隧道裂縫分析與處治措施研究

黃杰　　王向峰　　覃健

(四川交通職業(yè)技術學院，四川成都　611130)

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隧道裂縫分析與處治措施研究

黃杰王向峰覃健

(四川交通職業(yè)技術學院，四川成都611130)

摘要:對某高速公路隧道裂縫進行了分類，分析了環(huán)向裂縫、斜向裂縫、中部縱向裂縫的產(chǎn)生原因，并針對不同類型裂縫提出了整治措施，通過對現(xiàn)場襯砌裂縫進行跟蹤觀察，指出采用的整治措施起到了加固襯砌的作用，加固整治措施有效。

關鍵詞:隧道，襯砌，裂縫，整治措施

1　工程概況

四川某高速公路隧道于2011年建成通車，2013年養(yǎng)護工作人員發(fā)現(xiàn)隧道中部至出口段局部出現(xiàn)裂縫，根據(jù)現(xiàn)場查看，對已出現(xiàn)的裂縫進行分類研究，其裂縫類型主要有三種:

1)緊急停車帶與正洞交接處環(huán)向裂縫，形狀如圖1所示，裂縫為單一的環(huán)向裂縫，裂縫寬度在2 mm～4 mm之間，無伴隨縱向裂縫(見圖1)。

圖1　緊急停車帶附近環(huán)向裂縫

2)出口段邊墻環(huán)向裂縫，裂縫基本從墻腳發(fā)展到拱腳部位，寬度在0．5 mm～1．5 mm之間，多發(fā)生在兩次模板澆筑的交界處，無伴隨性縱向裂縫(見圖2)。

圖2　環(huán)向裂縫

3)左線LK63+600～LK64+030段縱向裂縫，主要為邊墻縱向裂縫并伴隨有環(huán)向裂縫，縱向裂縫寬度在0．5 mm～2．0 mm之間，高度在墻腳以上1．2 m～2．0 m之間，為張拉裂縫(見圖3)，并出現(xiàn)一處拱頂斜向裂縫，右線隧道的情況與左線隧道類似，但病害程度相對較弱。

圖3　縱向裂縫

2　裂縫監(jiān)測及觀測分析

通過2014年2月13日～2015年4月2日一年多時間的監(jiān)測顯示，隧道內(nèi)全年溫度最低為7℃左右，最高25℃左右，全年溫差約20℃。裂縫變化情況為:在溫度最高的7月份，8月份，裂縫寬度最小，在溫度較低的冬季，裂縫寬度最大，裂縫的變化與隧道內(nèi)溫度變化存在相關性，表現(xiàn)出混凝土隨溫度變化的熱脹冷縮特性。比較氣溫接近的兩個日期，2015年3月2日氣溫接近初測時的溫度，在測縫計監(jiān)測的15組數(shù)據(jù)中，有3組數(shù)據(jù)超過初始值，裂縫寬度增大0．1 mm左右。在圖像采集的33組數(shù)據(jù)中，有8組寬度變化在0．1 mm左右。變化的裂縫主要集中在左線縱向裂縫段，從長期趨勢看，隧道裂縫略有發(fā)展。

3　病害原因分析

針對上述幾種類型襯砌裂縫，對不同類型裂縫形態(tài)及所在段落的地質(zhì)情況、施工情況及工后檢測情況綜合分析，認為各類型裂縫產(chǎn)生的原因為:

1)左線2號、3號緊急停車帶與正洞交接處環(huán)向裂縫。緊急停車帶附近主洞與緊急停車帶交界處為突變結(jié)構，相同的地應力環(huán)境下，受圍巖壓力作用，該部位無法協(xié)同變形，結(jié)構的不同步變形導致裂縫的出現(xiàn)，環(huán)向裂縫將兩個不同剛度的結(jié)構分為兩個獨立的整體，其作用與施工縫類似。

2)人行橫通道上方及電線箱、消防孔上方斜裂縫。在橫通道及電箱孔、消防孔的附近出現(xiàn)的斜向裂縫，為該部位局部應力集中所致，特別是在孔洞周邊曲線不平順位置，應力集中最為明顯，如橫通道上部圓弧與邊墻的連接處，電箱孔及消防孔的直角位置，應力集中導致材料本身破壞，在遠離孔洞位置，應力趨于平衡，應力集中現(xiàn)象消失，裂縫也隨之消失，因而在橫通道及電箱孔、消防孔附近的斜裂縫，一般長度有限且遠離孔洞位置裂縫趨于閉合。

