特克斯隧道二襯裂縫成因分析及處置措施

文/新疆維吾爾自治區(qū)交通建設(shè)管理局項(xiàng)目執(zhí)行一處 瓦熱斯江·米扎哈買提

特克斯隧道項(xiàng)目K97+840-K97+838段落和K97+926-K97+930段落出現(xiàn)了二襯裂縫，通過對特克斯隧道二襯裂縫綜合調(diào)查，結(jié)合該區(qū)域設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)、地質(zhì)圍巖情況及現(xiàn)場施工情況，針對不同區(qū)域、不同類型裂縫，召集參見各方，討論分析二襯裂縫形成的原因及處置方案。

工程概況

國道577線旱田至特克斯段公路項(xiàng)目一期工程為特克斯隧道及其引道，采用分離式路基主線，全長為3.867km。根據(jù)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，有兩處尚未處理且較為嚴(yán)重的二襯裂縫：①隧道出口右線，K97+840-K97+838位置，隧道出口段最后一模二襯的端頭混凝土開裂掉塊（下述簡稱裂縫①）；②K97+926-K97+930位置，環(huán)向主筋外撇，二襯混凝土鼓包（下述簡稱裂縫②）。

裂縫產(chǎn)生原因分析

隧道勘察的復(fù)雜性

隧道巖體地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且能勘探地質(zhì)點(diǎn)數(shù)量較少，對隧道地質(zhì)和巖體結(jié)構(gòu)分布情況了解不明。由于勘定的圍巖具有特殊性質(zhì)，其設(shè)計(jì)對隧道的結(jié)構(gòu)支撐能力沒有達(dá)到荷載要求，導(dǎo)致隧道開挖后復(fù)雜的地質(zhì)條件與圍巖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求偏差較大，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)能力不強(qiáng)。

爆破對圍巖的擾動性較大

因爆破開挖對圍巖結(jié)構(gòu)體、受應(yīng)力有很大的影響，會使隧道巖體徑向部位受應(yīng)力減小，而隧道巖體環(huán)向部位的切應(yīng)力增加，從而導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)部位出現(xiàn)裂變、拉伸等變形狀態(tài)。同時，在對圍巖施工開挖過程中，運(yùn)用爆破手段會產(chǎn)生大量的瞬間高壓沖擊波，對巖體原有的荷載受力區(qū)域產(chǎn)生較大的沖擊或震動破壞作用，導(dǎo)致隧道圍巖荷載力受損，使得隧道巖體二襯出現(xiàn)微裂縫隙，直接影響圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

仰拱封閉不及時

若隧道仰拱施工回填封閉不及時，會出現(xiàn)拱腳往下墜落，使隧道拱頂出現(xiàn)裂縫空隙。若拱頂部位出現(xiàn)的裂縫較大，導(dǎo)致拱頂承受的荷載壓力轉(zhuǎn)移到拱腰部位，形成拱部荷載受力的“馬鞍形”狀態(tài)，而隧道襯砌在“馬鞍形”受力作用力下，襯砌的拱腰部分有可能最先拉裂，從而使巖體產(chǎn)生沿縱向式的拉裂縫，導(dǎo)致拱頂?shù)膬?nèi)緣因受壓導(dǎo)致開裂。

其他因素影響

K97+850-K97+826以及K97+910-K97+930段落屬圍巖大變形段落，累計(jì)變形值在30cm～45cm之間，圍巖兩側(cè)壓力較大及圍巖具有膨脹性是造成襯砌裂縫的主要原因。

其他現(xiàn)場原因包括現(xiàn)場二襯鋼筋綁扎不規(guī)范，裂縫段落混凝土澆筑時間均為冬季等。環(huán)向主筋承擔(dān)主要的拉應(yīng)力及壓應(yīng)力，箍筋不僅起到防止環(huán)向鋼筋受力后壓屈和固定環(huán)向鋼筋位置的作用，還能有效改善構(gòu)件破壞時的脆性，并能約束核芯內(nèi)混凝土，提高其極限變形值?，F(xiàn)場箍筋的施做不規(guī)范，導(dǎo)致二襯混凝土結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)降低。此外，裂縫段落混凝土澆筑時間均為冬季也是造成襯砌裂縫的原因。根據(jù)《中國建筑氣候區(qū)劃圖》，隧址區(qū)屬于嚴(yán)寒區(qū)域，按照新疆地區(qū)常規(guī)冬施起訖時間：10月中旬-次年4月下旬，屬于冬季施工時間段。冬施過程中若未采取切實(shí)可行的防護(hù)措施，過低的溫度常常會造成二襯混凝土構(gòu)件的早期破壞，降低結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

