浅谈隧洞衬砌混凝土裂缝产生的原因及预防措施——以二道弯隧洞为例

水工隧洞混凝土衬砌是隧洞施工中的重要环节，如果施工过程采用措施稍有不当，衬砌混凝土就会产生裂缝，而衬砌混凝土裂缝不仅影响隧洞的结构稳定，还会因裂缝漏水影响隧洞的运行安全．以二道弯隧洞为例，提出应在施工过程中分析混凝土裂缝产生的原因．采取相应的措施，预防混凝土裂缝的产生。     

水工隧洞混凝土衬砌裂缝主要原因及预防措施

混凝土衬砌裂缝是水工隧洞常见的缺陷，本文结合国内工程实践，对水工隧洞混凝土衬砌裂缝进行分类，结合典型水工隧洞混凝土衬砌有限元温度徐变应力仿真计算，分析了裂缝主要原因及预防措施。     

软质围岩隧洞衬砌裂缝的分析与处理

小浪底水利枢纽南岸引水口工程配套项目孟西灌区总干渠7号隧洞在施工过程中出现裂缝、下沉和底板拱起现象.经过分析和结构应力计算,认为地质情况的变化导致隧洞衬砌受力条件恶化,原设计混凝土衬砌厚度不足,侧墙和底板实际应力大于规范允许值,从而引起隧洞产生纵向贯穿缝和底板裂缝拱起现象.另外,原设计爆破施工方案对隧洞围岩稳定影响较大,应采取人工边开挖、边支护、边衬砌的施工方式进行作业;将出问题隧洞段的衬砌由C20混凝土改为C20钢筋混凝土,直墙和圆拱的衬砌厚度增加至35 cm后,裂缝得到了控制.     

输水隧洞二次衬砌混凝土裂缝产生原因和控制措施

阐述了输水隧洞二次衬砌混凝土产生裂缝原因、危害并且从施工材料和施工过程控制上对输水隧洞二次衬砌混凝土裂缝的预防提出了控制措施     

梅梁湖泵站的混凝土裂缝防治

水工结构中大体积混凝土由于截面大．泵送混凝土水泥用量多。水化热会产生较大的温度变化和收缩作用．由此而形成的温度收缩应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。裂缝分表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部散热条件不同。混凝土温度内高外低形成温度梯度。使混凝土内部产生压应力、外部产生拉应力,表面拉应力超过混凝土抗拉强度时而产生表面裂缝：     

混凝土施工温度与裂缝预防措施

混凝土施工中产生裂缝有多种原因,通过对下车亭隧洞洞身衬砌混凝土进行温度量测与裂缝发展情况的观测,采取了裂缝预防措施。实践表明,控制施工温度及改善约束条件是防止裂缝产生行之有效的措施,为混凝土施工中预防裂缝的产生提供了借鉴和参考。     

水工输水隧洞衬砌结构裂缝成因及预防

文章以研究水工输水隧洞衬砌结构的裂缝形成机理及温度裂缝灵敏性为主线,选取沈阳水工输水隧洞衬砌工程为研究载体。依次分析隧洞衬砌的裂缝形式及推断形成机理、分析温度裂缝与通过有限元分析建立模型并长期追踪温度、温度应力变化及对应关系来探讨混凝土温度裂缝的灵敏性,验证了水工输水隧洞衬砌裂缝形成原因的推断正确性。为了防止裂缝的形成,具体温控防裂措施总结如下3点:①在水工输水隧洞衬砌施工期间,分缝分块必须合理,选取低水化热水泥类型来降低温度应力,预防早期裂缝的形成;②在水工输水隧洞衬砌投入使用期间,上述分析温度应力变化受水温影响较大,所以取水时应采取相应措施降低水温周期内变化值,温度维持相对恒定后方可流入输水隧洞中;③对于投入使用的输水隧洞应定期停水检查混凝土衬砌是否有裂缝,对于有裂缝的情况应立即采取合理的措施进行修补,避免带裂缝运行,造成安全隐患。     

水工压力隧洞衬砌裂缝计算及抗裂设计

给出了有防渗要求的水工压力隧洞衬砌环向应力与纵向应力计算式,分析了隧洞衬砌产生纵向裂缝与环向裂缝的原因,提出了相应抗裂设计原则与伸缩缝间距计算式.     

