三仙崠隧道襯砌裂縫檢測(cè)與安全評(píng)價(jià)

袁成海

三仙崠隧道位于寧都縣固村鎮(zhèn)三仙崠山東端,為上下行分離式隧道,長(zhǎng)1 750 m左右,屬長(zhǎng)隧道。處于贛中南中低山與丘陵區(qū),區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,隧道所處的深度范圍內(nèi)沒有連續(xù)地下水體。隧道進(jìn)出口均為溝谷盆地,東洞口段圍巖主要為松散碎石土及含礫亞黏土,碎裂結(jié)構(gòu)的全～強(qiáng)風(fēng)化層,厚度較大,巖體極破碎;西洞口段主要為松散含礫亞黏土,碎石土及碎裂結(jié)構(gòu)為主的全～強(qiáng)風(fēng)化變余砂巖,結(jié)構(gòu)面結(jié)合差,巖體破碎;洞身圍巖以弱風(fēng)化變余砂巖為主,局部夾有弱風(fēng)化花崗巖,頂板厚度較大,堅(jiān)硬巖,較破碎～較完整,中厚層狀結(jié)構(gòu)為主,碎裂結(jié)構(gòu)及塊狀整體結(jié)構(gòu)次之,側(cè)壁基本穩(wěn)定。隧道按“新奧法”原理設(shè)計(jì)施工。設(shè)計(jì)車速：100 km/h。二次模筑采用泵送混凝土,施工時(shí)對(duì)圍巖和錨噴支護(hù)的變形進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。主要工序采用機(jī)械化作業(yè),Ⅴ級(jí)圍巖采用上下臺(tái)階法施工,Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工。

1 襯砌質(zhì)量無損檢測(cè)

檢測(cè)內(nèi)容主要為：襯砌蜂窩、振搗不密實(shí)、空洞及雜物等缺陷檢測(cè)。檢測(cè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)：JTG F80/1-2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。本次襯砌質(zhì)量無損檢測(cè)采用儀器為瑞典mala公司生產(chǎn)的RAMAC探地雷達(dá)。

針對(duì)石吉高速公路三仙崠隧道裂縫處的質(zhì)量所做的無損檢測(cè),測(cè)線布置在左右邊墻及拱頂共三條,見圖1。

檢測(cè)結(jié)果表明：拱頂測(cè)線YK21+092發(fā)現(xiàn)局部脫空及不密實(shí)缺陷,其他測(cè)線邊墻YK21+045斷面(左拱腰)、YK21+095斷面(左拱腰)、YK21+511斷面(左拱腰)等處也發(fā)現(xiàn)局部脫空缺陷?？紤]到脫空區(qū)范圍不大,且二襯厚度基本滿足要求,可能是由于混凝土收縮或其他環(huán)境因素等影響,經(jīng)過注漿處理可以認(rèn)為三仙崠隧道襯砌間脫空不實(shí)等缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性無影響。

2 裂縫調(diào)查與成因分析

所用儀器：皮卷尺測(cè)量裂縫位置,量角器或羅盤測(cè)量裂縫傾角,鋼卷尺測(cè)量裂縫長(zhǎng)度,游標(biāo)卡尺或裂縫計(jì)測(cè)量寬度。裂縫深度檢測(cè)采用武漢中科智創(chuàng)巖土技術(shù)有限公司所研制的 RSMSY5N超聲波檢測(cè)儀。

2.1 裂縫調(diào)查

裂縫調(diào)查結(jié)果見表1,表2。

表1 三仙崠隧道右線裂縫調(diào)查表

2.2 裂縫調(diào)查結(jié)果與成因分析

調(diào)查結(jié)果顯示：裂縫均發(fā)育在二襯施工縫附近,為環(huán)向圓弧狀拱形起伏裂縫,與施工縫閉合成環(huán),均發(fā)生在二襯施工前進(jìn)方向,與下板二襯搭接部位,裂縫最大長(zhǎng)度6 m左右,寬度最大1.8 mm,大部分裂縫寬度小于1 mm,根據(jù)裂縫分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),均屬于微張開裂縫。最大裂縫深度為31.31 cm,小于實(shí)際厚度。

