隧道仰拱裂縫原因及處治措施探討

郭寬銳 傅海彪

文章依托靖西至龍邦高速公路原樂村隧道工程實(shí)例，通過現(xiàn)場追蹤調(diào)查與考察，分析了隧道仰拱產(chǎn)生裂縫的原因，并提出相應(yīng)的處治措施。

隧道;仰拱;裂縫;小導(dǎo)管;注漿

U457A280903

0?引言

2018-06-18，樂村隧道右洞準(zhǔn)備施工混凝土路面基層，在清洗仰拱填充表面過程中，發(fā)現(xiàn)仰拱出現(xiàn)多條裂縫，縫寬0.3～0.7 cm，裂縫沿隧道行車方向不規(guī)則分布，主要集中在隧道中線附近。通過現(xiàn)場追蹤調(diào)查與考察，本文全面分析了隧道仰拱產(chǎn)生裂縫的原因，并提出合理的處治方案，以期對今后的隧道仰拱施工提供借鑒。

1?工程概況

1.1??工程概述

樂村隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，右洞長315 m，里程樁號為YK22+785～YK23+100。建筑限界凈寬為10.75 m，凈高為5 m，單向縱坡為1.996%。

1.2??工程地質(zhì)

隧道區(qū)屬巖溶峰叢谷地地貌，山峰陡峻高大，地形起伏較大，山體連綿起伏。隧道穿越一山體，谷地和山頂高程為759～873 m，相對高差約115 m。樂村隧道右洞全部為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，其中Ⅴ級圍巖占隧道總長的85.71%。圍巖以全～中風(fēng)化輝綠巖為主，屬極軟巖～軟巖，其中全風(fēng)化輝綠巖大部分已風(fēng)化成硬塑～堅(jiān)硬黏土狀，強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖裂隙發(fā)育，巖體破碎，中風(fēng)化輝綠巖裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。

勘查區(qū)內(nèi)地表水主要為隧道出洞口東南側(cè)水庫水，水量主要由大氣降雨及地下水補(bǔ)給，最大蓄水水位約為758.0 m，低于隧道進(jìn)出口路面設(shè)計(jì)高程;地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水，屬潛水?？紫端邮艽髿饨邓a(bǔ)給，含水量較貧乏;基巖裂隙水以大氣降雨垂直分散滲入和松散巖類孔隙水滲入補(bǔ)給，含水量中等。黏土及全風(fēng)化巖層為微透水層，強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化巖層屬弱透水～中等透水層。隧道圍巖富水程度屬弱富水區(qū)。

從地形上看，隧道穿越一山脊，進(jìn)、出洞口位于斜坡上，高于兩側(cè)谷地，地表水及地下水多沿斜坡向低洼地帶排泄。

2?仰拱及填充開裂情況

該隧道Ⅳ級圍巖段仰拱設(shè)計(jì)為C30素混凝土，無仰拱初期支護(hù);Ⅴ級圍巖段仰拱設(shè)計(jì)為C30鋼筋混凝土，仰拱初期支護(hù)采用與邊頂拱成環(huán)的工字鋼。施工時(shí)仰拱采取全幅施工，仰拱及仰拱填充混凝土分層澆筑。Ⅴ級圍巖仰拱施工典型設(shè)計(jì)如圖1所示。

該隧道在清洗仰拱填充表面過程中，發(fā)現(xiàn)仰拱有多條裂縫，縫寬0.3～0.7 cm，裂縫附近潮濕，沿隧道行車方向不規(guī)則分布，主要集中在隧道中線附近。

2.1?裂縫特性

（1）隧道仰拱裂縫沿行車方向不規(guī)則分布，主要集中在中線附近，靠近兩側(cè)排水盲溝亦出現(xiàn)有裂縫。裂縫上寬下窄，從上而下明顯縮小。

（2）裂縫附近潮濕，仰拱鉆芯孔有水冒出。

（3）裂縫出現(xiàn)的部位以Ⅴ級圍巖段落為主。

2.2?裂縫原因分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查與考察，并結(jié)合地質(zhì)勘察資料及施工過程質(zhì)檢資料、影像資料等，確定該隧道仰拱裂縫產(chǎn)生原因主要有以下幾點(diǎn)：

2.2.1?塌方及山體應(yīng)力影響

樂村隧道右洞V級圍巖占隧道總長的85.71%，在洞身開挖過程中因地質(zhì)差、開挖方法不當(dāng)、開挖步距過大、未及時(shí)封閉成環(huán)等原因，樂村隧道右洞多次發(fā)生過沉降、塌方。盡管塌方處理時(shí)采用注漿或泵送混凝土的方式回填塌腔，但塌腔無法保證填充密實(shí)，后期塌腔可能上移，塌方體沖擊洞身襯砌。同時(shí)在山體應(yīng)力及重力作用下導(dǎo)致兩側(cè)邊墻、拱腳混凝土向洞軸線擠壓，造成仰拱混凝土擠壓變形開裂。

