雙連拱公路隧道裂縫成因及防治措施的研究

曾生臻

（福建省高速公路達(dá)通檢測有限公司福建福州　350108）

雙連拱公路隧道裂縫成因及防治措施的研究

曾生臻

（福建省高速公路達(dá)通檢測有限公司福建福州350108）

雙連拱公路隧道因其施工程序復(fù)雜，在施工過程中容易造成隧道周圍的巖石擾動，由于地質(zhì)條件的脆弱以及施工過程中的程序不合理等問題，會導(dǎo)致襯砌裂縫的出現(xiàn)。裂縫的出現(xiàn)對隧道的整體受力能力和隧道防水能力都有很大的傷害。本文主要針對在雙連拱公路隧道的施工過程中所產(chǎn)生的裂縫，分析其出現(xiàn)的原因，并提出相應(yīng)的防治措施，從而避免隧道裂縫施工以及運(yùn)行過程中的危險(xiǎn)因素。

雙連拱公路隧道；隧道裂縫；成因；防治措施

在我國高速公路建設(shè)事業(yè)不斷發(fā)展的背景下，雙連拱公路隧道因其不僅可以實(shí)現(xiàn)上下分離行駛車輛，而且實(shí)現(xiàn)平面線路和洞口位置自由選擇的優(yōu)點(diǎn)，被投入運(yùn)用到越來越多的公路建設(shè)工程中。但在其修建的工程中，也會面臨很多困難并引發(fā)一系列的問題。尤其是襯砌裂縫的情況，這種問題可能會導(dǎo)致隧道成品出現(xiàn)漏水、襯砌鋼筋產(chǎn)生銹蝕、雙連拱結(jié)構(gòu)無法整體承受壓力等問題，更嚴(yán)重的時(shí)候可能造成襯砌部分脫落并造成結(jié)構(gòu)整體性的破壞。不管是因?yàn)槟姆N原因而產(chǎn)生的裂縫都會對隧道的施工和運(yùn)營帶來不利影響，甚至?xí)l(fā)事故。在未來高速公路的工程建設(shè)過程中，應(yīng)針對各種裂縫產(chǎn)生的原因，對癥下藥，找出合適的解決措施，以避免裂縫的產(chǎn)生，從而使高速公路的工程建設(shè)得到健康的發(fā)展。

1　造成雙拱公路隧道出現(xiàn)裂縫的原因

從實(shí)踐來看，造成結(jié)構(gòu)性裂縫的原因主要有：①根據(jù)常規(guī)計(jì)算的主要承受壓力而引起的裂縫，也就是由外在直接負(fù)荷承載壓力引起的裂縫；②因?yàn)橥夂奢d作用，結(jié)構(gòu)力所造成的裂縫；③隧道結(jié)構(gòu)因溫度、收縮和膨脹、不均勻等原因造成的變形而引起的結(jié)構(gòu)性裂縫。根據(jù)實(shí)踐調(diào)查顯示，因隧道變形而造成的裂縫占總量的80%，因外在荷載而造成的裂縫占總量的20%。而對于雙連拱隧道來說，造成其隧道裂縫的成因主要有：施工程序的不合理、因地基不均勻而形成的沉降裂縫、由施工而引發(fā)的不均勻沉降裂縫、因承受不均勻壓力而造成的荷載裂縫以及因大規(guī)模的混凝土澆注造成的溫度裂縫，均可歸類到以上提到的荷載裂縫或者變形裂縫中[1]。

1.1因施工程序不合理而造成的隧道裂縫

由于雙連拱隧道的施工程序比較繁雜，在隧道施工過程中，倘若出現(xiàn)施工實(shí)踐操作和隧道施工力學(xué)原理相違背的情況，并結(jié)合隧道變形和外在荷載的因素，極大可能出現(xiàn)裂縫并進(jìn)一步發(fā)展，情況嚴(yán)重之時(shí)，則很有可能導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)整體上倒塌和破壞；另外，在施工過程中，隧道包括地基在內(nèi)的周圍巖石，多次受到施工的擾動，造成連拱隧道的一側(cè)拱封閉受力，在挖掘過程中，因?yàn)橹蝹?cè)壁的巖石基體的卸除及地基脆弱或者不均勻，從而在平行隧道的軸線周圍形成不均勻的沉降裂縫。