3)2號緊急停車帶至出口段邊墻環(huán)向裂縫。在2號緊急停車帶至出口段位置，局部出現(xiàn)環(huán)向裂縫，裂縫一般從墻腳至拱腳部位，裂縫均單一出現(xiàn)，未見多條環(huán)向裂縫密集情況出現(xiàn)，分析認為，裂縫的產(chǎn)生與隧道基礎及圍巖變化有關，在同一圍巖級別下，由于地下水的存在、圍巖破碎程度或地質(zhì)構造影響，局部圍巖情況千差萬別，在圍巖發(fā)生變化的部位，基底出現(xiàn)不均勻沉降變形，導致邊墻部位產(chǎn)生裂縫。隧道基底存在排水溝，同時作為承受結(jié)構自重、車輛荷載的部位，由于隧道上部自由水通過盲管匯集到底部排水溝，當局部排水不暢時，聚集在底部的水將會弱化基底圍巖，導致隧道基底局部承載能力的降低，也是導致隧道環(huán)向裂縫產(chǎn)生的原因之一。從現(xiàn)場調(diào)研來看，金竹山隧道環(huán)向裂縫在左右邊墻并未發(fā)展連成環(huán)狀。

4)左線LK63+600～LK64+030段及右線K63+664～K64+ 000段左右邊墻縱向裂縫。該部分裂縫長度較長，且在段落范圍

4　整治措施及評價

4．1整治對策

根據(jù)對該隧道檢測及原因分析，結(jié)合襯砌裂縫種類分別提出如下處理措施:

1)左線2號、3號緊急停車帶與正洞交接處環(huán)向裂縫，該部位裂縫對結(jié)構本身并無影響，對裂縫采取環(huán)氧樹脂補縫處理即可(見圖4)。

圖4　環(huán)氧樹脂補縫處理示意圖

2)人行橫通道上方及電線箱、消防孔上方斜裂縫，該部位裂縫范圍有限，且對整體結(jié)構影響很小，對裂縫采取環(huán)氧樹脂補縫處理即可。

3)2號緊急停車帶至出口段環(huán)向裂縫，該部位裂縫未形成整環(huán)裂縫，且裂縫單一存在，間距較遠，雖對結(jié)構有一定影響，但尚在結(jié)構所能承受的范圍之內(nèi)，因而對裂縫進行環(huán)氧樹脂抹縫，并在裂縫上設置裂縫觀測標進行人工觀察(見圖5)，如裂縫有后續(xù)的發(fā)展，再行處理。

圖5　抹縫及觀測標設置示意圖

4)左線LK63+600～LK64+030段及右線K63+664～K64+ 000段縱向裂縫為結(jié)構受力裂縫，裂縫監(jiān)測顯示裂縫略有發(fā)展，因此需對該段落進行整治，整治采用噴錨加固的方式，在邊墻設置3排騎縫錨桿，掛網(wǎng)噴混凝土，混凝土厚5 cm?，F(xiàn)場整治作業(yè)如圖6，圖7所示。

圖6　整治現(xiàn)場

圖7　整治邊墻錨桿孔

4．2整治段落劃分

通過對金竹山隧道襯砌裂縫的調(diào)研分類及其成因分析，對于結(jié)構影響較小的襯砌裂縫，可采取簡單的處理方式，即采用環(huán)氧樹脂補縫即可，并對某些重要部位設置人工觀測標，對后續(xù)的裂縫情況進行人工觀察。對結(jié)構安全性有影響的受力裂縫，需對裂縫的發(fā)展趨勢進行判定后再進行有針對性的整治。需要處理的段落如下:

1)左線2號、3號緊急停車帶與正洞交接處環(huán)向裂縫段落，該段落整治里程范圍為:LK64+063～LK64+075，LK64+778～LK64+870，總計104 m范圍，裂縫總長度約78 m。

2)人行橫通道上方及電線箱、消防孔上方斜裂縫，該裂縫僅LK64+196，LK64+385，LK64+410三處，裂縫總長度約22 m。

3)左線2號緊急停車帶至出口段環(huán)向裂縫，該段落整治里程范圍為:LK64+100～LK64+775，LK65+163～LK65+375，總計787 m范圍，裂縫總長度約267 m。

