火电工程中电缆隧道裂缝原因分析及控制

　　 火电工程中电缆隧道裂缝原因分析及控制 Cause Analysis and Control of Cracks in Cable Tunnel of
Power Plant Projects 郭英波，靳　波（河北马头发电有限责任公司，河北　邯郸056044）
摘　要：详细分析了火电厂地下隧道结构产生裂缝变形的原因，并提出了可行的控制方法。
关键词：电缆沟；裂缝；原因分析；控制?
Abstract：This paper carefully analyzes why crack deformations take place in cable tunnels in a fossil power plant, and put forward feasible measures to control formation of the cracks.
Keywords：cable tunnel；crack；cause analysis；control
在火电厂施工中，地下电缆隧道设计标高一般为- 3 m左右，而主厂房除氧煤仓间及集控楼框架基础通常埋深为5～9m。在一些地区，由于地基持力层变化等原因通常存在基础超深超挖的情况，有些主厂房框架基础的实际埋深甚至达到10 m左右。按正常施工顺序，电缆隧道将会置于几米或十多米厚的填土地基之上。在所调查的几个火电厂的施工中均或多或少地发现了一些问题。如在某热电厂的施工中，主厂房地下无论单孔还是多孔的钢筋混凝土，地下电缆隧道均出现了一些裂缝；裂缝有的上大下小，最宽者沿隧道顶板至侧壁由15 mm至几mm，顶板几乎惯穿，顶板钢筋发生明显拉伸变形；有的上下大小均匀，从侧壁至顶板均为几个毫米宽。火电厂大多临水而建，地下水位较高，因而贯穿性裂缝的直接后果便可能是漏水和渗水，这将严重影响后续的电气施工和机组投运后的正常使用。 1裂缝原因分析

电缆隧道产生裂缝的原因主要有2种：由于温度、膨胀、收缩、徐变和不均匀沉降等其他因素由变形变化而引起的裂缝；外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝。前者发生的概率要大些。
1.1地基(填土地基) 不均匀沉降
地基不均匀沉降表现在两方面：沿隧道纵向长度方向上的不均匀沉降；施工先后顺序不同的不均匀沉降。
在火电厂施工中，电缆隧道大部份位于除氧煤仓间及集控楼零米以下部位。在这些部位，主厂房及集控楼框架大基础的埋深常常较深，导致电缆隧道置于深厚的回填土之上。同时，一般工期相当紧，回填土施工时间仅2个月左右。在这样短的时间内，回填深达几米、十几米的回填土，按施工规范要求的土体含水率、夯击厚度和遍数等来施工，客观上往往存在一定难度。如果施工中再不加强监管控制回填土的施工质量，很容易出现回填不密实的情况。
由于电缆隧道沿纵向一般较长，往往达100多 m，所以沿纵向隧道下的回填土，因施工安排、天气、夯实等因素，必然导致沿隧道纵向回填土的含水率、回填土质、夯实密度等的不一致；同时，由于沿隧道纵向回填土的厚度不一致（有的回填土厚度高低差达3～5 m），而在隧道上方也由于有不同的建、构筑物（包括道路、配电箱及开关柜等），将导致沿隧道填土地基上部纵向线性荷载的分布不均匀，引起沿隧道纵向的沉降不均，由此造成的附加应力使隧道产生纵向弯矩和纵向的相对弯曲。
另外，由于火电施工多为多期施工，各期之间的时间间隔长达几年以上，有些施工或设计安排是在上期施工时为下期隧道留一个接口。虽然此处一般会设计一个伸缩缝，但因上期老的回填土与下期新的回填土之间的时间间隔长达几年或更长，必然存在新老沉降差异，一旦差异较大也会造成隧道的剪切开裂或断裂。
1.2温差应力和收缩应力引起的裂缝
1.2.1干燥收缩
当隧道混凝土在养护条件或干燥条件不好（由于电缆隧道细长的结构形式，容易由于“风筒原理”而产生比外界相对较大的风）时，则混凝土中水量蒸发较大。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力，使混凝土产生“毛细收缩”。由于混凝土的干缩值为0.04％～0.06％，而混凝土的极限拉伸值只有0.01％～0.02％，所以易引起干缩裂缝。
1.2.2温差收缩
温差会在混凝土内部产生温度梯度，在混凝土内部产生弹性约束。在既有约束变形，又有自由温度产生的相对变形的情况下，将产生温差应力。理论上混凝土自由内外温差（外部温差及水化热产生绝热升降温差，不考虑外部约束）为20～30 ℃时，其冷缩值为0.02％～0.03％，而混凝土的极限拉伸值只有0.01％～0.02％，从而易引起结构开裂。但是，隧道属于连续式混凝土结构，在上述温差作用下，由于混凝土承受连续式约束，故温差引起的收缩比理论上要小一些。
1.2.3塑性收缩
混凝土初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发，引起失水收缩，此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形，由于它发生在混凝土终凝之前的塑性阶段，故称为塑性收缩，其收缩量可达1％左右。水灰比过大、水泥用量大、外加剂保水性差、粗骨料少、振捣不良、环境温度高、表面失水大等都能导致混凝土的塑性收缩。在隧道的转角、预留孔洞等处极易出现此种裂缝。