在連拱隧道工程的施工過程中，倘若運(yùn)用的是先墻后拱的三導(dǎo)坑法，這種方法一般先開挖中導(dǎo)洞，施工建設(shè)中隔墻，在中隔墻的施工及右洞二襯建成后，拱圈開始傳力，中隔墻受力后向后挖掘填補(bǔ)一側(cè)變形，如果該側(cè)回填不堅(jiān)實(shí)、沒有達(dá)到支撐剛度、無法供求一個(gè)有效的抗力來抵擋中隔墻的變形，只能以周圍的襯砌和中隔墻的基礎(chǔ)來阻礙此種變形的進(jìn)一步發(fā)展。在這是，中隔墻如同懸臂受力一般，這個(gè)力的作用點(diǎn)居于拱腳和中隔墻結(jié)合點(diǎn)的周圍。中隔墻頂因受力而向外傾斜，造成右洞拱腳與中隔墻之間的夾角縮小，內(nèi)側(cè)二襯和中隔墻鋼筋因受壓變彎曲，襯砌混凝土在無法承受其抗壓強(qiáng)度以后，會被壓碎從而造成起鼓和掉落[2]。

1.2因地基不均勻而造成的沉降裂縫

如果雙拱隧道建在不同類別巖石的交界處，或者地基不均勻的地方，當(dāng)隧道的仰拱或者填充混凝土的工程完成后，因地基受力后會導(dǎo)致不均勻的沉降，從而在隧道的仰拱和中隔墻的底部產(chǎn)生了下面寬上面窄的不均勻裂縫，這種裂縫或許可能在發(fā)展中橫穿整個(gè)中隔墻并蔓延至拱頂，也有可能僅僅延伸到中隔墻的某個(gè)高度，并且當(dāng)沉降到最后的終點(diǎn)的時(shí)候，便相對穩(wěn)定從而停止蔓延。

1.3因承擔(dān)不均勻的荷載力量而形成的裂縫

這種裂縫特點(diǎn)可能是剪切裂縫、拉裂縫、還有可能是彎壓裂縫，其形成的主要原因是均勻荷載和偏壓荷載。剪切裂縫出現(xiàn)的地方主要是拱腰和中拱墻，隧道拱圈在不考慮偏心的相對理想的情況下，承受非偏壓荷載的時(shí)候，使隧道襯砌的縱面雙向受壓，在這個(gè)時(shí)候，垂直于拱圈截面的是最大的主應(yīng)力，平行于隧道軸向的是中間主應(yīng)力或者最小的主應(yīng)力。因?yàn)?，一般混凝土的抗壓比其抗剪性能要?qiáng)，在拱腰處襯砌的混凝土沒有抵抗剪應(yīng)力的能力的時(shí)候，剪切裂縫就會形成，這種裂縫的分布呈縱、斜向或交叉形狀，還有可能產(chǎn)生錯(cuò)位的現(xiàn)象；另外，還會因?yàn)槠珘?、隧道周圍巖石承受能力不強(qiáng)、縱向沉降差以及其它特殊的施工因素等造成剪切裂縫。彎壓裂縫主要在隧道的拱頂、拱腰以及拱腳與中隔墻的結(jié)合處被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)周圍的巖石側(cè)面壓力較大的時(shí)候，因其襯砌兩側(cè)受壓、拱頂上升、襯砌里側(cè)承受壓力而形成劈裂破壞，在外側(cè)因受拉而形成“V”形的拉裂縫；在隧道洞口、滑坡以及地質(zhì)變形等地段，會有從邊坡移動、不對稱的地質(zhì)地形地質(zhì)條件以及襯背回填不堅(jiān)實(shí)等而引發(fā)的偏壓現(xiàn)象，在受偏壓的地方一樣會因?yàn)槠湟r砌的內(nèi)側(cè)彎曲受拉而產(chǎn)生彎拉裂縫，這種裂縫的發(fā)展方向通常與偏壓作用力平面垂直。

1.4因大規(guī)?；炷翝沧⒍纬傻牧芽p

通?，F(xiàn)澆的地下結(jié)構(gòu)物質(zhì)可以歸類為“大體積混凝土結(jié)構(gòu)”，這種結(jié)構(gòu)因溫度收縮應(yīng)力易于形成變形裂縫。因?yàn)榻舆B不斷的澆注二襯混凝土的干縮、熱脹冷縮等因素，加上外側(cè)周圍的巖石對襯砌自由脹縮的約束，從而在襯砌內(nèi)部出現(xiàn)溫度應(yīng)力，由于混凝土是抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上抗拉強(qiáng)度的材料，通?；炷聊艹惺艿慕禍胤秶谄邤z氏度到十?dāng)z氏度，在隧道襯砌內(nèi)會因?yàn)榻禍剡^程而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，而形成環(huán)向和縱向的裂縫。

