关于水工隧洞衬砌结构限裂的分析

摘 要：随着我国水利水电建设工程项目不断增多，对于水利工程的施工质量也提出了更加严格的要求，其中水利工程隧洞施工的质量控制至关重要，因此，对于水利工程隧洞的设计要采用最严格的施工标准，对于隧洞衬砌结构，施工要求是不允许其产生开裂，但是，在实际的工程之中要避免裂缝的出现是不现实的，因此，对大多数水工隧洞衬砌结构而言，只需按限裂计算配筋即可。文章主要阐述了水利工程隧洞衬砌结构的类型，并详细地分析了隧洞衬砌结构出现结构裂缝的原因，最后提出了衬砌结构限裂优化设计。

关键词：水利工程；隧洞衬砌结构；限裂

我国的水工隧洞建设取得了很大的发展，但是在控制工程裂缝方面依然存在着较多的问题，从而影响了隧洞衬砌结构的质量。我国针对水工隧洞设计先后颁布了相关的设计规范，并对衬砌结构限裂计算公式进行了规范，但是规范的限裂公式来自于对普通钢筋混凝土构件工作机理的推导，这与衬砌结构的实际变化情况有着很大的差异，其限裂计算结果不能满足实际施工的需求，因此相关的计算公式进行适当的修正或者更改已经成为工程建设的共识。

1 水工隧洞衬砌结的基本类型

我国的水利工程隧洞建设项目较多，因此采用的隧洞衬砌结构类型较多，通常而言，按照隧洞衬砌结构的类型，可以分为好多种类型；而按照施工工艺的差异性，也可以分为好多种类型，比如较为常用的有装配式和混凝土现场浇筑类；此外如果对于隧洞衬砌结构是按照其应力的特点进行分类，就可以分为普通混凝土和预应力混凝土。因此隧洞衬砌结构分类多种多样，这就需要在工程建设中选择适合的衬砌结构，并在限裂计算时，采用不同的标准和校正参数。

2 水工隧洞衬砌结构产生裂缝的原因

水工隧洞工程建设复杂，涉及的建设环节较多，增大了其出现质量问题的可能性，通常而言在实际的衬砌结构施工中，会出现各种各样的质量问题，造成的原因也不能一概而论，要从裂缝的本质入手，具体的原因有：首先是温度原因，混凝土对于温度的感应较为明显，如果产生较大的温差，就会相应的产生干缩应力，一旦干缩应力增大到一定的程度，就会严重损害衬砌结构的内部结构，造成严重的开裂；其次是施工人为因素，施工质量直接决定了衬砌结构的质量，尤其是在模版施工过程中，如果模版设置不当、模版的拆卸过早都会造成混凝土凝固过程中产生裂缝；最后是地下水位的处理不当，也会造成裂缝的出现，在浇筑的过程中，如果施工不连续或者是挖掘量控制不当，也会造成衬砌结构的预应力集中在特定局部文职，从而也会造成衬砌结构出现裂缝。因此对于隧道衬砌结构而言，要按照限裂计算来设置配筋，即能提高隧洞建设的质量，同时也最大限度地防治裂缝的出现和发展。

3 水工隧洞衬砌结构限裂优化设计

3.1 参照严格的计算理论规程

对于水工隧洞衬砌结构限裂要采用严格的计算，以保证其整体结构的设计合理。下面阐述水工隧洞衬砌结构弹性应力计算内容：一是对于素混凝土衬砌结构应力计算，具体的内容包括整个开裂过程中的结构应力计算，充分掌握开裂过程中的应力变化情况，为施工提供良好的数据；再者是计算单筋衬砌结构的应力，其计算的内容也包括整个开裂过程的应力计算；最后是对双筋衬砌结构应力计算，也包含开裂前和开裂后的计算。

3.2 充分考虑围岩的承载作用

围岩是整个水工隧洞工程的承载主体，主要作用是承载着水压力，因此在衬砌结构的施工过程中，要把围岩和衬砌结构结合在一起，作为统一的整体来考虑，在设计中应充分利用围岩的承载能力，并加强对围岩的固结灌浆。此外在围岩施工过程中，要按照相关要求的设计规范来施工，并要充分考虑到围岩自身多具备的自稳定性、承载能力以及对于渗漏水的抗渗能力，要求围岩具备一定的弹性抗力，最重要的是要结合实际的工程选择围岩的设计类型，保证围岩和衬砌结构的联动作用。

3.3 正确看待0.2-0.3mm的限裂缝宽

水工隧洞设计规范要求衬砌最大裂缝宽度允许值为0.2-0.3mm，这只是常规混凝土结构的耐久性要求，但是隧洞衬砌结构的混凝土耐久性较高，这种设计标准并不适用于工程建设。在工程建设中裂缝越小越好，但是在隧洞衬砌结构中，衬砌结构并不是承担防渗水的主要功能，而固结灌浆圈结构在工程中才真正发挥着防渗漏的主体作用。此外通过理论计算的裂缝宽度在实际工程中可能并不存在，因为衬砌结构一旦发生裂缝，内部的水分会通过裂缝进行外渗，从而就会弥补裂缝，造成裂缝的缩减甚至闭合。因此在水工隧洞衬砌结构施工中，不要拘泥于限制裂缝宽度要求，结合实际的工程状况，在保证施工质量的前提下，采用高压固结灌浆，降低钢筋的使用量。

3.4 衬砌结构裂缝在混凝土施工中的控制

衬砌结构中配筋担负着重要的作用，在工程运行中配筋是保证衬砌结构完整的关键，保证开裂后的混凝土不出现脱落。因此在钢筋混凝土施工中，要注意选择合适的衬砌结构厚度，通常要根据围岩的自稳定性进行选择。如果围岩的稳定性较高，选择30-60cm的衬砌结构即可，同时选择适当的内径的配筋，在配筋的铺设中，要保证铺设的间距较大。此外在钢筋应力计算过程中，应当考虑到混凝土外部因素的影响，例如要注意内外温度差异的影响，在温度较高的隧道施工中，采用高韧性的薄内衬，避免出现衬砌结构的形变。

3.5 限裂设计方法

通常而言限裂设计是根据衬砌结构的强度条件进行配筋，并验算裂缝宽度，并进行重复的计算，保证计算结果满足工程需要，通过裂缝计算公式可以得出合适的配筋数量，同时对于限裂配机的应力、种类、直径、表面形状等多种因素进行综合的考虑，并在配筋保护层厚度计算的基础上，选择一个较细或中等的钢筋直径和较大的钢筋间距来计算限裂钢筋允许应力，再计算所需的限裂钢筋面积，最后完成配筋数量的计算。

4 结束语

总而言之，水利工程隧洞衬砌结构的质量要求较为严格，但是在实际的施工过程中很难做到完全没有裂缝，因此在衬砌结构限裂的设计中，要采用优化设计方案，尽量减少裂缝的出现。因此要按照严格的理论公式计算，并结合相关的工程实际要求，设计衬砌结构配筋数量的计算，保证施工质量。

参考文献

[1]刘杰，郑治.走出水工隧洞结构设计的误区[J].贵州水力发电，2010，24（4）.

[2]刘建强.水工隧洞衬砌结构限裂计算分析[J].大连理工大学，2009（6）.

[3]陈振.水工导流隧洞混凝土衬砌开裂规律研究[D].重庆交通大学，2013.

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