不同结构断面交接处K32+172457290.52.8不同结构断面交接处K32+296124240.02.4不同结构断面交接处K32+652356240.02.5不同结构断面交接处K32+777124328.50.5不同结构断面交接处

K33+310533271.50.8涵洞设计缝K33+3201011.00.2涵洞设计缝K33+332128.50.2涵洞设计缝K33+3375401.51.2涵洞设计缝

K34+135

798

—

出口里程

—

图4伸缩缝裂缝宽度的热胀冷缩计算跨度计算简图

Fig．4

Calculationdiagramforthermal

expansioncontractioncalculatedspanof

crackswidthforexpansionjoints

3侧墙上裂缝宽度变化观测

选择12条典型的侧墙裂缝，其中每种裂缝类型

各有4条。在裂缝上贴石膏饼如图5a所示，石膏饼会随着裂缝宽度的发展而开裂，因此可通过石膏饼观察裂缝宽度随环境温度的变化情况。主要观测在环境温度变化时，

各种裂缝是否会进一步开裂或闭合，以及各种裂缝的宽度变化幅度是否一致。大部分石膏饼制作于2011年10月24日。2011年10月24日—11月3日的日气温与裂缝变化观测结果如图5、表3所示。

从表3可得：①在环境温度降低的情况下，3种裂缝均会进一步开展；②伸缩缝裂缝宽度随环境温度变化的幅度最大，变化幅度的平均值大约为竖向收缩缝与施工缝裂缝变化幅度的70倍与30倍；③随环境温度升高3种裂缝出现少许裂缝闭合，但这种现象都不明显。因此伸缩缝裂缝是在环境温度变化的情况下，宽度变化最活跃的裂缝。

图5

裂缝宽度变化观测

Fig．5Monitoringofcrackwidthchanging表33种裂缝宽度随环境温度变化的发展情况Table3

Threekindsofcracksdevelopingwith

enviromenttemperaturechanging

石膏日期（月-日）/日气温（℃）

饼编缝的10-24/

10-25/10-26/10-27/10-29/11-03/号类型0～－3～－7～－6～－1～－2～65－2611－31①制作—0．100．100．000．082①制作0．000．020．020．010．023①制作—0．000．00—0．004

①制作—0．010．010．000．025②制作0．010．080．080．040．086②制作0．000．010．020．000．047②制作0．000．000．010．010．088②制作0．000．080．080．010．089③制作0．561．202．001．802．1210③制作0．801．201．802．002．2011③制作0．801．201．702．002．1012

③

—

制作

0．20

—

1．10

1．80

4

结语

通过对以上统计数据以及观测结果的分析可

得：①是否留置伸缩缝不是控制侧墙裂缝发生的唯一因素。7段两端设有伸缩缝的浇筑段，

侧墙上也均有竖向收缩裂缝产生，故预防侧墙上收缩裂缝的产生必须采用综合措施。②隧道侧墙上最宽裂缝是浇筑段完全断开的伸缩缝裂缝，即使是最短的伸缩缝间距（8.5m），

其裂缝宽度也达2mm，为竖向收缩缝与施工缝裂缝宽度的3～6倍，一般伸缩缝裂缝开裂的宽度都在1.36cm以上，因此伸缩缝处防水质量很难得到保证。③在环境温度变化的情况下，伸缩缝裂缝宽度变化最活跃，开裂宽度为竖向收缩缝与施工缝裂缝开裂宽度的30～70倍。④从治理情况看，