裂縫處置措施

裂縫處置應(yīng)以加固為主，拆換為輔。從目前施工單位匯報(bào)的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，裂縫并未有進(jìn)一步的發(fā)展。將目前二襯的損壞情況結(jié)合本項(xiàng)目新建工程的特點(diǎn)，建議對上述二處裂縫進(jìn)行拆除處置。具體實(shí)施步驟如下：

在隧道巖體襯砌拆換部分前后可各施做10m長的環(huán)向臨時鋼支撐，并對拆換部分前后各50m范圍的隧道襯砌沉降進(jìn)行量測監(jiān)控，以確保拆除時的巖體結(jié)構(gòu)安全。

對于整個襯砌拆除部分進(jìn)行徑向注入混凝土漿，并在隧道圍巖周圍進(jìn)行強(qiáng)力加固。注漿和加固材料為超細(xì)水泥漿，水灰比為1：0.8，注漿壓力為0.4MPa-1.2MPa，注漿和加固前要提前驗(yàn)證以確定各注漿參數(shù)。鉆孔后應(yīng)立即注漿，應(yīng)遵循從下往上、先邊墻后拱部的順序進(jìn)行注漿。注漿完成待漿液凝固后，須對注漿效果進(jìn)行無損或鉆芯取樣檢查。

進(jìn)行徑向注漿混凝土結(jié)束后，可沿隧道圍巖縱向打設(shè)φ42孔，孔間距30cm、深55cm，然后拆除二襯，每次拆除縱向間距為1m，從拱頂部位開始拆除，逐步往邊墻部位拆除。拆除二襯后，若發(fā)現(xiàn)初支工字鋼完好，沒有出現(xiàn)變形或移位，可根據(jù)設(shè)計(jì)對每榀工字鋼采用4根φ42鎖腳錨管對工字鋼逐榀鎖腳加固，將鎖腳錨桿與工字鋼焊接牢固。若發(fā)現(xiàn)初支工字鋼部位已明顯變形或損壞，則應(yīng)立即拆除更換，注意在拆除二襯后應(yīng)對原初支工字鋼進(jìn)行定位。

在原支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用加密初支拱架方案，在原設(shè)計(jì)拱架之間掏槽施做補(bǔ)強(qiáng)拱架。補(bǔ)強(qiáng)拱架按照I18/I20型鋼，間距結(jié)合現(xiàn)場情況考慮施工便利，以不大于60cm～80cm為宜，并按照要求施做鋼架連接鋼筋。根據(jù)順序，施工新的鋼筋網(wǎng)、 鎖腳錨桿和噴射混凝土，再進(jìn)行下一循環(huán)的二襯拆除與初支的重新施做。每次循環(huán)的拆除應(yīng)控制在長度1m左右，且拆除二襯時盡量運(yùn)用先進(jìn)機(jī)械設(shè)備或靜力爆破拆除。

隧道圍巖二襯設(shè)計(jì)為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度不小于45cm，環(huán)向主筋采用φ22的Ⅱ級鋼筋，鋼筋間距按照15cm。箍筋采用φ8的Ⅰ級鋼筋。拱墻環(huán)向主筋與仰拱按照本次設(shè)計(jì)間距植入φ22鋼筋，確保拱墻環(huán)向主筋生根牢固。植筋要求應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)程。

后續(xù)段落應(yīng)對措施

鑒于目前段落地質(zhì)圍巖較差，巖性軟弱且有膨脹性，后續(xù)段落施工應(yīng)嚴(yán)格控制，避免類似情況再出現(xiàn)，對此建議采取以下應(yīng)對措施：

對本段落圍巖差異性較大的段落，二襯結(jié)構(gòu)加設(shè)沉降縫，沉降縫設(shè)置間距按照30m～50m一同考慮，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，并在裂縫①處端頭K97+838位置，設(shè)置首條沉降縫。鑒于本段落初支變形較大，建議進(jìn)一步加強(qiáng)圍巖及初支變形量測，二襯施做應(yīng)嚴(yán)格按照監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，在初支變形穩(wěn)定滿足二襯施做時機(jī)的情況下施做。將出口右洞段落K97+826-K97+838（剩余的單層拱架段落）段二襯配筋進(jìn)行加強(qiáng)。

結(jié)語

勘察資料的局限性、爆破對圍巖的擾動、仰拱封閉不及時及二次襯砌施做時機(jī)不合適等，都可能是二襯裂縫的形成原因。總之，裂縫處置應(yīng)以加固為主，拆換為輔。