2　對于雙連拱隧道裂縫的防治措施

由于雙連拱隧道的施工程序和結(jié)構(gòu)受力情況要比普通的分離式隧道復(fù)雜得多，在施工過程中，通?？梢圆捎靡韵路绞竭M(jìn)行防治：

（1）為避免隧道連拱中的一邊拱的封閉受力的情況，在挖掘中導(dǎo)洞的另一側(cè)下臺階巖體的時(shí)候，因?yàn)閭?cè)壁可支撐的巖石基體的缺失，以及因地基不均勻而在平行隧道軸向形成的不均勻沉降裂縫。對于這種情況，最好在施工過程中先關(guān)閉拱部二襯，隨后分步驟挖掘下臺階或者通過跳躍的方式挖掘下臺階、朓做仰拱，從而在朓做的地方產(chǎn)生雙連拱的整體受力，用來避免因施工而引發(fā)的不均勻沉降裂縫的出現(xiàn)。

（2）對于周圍巖石類別較低，巖石基體破碎的地方，進(jìn)行中隔墻的施工以后，在隨后施工的中導(dǎo)洞側(cè)壁務(wù)必做好支撐以及回填扎實(shí)的工作，從而避免先施工的一側(cè)，在拱腳和中隔墻結(jié)合的地方，造成因中隔墻移動而產(chǎn)生的變形和開裂；在另一側(cè)的施工過程中，務(wù)必要短進(jìn)尺、弱爆破、二襯緊跟、挖掘一段緊跟著襯砌一段，有需要的時(shí)候還可以進(jìn)行跳做仰拱的施工，從而使雙連拱隧道的拱圈與中隔墻在最短的時(shí)間內(nèi)快速封閉，以達(dá)到整體受力的目的，從而避免隧道結(jié)構(gòu)的破壞[3]。

（3）在隧道施工前就應(yīng)該將基地清理干凈，因?yàn)殡p連拱隧道的中隔墻是最重要的承受力量的結(jié)構(gòu)，因此，對于中隔墻地基不均勻的地方，在進(jìn)行隧道中隔墻的施工之前就要進(jìn)行相應(yīng)的處理，如果在隧道中隔墻的施工程序完成以后，發(fā)現(xiàn)形成了不均勻沉降裂縫，則通過注漿補(bǔ)強(qiáng)或者用樹根、樁填補(bǔ)的方式進(jìn)行有效處理，從而避免不均勻沉降的進(jìn)一步發(fā)展。

（4）對于預(yù)防偏壓裂縫而言，則應(yīng)采用“治隧先治坡”以及“治縫先補(bǔ)強(qiáng)”的方法，及時(shí)的應(yīng)用與隧道實(shí)際情況相符合的支檔結(jié)構(gòu)來控制隧道的邊坡，從而縮減隧道所承受的偏壓荷載；對于隧道內(nèi)部基本成型的裂縫而言，可以通過表面修補(bǔ)和某些部位的補(bǔ)強(qiáng)等方式進(jìn)行處理；而對于依然處于變動發(fā)展的裂縫而言，尤其是位于中隔墻上的水平裂縫和橫穿中隔墻的巨大裂縫，則主要采取預(yù)應(yīng)力錨桿等方式來使偏壓保持平衡，從而避免新的裂縫的出現(xiàn)以及舊裂縫的繼續(xù)延伸發(fā)展。

（5）在隧道混凝土的澆灌的施工過程中，務(wù)必嚴(yán)格依據(jù)配合比例進(jìn)行施工，并加大振搗的強(qiáng)度，以及運(yùn)用永久伸縮縫和施工縫來釋放溫度應(yīng)力。

（6）雙連拱隧道在復(fù)雜地形及地質(zhì)條件的施工過程中，務(wù)必加強(qiáng)事前的監(jiān)控和測量工作，在施工工程中一定要以監(jiān)控測量的數(shù)據(jù)作為各項(xiàng)工作的指導(dǎo)憑據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)隧道開挖信息的及時(shí)有效的反饋，并在之后的施工過程中用反饋信息指導(dǎo)施工工作。

3　結(jié)語

要致富，先修路，這句名言無不道出運(yùn)輸在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著重要的角色。當(dāng)前，隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高速公路運(yùn)輸?shù)闹匾栽絹碓酱?，雙連拱隧道因其種種優(yōu)勢備受公路建設(shè)者的歡迎，但由于其工程的復(fù)雜性，也會為施工帶來一定的難度，并且施工過程中如果不處理好，就會存在一定的安全隱患。所以在今后的高速公路的建設(shè)中，一定要處理好雙連拱隧道施工中所產(chǎn)生的各種類型的裂縫問題，真正的做到安全工程，保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

[1]王世遠(yuǎn).防排水施工研究——以新房子雙連拱高速公路隧道為例[J].河南科技，2012，05：94.

[2]賴可勇.雙連拱公路隧道合理施工方法研究[J].價(jià)值工程，2014，16：164～165.

[3]朱正國，陳明長，孫明磊.雙連拱公路隧道圍巖壓力計(jì)算方法[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，02：75～79.

U455

A

1673-0038（2015）03-0150-02

2015-1-4

曾生臻（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事高速公路的試驗(yàn)檢測工作。