引大入秦盘道岭隧洞裂缝处理技术

盘道岭隧洞是引大入秦工程总干渠上最长的无压引水隧洞,在施工期及竣工后二次衬砌混凝土产生了较多的纵、斜向与环向裂缝,并有部分环向施工缝未设止水。为使隧洞能够安全正常运行,采用了预应力系统长锚杆、两险段增设钢拱架、底拱置换混凝土及顶拱回填灌浆、局部固结灌浆对围岩与支护衬砌结构进行加固;采用化学灌浆、嵌缝与止水等对裂缝本身修补处理。实践证明,这一补救措施提高了支护衬砌结构的整体承载能力．增强了围岩稳定性．抑制了裂缝的产生和发展．达到了预期目的．     

水工地下隧洞衬砌混凝土渗水裂缝处理

水工地下隧洞衬砌混凝土为满足抗冲耐磨要求,一般混凝土设计标号高、水泥用量大,加上基岩硬度大,弹模高等原因,即使采用低温混凝土浇筑,最高温度也超过了允许标准。在隧洞衬砌混凝土浇筑形成后,结构混凝土由于受到内外温差所引起的温度应力影响,产生不均匀收缩而出现裂缝,特别是在地下水位较高的隧洞会出现以垂直于水流方向的环向有一定水压渗水裂缝。在处理这类渗水裂缝的过程中采用了高渗透改性环氧浆材,灌浆施工工艺采用打斜孔埋管和无损贴嘴灌浆的方法,裂缝处理的效果满足设计的质量要求。     

考虑主筋约束作用的高压水工隧洞衬砌裂缝开度研究

针对高压水工隧洞衬砌裂缝开度的研究,基于钢筋混凝土有限差分方法,引入Cable结构单元,对衬砌开裂后混凝土—钢筋的联合承载特性进行分析,结果显示,裂缝开裂位置与衬砌力学状态有关。通过探讨运行期高内水压力工况下主筋对衬砌裂缝的约束效果,分析了环向配筋率、钢筋位置、隧洞半径和围岩类别对衬砌裂缝开度的影响,并通过逐步回归分析提出高压水工隧洞衬砌的限裂设计优化方法。结果表明:衬砌最大裂缝开度与环向配筋率、围岩变形模量呈反比,选择适中的钢筋位置可以实现对衬砌的最佳约束;在衬砌限裂的优化设计过程中,建议优先采取固结灌浆等工程措施,改善围岩力学性能,其次提高衬砌环向配筋率以减小最大裂缝开度,将调整钢筋位置和隧洞半径作为衬砌限裂的辅助方法。本文研究成果为高压水工隧洞衬砌限裂设计配筋计算和裂缝预测提供重要参考。     

围岩特性与衬砌厚度对隧洞衬砌混凝土温度应力的影响

为探明围岩特性与衬砌厚度对衬砌混凝土温度应力的影响,从而制定合理的温控标准,提出了技术可行、经济合理的温控措施,确保了白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土具有较高的抗裂安全性。根据白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土的结构和材料特性以及边界条件,利用ANSYS对衬砌施工过程中的温度场和应力场进行三维计算。结果表明:衬砌厚度越大,混凝土温度越高,最高温度出现时间越晚;围岩强度越高,衬砌厚度越大,产生的拉应力就越大;而围岩强度越差,衬砌厚度越大,对应的拉应力相对较小。围岩特性与衬砌厚度共同影响着衬砌混凝土温度和温度应力变化趋势,因此,为确保混凝土抗裂安全性,对不同围岩特性的地段应选择不同的衬砌厚度。研究结果可供类似工程参考。     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝开度计算方法评析

针对在复杂工作条件下的高压水工隧洞衬砌裂缝宽度的计算问题,基于国内外现有主要裂缝计算方法理论基础,通过研究内水压力、隧洞半径、衬砌厚度、保护层厚度、围岩抗力、混凝土抗拉强度以及衬砌配筋率等参数对衬砌裂缝开裂特性和扩展规律的影响,结合某抽水蓄能电站高压水工隧洞工程案例,开展各裂缝计算方法的综合评析。结果表明:(1)对高压水工隧洞衬砌而言,衬砌裂缝宽度主要受内水压力、围岩抗力和钢筋应力参数的影响,其中内水压力的影响最为显著;(2)由于裂缝开展规律不同,基于一般混凝土构件建立的裂缝计算方法不适用于高压水工隧洞,并且计算结果明显与实际情况差别较大;(3)弹性地基梁方法对高压水工隧洞衬砌裂缝宽度计算较为合适。     

高地温条件下深埋隧洞围岩温度—应力分析及施工对策

以位于西昆仑山区的齐热哈塔尔水电站引水发电隧洞高地温洞段为例,初步分析了工程区隧洞高地温洞段大地热流背景及其形成机理,针对隧洞围岩的高地温分布特征,建立典型高地温洞段地质模型,利用有限元软件模拟隧洞施工贯通通水后的围岩岩体温度场,并由此来推断热应力对于围岩稳定性的影响。结果表明,围岩温度90℃以上、空气温度50℃以上的高地温洞段,内外温差大于10℃(里低外高),若采用无衬砌和一次支护方案对高地温洞段围岩进行支护,该洞段内大部分区域的最大主拉应力将超过C25混凝土的抗拉强度,易产生整体拉裂破坏;若采用钢筋混凝土衬砌结构方案,则可以通过增加衬砌结构的配筋量来降低其最大主应力值,此时隧洞围岩及衬砌结构均未出现整体拉裂破坏。研究成果能够为保证该高地温隧洞的安全运行提供可靠的设计依据。     

