隧道襯砌質(zhì)量缺陷結(jié)構(gòu)安全性檢算與評估

曹 君

(常州市軌道交通發(fā)展有限公司，江蘇 常州 213022)

隧道襯砌質(zhì)量缺陷結(jié)構(gòu)安全性檢算與評估

曹 君

(常州市軌道交通發(fā)展有限公司，江蘇 常州 213022)

針對某隧道施工中存在的襯砌質(zhì)量缺陷，按圍巖等級、設(shè)計厚度等檢算條件將其分為四類，并對一、二、三、四類都分別設(shè)置三種工況，以二襯設(shè)計厚度為工況1，二襯拱腰實測厚度最小值為工況2，二襯拱頂一側(cè)實測厚度最小值為工況3分別進行檢算、對比分析，從而評估確定結(jié)構(gòu)的安全性。

隧道，襯砌，質(zhì)量缺陷，檢算，評估

1 襯砌質(zhì)量缺陷分類

1.1 檢算分類

考慮到缺陷埋深情況都為深埋，根據(jù)深埋隧道外荷載的計算方法，可根據(jù)圍巖等級、設(shè)計厚度等檢算條件將其分為四類，對一、二、三、四類都分別設(shè)置三種工況，以二襯設(shè)計厚度為工況1，二襯拱腰實測厚度最小值為工況2，二襯拱頂一側(cè)實測厚度最小值為工況3分別進行檢算、對比分析(見表1)。

表1 質(zhì)量缺陷分類及工況

1.2 隧道襯砌檢算資料說明

1)第一類隧道襯砌檢算資料說明。a.工程地質(zhì)勘察報告：花崗巖，弱分化，巖質(zhì)堅硬，塊狀結(jié)構(gòu)，有輕微巖爆。b.設(shè)計支護情況：噴射5 cm厚C25混凝土，拱部1.5 m×1.0 m設(shè)置φ22組合中空錨桿，襯砌施作35 cm厚C35混凝土。埋深240 m。c.施工過程介紹：全斷面開挖，噴射5 cm厚C25混凝土，拱部1.5 m×1.0 m設(shè)置φ22組合中空錨桿，襯砌施作26 cm厚C35混凝土。d.地質(zhì)素描：花崗巖，灰黑色，弱風(fēng)化，中～細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整，未見明顯構(gòu)造痕跡，地下水不發(fā)育，圍巖自穩(wěn)性好。

2)第二類隧道襯砌檢算資料說明。a.工程地質(zhì)勘察報告：花崗巖，弱分化，巖質(zhì)堅硬，塊狀結(jié)構(gòu)，有輕微巖爆。b.設(shè)計支護情況：噴射5 cm厚C25混凝土，拱部1.5 m×1.0 m設(shè)置φ22組合中空錨桿，襯砌施作40 cm厚C35混凝土。埋深331 m。c.施工過程介紹：全斷面施工，噴射12 cm厚C25混凝土，拱部設(shè)置網(wǎng)格間距25 cm×25 cm的φ6鋼筋網(wǎng)，拱部設(shè)置φ22組合中空錨桿，拱墻設(shè)置φ22組合中空錨桿，錨桿間距1.2 m×1.5 m，襯砌施作30 cm厚C35混凝土。d.地質(zhì)素描：花崗巖，弱風(fēng)化，中～細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)堅硬，巖體完整(局部欠完整)，局部裂隙較發(fā)育，地下水不發(fā)育，圍巖自穩(wěn)性好。

3)第三類隧道襯砌檢算資料說明。a.工程地質(zhì)勘察報告：中厚層狀砂質(zhì)板巖與長石石英砂巖互層，弱風(fēng)化，巖質(zhì)堅硬，巖體較完整，洞身深埋，有輕微巖爆。b.設(shè)計支護情況：噴射12 cm厚C25混凝土，拱部設(shè)置網(wǎng)格間距25 cm×25 cm的φ6鋼筋網(wǎng)，拱部設(shè)置φ22組合中空錨桿，拱墻設(shè)置φ22組合中空錨桿，錨桿間距1.2 m×1.5 m，襯砌施作40 cm厚C35混凝土。c.施工過程介紹：全斷面施工，噴射12 cm厚C25混凝土，拱部設(shè)置網(wǎng)格間距25 cm×25 cm的φ6鋼筋網(wǎng)，拱部設(shè)置φ22組合中空錨桿，拱墻設(shè)置φ22組合中空錨桿，錨桿間距1.2 m×1.5 m，襯砌施作31 cm厚C35混凝土。埋深649 m。d.地質(zhì)素描：花崗巖，弱風(fēng)化，中～細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)致密，堅硬，巖體較完整，巖石呈塊狀，地下水不發(fā)育，圍巖自穩(wěn)性較好。

4)第四類隧道襯砌檢算資料說明。a.工程地質(zhì)勘察報告：厚層條帶狀鈣質(zhì)板巖夾中厚層狀灰?guī)r，弱風(fēng)化，裂隙發(fā)育，巖體破碎，容易出現(xiàn)涌水、塌方等地質(zhì)災(zāi)害。b.設(shè)計支護情況：噴射25 cm厚C30混凝土，設(shè)置網(wǎng)格間距20 cm×20 cm的φ6鋼筋網(wǎng)，拱部設(shè)置φ22組合中空錨桿，拱墻設(shè)置φ22組合中空錨桿，錨桿間距1.2 m×1.2 m，鋼架采用H170φ22格柵鋼架，間距1 m/榀，拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置φ42-L=3.5 m超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.4 m，縱向2榀鋼架一環(huán)，注漿采用水泥漿，襯砌施作40 cm厚C35混凝土。c.施工過程介紹：全斷面施工，噴射12 cm厚C25混凝土，拱部設(shè)置網(wǎng)格間距25 cm×25 cm的φ6鋼筋網(wǎng)，拱部設(shè)置φ22組合中空錨桿，拱墻設(shè)置φ22組合中空錨桿，錨桿間距1.2 m×1.5 m，襯砌施作30 cm厚C35混凝土。埋深675 m。d.地質(zhì)素描：砂質(zhì)板巖，弱風(fēng)化，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)致密，較堅硬，巖體較完整，巖石為塊狀、細塊狀，膠結(jié)性好，地下水不發(fā)育，圍巖自穩(wěn)性較好。