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1.3施工过程中其他原因引起的裂缝
1.3.1电缆隧道两侧的不对称回填
电缆隧道施工完成后，应及时回填封闭。然而在回填中一般要求在电缆隧道两侧对称回填，同时在回填时尽量避免大型机械（如吊车及推土机等）在回填土上行驶，以免增加隧道侧壁的侧向压力。否则，易造成隧道侧壁纵向受压引起隧道的侧向受弯变形和受弯破坏。
1.3.2现浇钢筋混凝土材料的影响
在电厂施工中，一次性浇筑的电缆隧道很长，施工单位往往采用加减水剂、泵送混凝土施工的方法，使混凝土的水灰比、含砂率增加，坍落度增加，从而可能导致隧道的开裂。
泵送混凝土增加了水泥用量和含砂率，引起混凝土的干燥收缩和温差变形，可能导致隧道混凝土开裂。另外，泵送混凝土加入的减水剂同样会引起负面影响。例如过去干硬性及预制混凝土的收缩变形为4×10-4～6×10-4，现在泵送混凝土收缩变形为6×10-4～8×10-4。商品混凝土浇筑的结构开裂几率大与减水剂带来的负面影响有关。其机理尚不清楚，但由此导致隧道大量收缩时产生水平的地基阻力，从而产生附加应力，一旦达到混凝土的极限抗拉力便会造成混凝土的开裂。
1.3.3施工管理不善
论文火电工程中电缆隧道裂缝原因分析及控制