柘溪水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌非线性有限元计算研究

采用钢筋混凝土非线性有限元方法，对柘溪水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌的强度和开裂度进行了校核，并对衬砌开裂原因进行了分析，得出温度应力对该衬砌结构开裂具有相当影响的结论。     

泄洪洞混凝土衬砌温控方案研究

为寻求衬砌混凝土的有效温控防裂措施,结合某泄洪洞混凝土衬砌实际情况,在考虑了混凝土热力学参数随龄期变化、混凝土实际浇筑过程对温度应力影响的基础上,设计不同的温控方案,利用大型有限元软件对泄洪洞衬砌混凝土温度场、温度应力场进行了三维仿真计算.结果表明:衬砌混凝土浇筑完后第2天达到最高温度,第3天表面出现较大的拉应力,混凝...     

高压水工隧洞透水衬砌渗流-应力-损伤耦合分析方法研究

在高压隧洞发电运行过程中,衬砌钢筋应力普遍小于设计预期,并未达到既安全又经济的效果。本文基于混凝土塑性损伤模型与透水衬砌理论,提出了透水衬砌渗流-应力-损伤耦合算法。基于大型通用有限元软件平台ABAQUS进行二次开发,通过Fortran语言调用实用程序GETVRM获取材料损伤,并利用子程序USDFLD实现了材料渗透系数随损伤的动态更新,完成了隧洞初次充水加压工况中衬砌损伤开裂的耦合分析过程,研究了衬砌损伤开裂、渗透孔压以及钢筋应力的演化特征,并探讨了衬砌与围岩有条件联合承载特性对耦合结果的影响。可以发现:计算所得的衬砌损伤开裂特征与衬砌压水试验结果吻合,完全联合承载与有条件联合承载两种情况下,衬砌钢筋应力表现出明显的差异,说明衬砌设计中未考虑衬砌与围岩相互脱离,即有条件联合承载,是隧洞发电运行时衬砌钢筋应力普遍小于设计预期的原因。本文提出的耦合算法所得到的结果与工程普遍规律相符,具有一定推广性,可以为衬砌设计问题提供一定参考。     

溪洛渡导流洞衬砌混凝土温控防裂研究

溪洛渡水电站导流洞衬砌混凝土在施工初期出现了部分裂缝,在弹性徐变温度应力计算原理基础上,采用ANSYS有限元程序,模拟实际施工过程,对导流洞衬砌混凝土温度和温度应力进行了三维有限元仿真分析。根据计算分析结果,认为衬砌结构产生裂缝的原因主要有混凝土温升高、温降快、养护措施不当、洞内气温过低、围岩强约束等,最后提出了满足温控防裂要求的温度控制措施和方案。提出的优化配合比、洒水养护、分缝分块以及冬季封洞保温等温控措施,在导流洞衬砌混凝土后期施工中得到采用,有效地防止了裂缝的进一步发展。     

岩石围岩盾构钢筋混凝土内衬高内压输水隧洞受力简化分析方法

长距离输水工程在穿越城市群时,往往需要深埋以规避地表及浅层地下的各类建(构)筑物。这种情况下盾构隧洞成为极具优势的选择方案。当这种深埋隧洞的围岩具有较好承载能力时,可以采用钢混凝土内衬与盾构组成复合衬砌,与围岩一起共同承担管道内的高内水压力。而这种隧道结构的内衬往往会发生开裂,进而改变其受力特征,此时内衬、盾构管片与围岩如何共同受力成为了工程设计的重点和难点,对此目前还没有成熟的计算方法和规程。针对钢筋混凝土受内水压开裂后的受力变形特点,提出了钢筋混凝土内衬开裂后刚度减少的等效刚度计算方法,计算在内水压力作用下复合衬砌与围岩共同作用的受力特点。结果表明:当围岩弹性模量达到2 GPa时,这种结构可以具有较好的承载能力;当围岩弹性模量达到5 GPa时,可以承担1 MPa以上的内水压力,围岩具有较好的利用价值。研究结果为盾构钢筋混凝土内衬高压输水隧洞联合受力提供了简化的计算方法。     

富水地区隧洞衬砌开裂的外水 压力原因分析

某无压输水隧洞在富水地区修建,检修时发现混凝土衬砌出现严重裂缝,与围岩之间存在连续脱空。为此,采用三维有限元法,按照渗流场变化历史对隧洞渗流和应力场进行了模拟计算,结果表明,外水压力可能是造成衬砌开裂的原因,并提出了降低衬砌外水压力和拉应力的处理措施建议。现场监测表明本文的计算方案和成果合理。