隧道侧墙上的竖向收缩缝与施工缝裂缝经（下转第34页）

34施工技术第41卷

图4Fig．4

车削示意TurningLayout

3）检测根据在焊接车削前用百分表对法兰

盘固定在立车上的修复平面检测数据；车削抛光后平面度误差为0.2～0.3mm，进行再次检测并对比，

完全符合配件技术要求。在实际安装中，装配顺利

图3Fig．3

法兰盘固定Fixationofflange

也反映了修复工艺选择得当，焊接变形控制良好。4

结语

刀盘支撑法兰盘是随设备从日本整机进口，是盾构的关键部件之一。法兰盘平面加工定位精度修复过程中变形量应严格控制。该部要求比较高，

件在国内没有现成的维修经验可以借鉴，实践证明，经综合研究采用镶嵌加焊接的修复工艺，具有可操作性、经济性，有很强的推广价值。

参考文献：

［1］张庆贺．地铁与轻轨［M］．北京：人民交通出版社，2000.［2］尹旅超，朱振宏，李玉珍．日本隧道盾构新技术［M］．武汉：华

1999.中理工大学出版社，

［3］张凤祥，朱合华，傅德明，等．隧道技术［M］．北京：人民交通

2004.出版社，

［4］地盘工学会．盾构法的调查·设计·施工［M］．北京：中国建筑

2008.工业出版社，

［5］罗人宾．盾构进洞段施工中刀盘遇钢板桩瘫痪的掘进问题与

2008，37（9）：73-75.对策［J］．施工技术，

［6］徐岩，赵文，黄龙光，等．富水砂层土压平衡盾构关键施工技

2011，40（7）：71-73，77.术［J］．施工技术，

焊30～50mm长，并及时采取保温措施，用焊口长短控制温度。每个焊点间隔500mm左右，直到整圈第1层全部填平焊完。依此方式再焊第2层，焊肉要防止车削高度不够。整高出密封板平面1～3mm，

体焊接时间8h以上，不能过快，严格控制焊接温度，不能出现气孔、夹渣、裂纹等现象。3.4

精车与抛光1）焊接圆环后车削

全部焊接完成后，对整个

密封位处的焊肉部位分两次车削（见图4）。粗车后留1mm精车。第1次车削完毕后，检查焊缝的饱满度，如有夹渣或者空隙则重新填充满。

2）抛光

两次精车后，把砂轮电机夹在刀架上

再使用120mm进行抛光。用30mm抛光轮走两遍，

抛光轮走两遍，达到工件表面粗糙度Ra=0.4～0.8μm、加工精度lT7～lT6。完工后表面涂黄油薄膜覆盖。（上接第29页）

过化学灌浆后，均可得到较好的治理效果。而伸缩缝裂缝由于宽度较大，无法使用化学灌浆方法进行治理，一般使用沥青麻丝、遇水膨胀橡胶、聚硫密封膏等堵漏材料密封。但由于伸缩缝裂缝每年都有较大的伸缩变化，如夏天结构膨胀伸缩缝裂缝变小，密封材料被挤压出缝外，冬天结构收缩在堵漏而目前多数封堵材料与混凝土面间形成新的裂缝，

所以伸缩缝裂缝在经历材料不具备二次膨胀能力，

一定年限的热胀冷缩循环后，往往会再次严重渗漏。

因此，在设置伸缩缝时应考虑以下几点经验：①是否留置伸缩缝不是控制裂缝发生的唯一因素，预防收缩裂缝的产生必须从材料、施工、结构上采取综合措施；②因伸缩缝裂缝是结构上最宽最难治若设缝是为了释放收缩变形，避免建筑物理的缝，

在结构、地基基础、荷载发生变化处的开裂，则设缝

不设缝即使开裂也好治理；③当设缝不如不设缝，

地基基础或荷载发的目的是为避免建筑物在结构、

生变化处，因沉降差异而产生开裂时，设缝不如不设缝，可采用其他措施予以解决，如加大底板厚度与配筋；④当考虑抗震要求时，设缝必须谨慎，尽量少设，对于像隧道这种扁平结构，整体的抗震效果明显要好于分段的抗震效果；⑤对隧道这种超长结构宜采用“跳仓法”施工，从而取消永久性变形缝，结构上只保留分仓施工缝，最后形成整体无缝结构。

参考文献：

［1］王铁梦．工程结构裂缝控制［M］．北京：中国建筑工业出版

2006.社，

［2］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制［M］．北京：中国

2003．电力出版社，

［3］王铁梦．“抗与放”的设计原则及其在“跳仓法”施工中的运

2009.用［M］．北京：中国建筑工业出版社，