首先在施工工序的安排上，电缆隧道一般分为二次或三次施工，底板、侧壁与顶板甚至侧壁与顶板也分开浇筑。考虑到施工缝的处理、钢筋绑扎、预埋埋件、支模、空间上的交叉穿插施工及混凝土浇筑时的整体安排等因素，底板与侧壁的浇筑间隙期有时会达到半月至月余，甚至更长。在这种情况下，就会产生由于新老混凝土浇筑时间过长引起底板与侧壁间的收缩应力，从而造成自约束力，当这种自约束力超过钢筋混凝土的极限抗拉能力时，隧道侧壁通常会出现裂缝。? 2裂缝后果
裂缝按形状可分为表面裂缝、贯穿裂缝，按走向可分为纵向裂缝和横向裂缝等。当裂缝为贯穿裂缝时，就会引起隧道的渗水。根据调查，由裂缝引起的不良后果中，渗漏水可占到60%。
判断裂缝有害还是无害，首先视其是否影响结构安全和耐久性，其次是否影响使用功能（如防水、防潮）。一般情况下电缆隧道裂缝不影响钢筋混凝土的安全性和耐久性，但严重影响隧道的使用和其他设施的安全性，如处理不当，将造成很大危害。资料显示，小于0.1～0.2 mm的隧道裂缝可视为无害裂缝，做简单表面封闭即可，再做柔性防水层就更加保险。但是，较大宽度的或贯穿的裂缝则应引起高度重视。因为一旦出现裂缝，处理起来非常麻烦，而且也不易达到理想效果。? 3裂缝控制
3.1隧道地基的处理
3.1.1置于深厚的回填土上的隧道
由于电缆隧道通常处于深厚的回填土上，且细长的电缆隧道结构对沿长度方向的沉降尤其是不均匀沉降相当敏感，所以处理隧道下深厚的回填土是减小隧道裂缝的有效措施之一。对于在深厚的软土或回填土地基上施工隧道，最好是对地基采取重锤强夯法进行处理或采用灰桩挤密等方式处理。它的缺点是成本相对较高。较为经济的作法是利用应力扩散原理采用浅层的砂石换填处理，换填厚度一般据现场条件计算后得出，它的缺点是效果略逊。
3.1.2置于坚硬岩石上的电缆隧道
一般情况下，整条电缆隧道均坐落在坚硬岩石上的情况并不多见，通常是电缆隧道的一部分坐落在岩石上。由于坚硬的岩石相对于新浇筑的混凝土来说收缩较小，这样，置于坚硬岩石上的隧道相对于岩石地基的收缩变形大。两者间产生收缩应力，从而导致混凝土隧道的拉裂。对于这种情况，在隧道底板施工前在地基上先刷一至两道沥青或其他防水层作为滑动层以减少隧道混凝土的收缩阻力，从而减小收缩应力。
3.2隧道设计上的处理
3.2.1从隧道纵向受力角度及平面刚度等考虑
火电施工中，电缆隧道平面刚度变化较大，如除氧间地下、集控楼地下等部位，隧道较密集。因而隧道在平面内沿隧道长度方向抵抗地基沉降及混凝土的温差、混凝土收缩等的能力是不同的，这样在一些刚度较为薄弱处如结构突变或断面突变处等会存在应力集中，极易造成混凝土的开裂。同时，在隧道预留孔洞处或埋管处，也会存在应力集中。因此，从设计上应避免结构突变，如确实无法避免，则在这些局部结构或截面突变的部位、预留孔洞的部位采用增加构造配筋或设置护角角钢的方法进行加强。
3.2.2超长混凝土无缝设计
目前国内有些工程已开始进行超长工程的无缝设计，但仅处于引入还未大量推广。如文献〔1〕提到：以UEA膨胀加强带取代伸缩缝（沉降缝除外），实现混凝土连续浇筑超长结构的设计施工新方法。又如文献〔2〕提到：隧道的最大约束应力与长度无关，只要材料的强度超过最大约束应力则在任意长度内不设施工缝，理论上隧道也不会开裂。因此采用新技术、新材料提高混凝土的极限抗拉能力和韧性也可以达到无缝设计的目的。
3.3电缆隧道施工上的处理
施工中管理不严、赶进度、偷工减料、工人素质差、施工马虎等也是造成结构裂缝的人为因素。下面主要对混凝土的二次振捣技术、现场施工泵送混凝土及一般隧道混凝土的浇筑、养护等进行讨论。


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3.3.1采用二次振捣技术
二次振捣技术是在混凝土入模第1次振捣后且未初凝前，再次对混凝土进行振捣，以减少混凝土内部微裂缝，从而提高混凝土的密实度及混凝土的强度，提高抗裂和抗渗性能。采用二次振捣技术一般添加缓凝性减水剂，其坍落度最好控制在12～16 mm。混凝土太干，不能振捣密实；混凝土太稀，第2次振捣易造成混凝土的离析现象。同时应控制两次振捣之间的时间间隔不能超过混凝土的初凝时间。
3.3.2混凝土的养护与维护
电缆隧道是薄壁结构，其保湿养护相当重要。隧道墙体等立面结构受外界温度、湿度和风速影响较大，容易发生纵向裂缝。因此混凝土浇筑完成后，混凝土的拆模时间应尽可能长一些，养护时间尽量多一些。实践表明，因混凝土浇筑完3～4天内水化热温升最高，而抗拉强度很低，如果早拆模板，墙体内外温差较大而易于开裂，因此，墙体模板拆除时间不宜少于5天，且拆模时混凝土强度不应低于＃50。拆模后，混凝土需定期浇水湿润（夏季）养护一至两周时间；冬季施工不能浇水养护时，底板用塑料薄膜和保温材料进行保温、保湿养护，且墙体带模养护不少于7天，并进行保温养护。同时尽快进行侧壁防水材料的施工并尽早回填，尽量避免热胀冷缩。? 参考文献? 〔1〕游宝坤.建筑结构裂缝控制与防水新技术〔M〕.北京：中国建材出版社，1998.
〔2〕王铁梦.建筑物的裂缝控制〔M〕.上海：上海科学技术出版社，1993. 河北电力技术


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