根據(jù)對(duì)裂縫的觀測(cè),裂縫均為施工期產(chǎn)生,未有后續(xù)發(fā)展。結(jié)合變形監(jiān)測(cè)記錄,二襯施工前圍巖變形已經(jīng)穩(wěn)定,二襯所受圍巖壓力較小,因此,圍巖壓力不是裂縫產(chǎn)生的原因。由于裂縫的分布均在拱頂施工縫附近,也排除環(huán)境或者材料因素所導(dǎo)致的裂縫。二襯施工速度較快,部分段拆模時(shí)間較早,下一模襯砌澆筑前模板臺(tái)車就位過程中,由于模板臺(tái)車與緊鄰已施工二襯有部分搭接,在模板臺(tái)車千斤頂調(diào)試過程中造成模板對(duì)緊鄰二襯的沖擊荷載。由于先澆二襯還沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度或者二襯背后的空隙,造成二襯小范圍開裂。

3 安全評(píng)估

綜上可以得出以下結(jié)論：裂縫均發(fā)生在施工方向上一模施工二襯末端施工縫附近,主要由于施工速度快,拆模較早,下一模施工時(shí)模板千斤頂頂壓壓力過大造成拱部出現(xiàn)圓弧狀拱形起伏裂縫。裂縫范圍較小,縫寬小于3 mm,屬于微張開裂縫,且多未貫通,對(duì)二襯整體結(jié)構(gòu)承載力影響很小。

表2 右線裂縫深度調(diào)查表

綜合裂縫調(diào)查結(jié)果、質(zhì)量檢測(cè)及分析,裂縫部位的二襯結(jié)構(gòu)安全,承載力滿足設(shè)計(jì)要求。但是,由于裂縫和施工縫大多已經(jīng)閉合連通,其存在或發(fā)展會(huì)危及結(jié)構(gòu)安全,運(yùn)營(yíng)期可能會(huì)產(chǎn)生混凝土掉塊現(xiàn)象,影響隧道的正常使用。鑒于此,需要對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)或者補(bǔ)強(qiáng)。

4 病害處治建議

4.1 裂縫修補(bǔ)措施

從三仙崠隧道工程實(shí)際出發(fā),修補(bǔ)措施如下：

1)灌注高分子化學(xué)材料對(duì)裂縫進(jìn)行粘結(jié)填充。采用灌漿法修補(bǔ)裂縫時(shí),先將結(jié)構(gòu)物的裂縫封閉,僅留出進(jìn)漿口及排氣孔,然后將配制好的較低粘度的漿液通過壓漿泵將漿液壓入裂縫內(nèi),漿液擴(kuò)散并固化后便能將混凝土周圍的混凝土聯(lián)結(jié)成整體,達(dá)到恢復(fù)原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的。

2)表面粘貼碳纖維板以防止剝落掉塊。本次修復(fù)所用日本東麗碳纖維布抗拉強(qiáng)度3 500 N/mm2,鋼筋抗拉強(qiáng)度以300 N/mm2計(jì)。以公式換算可知斷面YK21+510在2 000 mm內(nèi)有3道環(huán)向碳纖維布(忽略跨過施工縫的一道碳纖維布),合計(jì)長(zhǎng)度600 mm,換算成配筋面積為 0.000 3 m2。

3)對(duì)裂縫深度超過二襯設(shè)計(jì)厚度80%的YK21+012斷面,及裂縫較發(fā)育的YK21+510采取縱橫雙重碳纖維粘貼措施。

裂縫修補(bǔ)方案：對(duì)于裂縫深度小于二襯設(shè)計(jì)厚度80%的裂縫,采用1)+2)方案;對(duì)于裂縫深度大于二襯設(shè)計(jì)厚度80%的裂縫,采用1)+3)方案。

4.2 襯砌背后存在空洞處理建議

頂部襯砌背后存在空洞或不密實(shí)是造成頂部襯砌在受頂壓下開裂的原因之一,且對(duì)隧道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)不利,建議采用壓力注漿的方法回填襯砌背后的空洞,并且密實(shí)。

[1]JTG F80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JGJ 106-2003,建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTG/T F81-01-2004,公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]TB 10218-99,鐵路工程基樁無損檢測(cè)規(guī)程[S].

[5]CECS 02∶2005,超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].

[6]CECS 21∶2000,超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程[S].

[7]GB 50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8]CECS 146∶2003,碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[9]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].