4)邊墻縱向裂縫，該裂縫范圍為左線LK63+600～LK64+ 030段及右線K63+664～K64+000段，總計776 m范圍，裂縫總長度約1 200 m，對右線進行環(huán)氧樹脂補縫處理，對左線連續(xù)的縱向裂縫段落采用錨噴加固。

5　整治后襯砌裂縫情況及評價

襯砌裂縫的現(xiàn)場整治結(jié)束后，對現(xiàn)場襯砌裂縫進行觀察發(fā)現(xiàn)，左線2號緊急停車帶至出口段的邊墻環(huán)向裂縫、緊急停車帶附近的環(huán)向裂縫及避車洞和電箱孔上方的斜裂縫，處理后的裂縫表面基本穩(wěn)定，部分環(huán)氧樹脂表面存在微裂縫，但該微裂縫對結(jié)構安全性沒有影響。左線噴錨加固段整治后表面未發(fā)現(xiàn)新生裂縫，整治后襯砌表面相比原有襯砌表觀質(zhì)量得到很大提高。綜合分析認為，采用的整治措施起到了加固襯砌的良好作用，襯砌表面未出現(xiàn)新生裂縫，原有裂縫未進一步發(fā)展，整治后的襯砌結(jié)構處于安全狀態(tài)，加固整治措施有效。

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中圖分類號:U457．2

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0174-03

收稿日期:2016-04-09

作者簡介:黃杰(1981-)，男，碩士，講師內(nèi)基本連續(xù)，裂縫部位比較固定，出現(xiàn)在墻腳以上1．2 m～2．0 m的高度范圍內(nèi)。通過設計施工資料及檢測結(jié)果分析認為，裂縫的產(chǎn)生存在三方面因素影響:a．根據(jù)襯砌質(zhì)量檢測結(jié)果，出現(xiàn)縱向裂縫的段落襯砌背后局部存在不密實情況，導致不能很好的發(fā)揮圍巖自承能力，襯砌分擔荷載比例較大，產(chǎn)生裂縫。b．根據(jù)對施工過程的調(diào)查，該段落為整個隧道最后貫通段落，為保證在圍巖較差，且有地下水作用的復雜地質(zhì)情況下的工程進度，襯砌結(jié)構在初期支護變形尚未穩(wěn)定時已經(jīng)開始施作，原本作為安全儲備的襯砌結(jié)構因過早的施作，襯砌與初期支護共同承擔后續(xù)的圍巖壓力，導致襯砌結(jié)構過早受力，在襯砌施作完的早期，內(nèi)部可能已經(jīng)因為受力存在局部微裂紋，隨后在圍巖長期形變壓力作用下，初期支護與襯砌組成的復合式襯砌結(jié)構繼續(xù)受力變形，導致襯砌內(nèi)部微裂紋發(fā)展成裂縫。c．從地質(zhì)上分析，該段為隧道大埋深位置，圍巖主要為泥灰?guī)r與泥巖，大部分為Ⅴ級圍巖，巖體破碎，巖性較差，屬于極軟巖～軟巖，在圍巖壓力作用下，邊墻部位易產(chǎn)生形變壓力，導致周邊圍巖進入塑性區(qū)，邊墻部位發(fā)生剪脹破壞。與隧道其他段落比較而言，進口段巖性基本相同但埋深淺，圍巖壓力較小，隧道后半段埋深接近的段落巖性相對較好，因此其他段落未出現(xiàn)縱向裂縫?？傮w而言，以上三種原因綜合作用導致該段落產(chǎn)生裂縫。

Research on the causes and treatment measures of cracks in tunnel

Huang JieWang XiangfengQin Jian
(Sichuan Vocational and Technical College of Communications，Chengdu 611130，China)

Abstract:This paper classified a highway tunnel cracks，analyzed the causes of ring cracks，diagonal cracks，central longitudinal cracks，and put forward treatment measures according to different types of cracks，through the tracking observation to site lining cracks，pointed out that using treatment measures had the role to lining reinforcement，and the reinforcement treatment measures was effective．

Key words:tunnel，lining，crack，treatment measure