2 結(jié)構(gòu)安全性檢算方法與參數(shù)選取

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)的強度安全系數(shù)

根據(jù)TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計規(guī)范、TB 10020—2009高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)和實際工程情況，計算復(fù)合式襯砌時，初期支護應(yīng)按主要承載結(jié)構(gòu)計算。二次襯砌在Ⅰ級～Ⅲ級圍巖可作為安全儲備，按構(gòu)造要求設(shè)計；在Ⅳ級～Ⅵ級圍巖，應(yīng)按承載結(jié)構(gòu)設(shè)計；計算深埋隧道襯砌時，圍巖壓力按松散壓力考慮。在計算中應(yīng)分別選用不同的安全系數(shù)，并不小于表2所列數(shù)值。

表2 混凝土結(jié)構(gòu)的強度安全系數(shù)

2.2 襯砌內(nèi)力的計算方法與參數(shù)選取

由于TB 10020—2009高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)不涉及到襯砌結(jié)構(gòu)安全驗算方面的內(nèi)容，故以下計算內(nèi)容參考TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計規(guī)范。

該隧道缺陷里程段埋深200 m～700 m，故所有檢算段都是深埋，則可根據(jù)TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計規(guī)范中第4.3節(jié)的計算方法來計算深埋隧道襯砌荷載，襯砌內(nèi)力采用荷載—結(jié)構(gòu)法計算，內(nèi)力計算參數(shù)選取見表3。

表3 內(nèi)力計算參數(shù)

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計承載力計算方法與參數(shù)選取

TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計規(guī)范，結(jié)構(gòu)設(shè)計承載力計算按混凝土矩形截面中心及偏心受壓構(gòu)件計算抗壓強度，從抗裂要求出發(fā)，計算混凝土矩形截面偏心受壓構(gòu)件的抗拉強度。承載力計算參數(shù)值見表4。

3 結(jié)構(gòu)安全性檢算結(jié)果

根據(jù)TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計規(guī)范，考慮混凝土的破壞原因分別為混凝土達到抗壓極限強度、混凝土達到抗拉極限強度，算得安全系數(shù)K壓,K拉，其中安全系數(shù)較小點如表5所示。

表4 承載力計算參數(shù)值

表5 缺陷部位安全系數(shù)

4 結(jié)構(gòu)安全性評估

針對隧道二襯局部厚度不足問題，分成了四大類，每類設(shè)置了三種工況，二襯無缺陷為工況1，二襯拱腰出現(xiàn)缺陷為工況2，二襯拱頂一側(cè)出現(xiàn)缺陷為工況3，分別進行了截面強度檢算，評估結(jié)論如下：1)當(dāng)二襯無缺陷時，上述四類二襯強度都滿足TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。2)當(dāng)二襯拱腰或拱頂一側(cè)出現(xiàn)上述缺陷時，其他位置的安全系數(shù)基本無變化，缺陷位置的安全系數(shù)顯著降低，降低幅度大約為無缺陷時的50%，但都滿足TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。3)對于第三類，無論拱頂一側(cè)還是拱腰是否出現(xiàn)上述缺陷，仰拱正中處的安全系數(shù)較小，其值大小為3.63，略大于TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計規(guī)范規(guī)定的最小抗拉安全系數(shù)3.60。

5 結(jié)語

在實際施工中，由于施工單位技術(shù)水平參差不齊，隧道厚度不足質(zhì)量缺陷也是一種常見質(zhì)量通病。隧道厚度不足對結(jié)構(gòu)安全性影響較大，對襯砌厚度不足出現(xiàn)的位置對結(jié)構(gòu)安全性的了解，控制好現(xiàn)場施工中重點位置襯砌施工技術(shù)，有利于避免出現(xiàn)襯砌施工質(zhì)量缺陷，造成襯砌拆除返工現(xiàn)象。

[1] 鐘悅鵬.某公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)檢測及評價[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[2] 李 松.公路隧道支護結(jié)構(gòu)無損檢測及安全評估研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011.

[3] 周 強.高速公路隧道襯砌背后空洞影響及安全性分析[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2013.

[4] 張小明.水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的缺陷檢測及穩(wěn)定性分析[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.

[5] TB 10003—2005，鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[6] TB 10020—2009，高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S].

Structural safety check-calculation and estimation of tunnel lining quality defect

Cao Jun

(ChangzhouRailTransitDevelopmentCo.,Ltd,Changzhou213022,China)

In light lining quality defect existing in tunnel construction, the paper classifies lining quality defects into four kinds according to surrounding rock degree and design thickness and other check-calculation conditions, and sets three kinds of working conditions for four kinds of lining quality defects. By taking secondary-lining design thickness as working condition 1, taking actual secondary lining haunch measuring thickness as working condition 2, and taking one side of secondary arch top minimum thickness as working condition 3, it respectively carries out check-calculation and comparative analysis, so as to estimate and determine the structural safety.

tunnel, lining, quality defect, check-calculation, estimation

2015-05-23

曹 君(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0168-02

U455.91

A