2.2.2?地下水影響

樂村隧道圍巖以全～強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖為主，輝綠巖遇水軟化，強(qiáng)度下降明顯。（1）樂村隧道施工為順坡排水，在隧道掘進(jìn)過程中，隧道施工用水直接排放到仰拱端頭，未及時(shí)抽排，仰拱端頭積水往出口端滲透，造成已施工、未施工的段落仰拱基底長期泡水。（2）隧道右洞位于山體內(nèi)側(cè)，相比左洞更易匯水，同時(shí)隧道在掘進(jìn)過程中發(fā)生過多次塌方，塌腔易匯水，從而導(dǎo)致隧道襯砌背后匯集大量地下水及圍巖裂隙水。由于排水系統(tǒng)不通暢，襯砌背后匯集的地下水不能通過縱、橫、環(huán)向盲管及時(shí)排出洞外，從而滲透到仰拱底部，進(jìn)而導(dǎo)致仰拱基底長期受浸泡軟化，承載力大幅削弱，同時(shí)仰拱承受過大水壓，最終造成仰拱變形開裂，地下水沿裂縫滲透至地表。

3?裂縫處治方案與效果

3.1?裂縫處治方案的確定

發(fā)現(xiàn)仰拱裂縫后，項(xiàng)目公司、設(shè)計(jì)院、總監(jiān)辦、總承包部等相關(guān)人員立即到現(xiàn)場進(jìn)行勘察，針對裂縫具體情況，經(jīng)4方研究討論，并邀請專家評審，確定了如下具體處治措施：

（1）仰拱裂縫處理。對仰拱裂縫進(jìn)行開槽處理，開槽寬度為裂縫中心向兩側(cè)1～2 cm，深度≥3 cm。開槽完成后，清理槽口，并用結(jié)構(gòu)膠密封。裂縫表面密封完成后，在裂縫兩邊45°斜打孔埋設(shè)壓漿針頭，針頭間距25 cm。最后注射環(huán)氧樹脂填塞裂縫。

（2）仰拱地基加固。原則上對樂村隧道右洞仰拱基底圍巖采用小導(dǎo)管注漿加固。其中電纜溝槽外側(cè)沿隧道通長各設(shè)置一排5.5 m長與豎直方向成30°角斜向下打入仰拱填充的42 mm小導(dǎo)管，小導(dǎo)管間距1 m（縱向）。根據(jù)圍巖等級情況及裂縫實(shí)際情況，針對圍巖差、裂縫多的YK22+785～835、YK22+920～960、YK23+060～100段落設(shè)置豎向小導(dǎo)管，小導(dǎo)管間距為1.5 m（橫向）x1 m（縱向），梅花形布置，鉆孔深度為5.5 m（加固注漿孔斷面布置見下頁圖2，加固注漿孔布置見下頁圖3）。針對圍巖較好、裂縫較少的YK22+835～920、YK22+960～YK23+060段落設(shè)置豎向小導(dǎo)管，小導(dǎo)管間距為1.5 m（橫向）x1.5 m（縱向），梅花形布置，鉆孔深度為3.5 m。鉆孔過程中應(yīng)注意避開仰拱初支鋼拱架。

注漿小導(dǎo)管采用42x4 mm熱軋無縫鋼管加工制成，鋼管前端部加工成錐形，仰拱底以下部分管壁四周鉆四排6 mm壓漿孔。漿液采用P.0.42.5級水泥配置，水灰比為1∶1，注漿壓力為2.0 MPa。

（3）開裂處治后，仰拱填充滲水點(diǎn)及仰拱施工縫處采用開槽并嵌入經(jīng)過防銹處理的槽鋼，將滲水橫向引排至兩側(cè)排水溝，滲水點(diǎn)及施工縫處豎向鉆孔至仰拱底，以加強(qiáng)排水。槽鋼型號為10。

（4）重新疏通隧道橫向排水盲管，同時(shí)沿兩側(cè)排水盲溝每5 m設(shè)置100 mm的泄水孔。泄水孔與橫向?qū)芡L，用于引排二襯背后地下水。

（5）重新清理隧道兩側(cè)排水溝，確保兩側(cè)排水溝內(nèi)無雜物，加大兩側(cè)排水溝盲管管壁和泄水孔孔徑，并用土工布重新包裹。

（6）加強(qiáng)洞內(nèi)仰拱沉降觀測，待沉降穩(wěn)定后方可進(jìn)行后續(xù)工序施工。

3.2?裂縫處治效果

仰拱及填充處治完畢后，對仰拱裂縫處進(jìn)行鉆芯取樣，芯樣顯示裂縫已填充密實(shí)，仰拱底部基巖注漿固結(jié)效果良好。后期的沉降觀測數(shù)據(jù)表明，各觀測斷面僅局部斷面沉降數(shù)值有所變化，且變化量極?。ㄈ绫?所示）。總體數(shù)據(jù)表明，仰拱及填充開裂段處理效果良好，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。目前，項(xiàng)目已通車半年之久，該隧道路面總體無異常。

4?結(jié)語

（1）仰拱開挖施工時(shí)一定要開挖到位，及時(shí)抽排仰拱積水，確保仰拱基底圍巖承載力，必要時(shí)應(yīng)對仰拱基底進(jìn)行加固處理。

（2）隧道施工過程中，必須加強(qiáng)隧道防排水的質(zhì)量檢查，確?？v、橫、環(huán)向排水盲管通暢。

（3）初支滲水較大部位、塌方處理等段落，防排水施工時(shí)盡量增設(shè)排水盲管，確保能及時(shí)引排襯砌背后地下水。

[1]楊?偉，王國良.公路隧道仰拱裂縫處理技術(shù)探討[J].公路交通技術(shù)，2014（5）：118-122.

[2]廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.兩階段施工圖設(shè)計(jì)第五冊[R].2015.

[3]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].