公路隧道偏压效应与衬砌裂缝的研究

《公路隧道偏压效应与衬砌裂缝的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、公路隧道偏压效应与衬砌裂缝的研究摘 要：衬砌裂缝是公路隧道施工中常见的病害之一。结合三公菁隧道各项监控量测数据和隧道实际地质情况，对裂缝产生的各种原因及其发展变化从力学角度进行正、反演分析和归纳。讨论了隧道设计规范的适用范围，并与实测及反演方法进行比较，同时提出了合理的设计施工方案。实例分析了某断面二次衬砌内力状况，并进行强度校核以解释其裂缝成因。经综合分析及力学计算，存在较大偏压是隧道衬砌产生裂缝的主要原因。最后，提出了综合处理隧道裂缝的具体措施，方案实施后，其效果令人满意。   关键词：隧道工程裂缝监测成因反分析     1 引 言   三公菁隧道设计为上、下行分离的整体式双跨四车

2、道连拱隧道，长255m，最大埋深63m。隧道围岩为灰色、褐黄色砂岩或泥岩，节理、裂隙发育，局部呈强风化碎石状，地质条件较差。隧道进、出口段埋深较浅，山体坡度缓缓上升，整个隧道各处埋深不一致，呈现明显的偏压态势。典型隧道结构断面如图1所示，设计净跨为10.525m、净高7.2m，单跨采用单心圆，边墙侧为曲线，中墙为直线，中墙厚2m，隧道有效净宽9.75m、有效净高5m，隧道纵坡-5.015％。隧道开挖采用三导坑先墙后拱法，下行线先行贯通，上行线开挖近3个月后发现边墙及中隔墙二衬混凝土上出现大小不等的众多裂缝(上、下行线都有)，尤以隧道进出口段为甚，并且裂缝仍在发展变化。裂缝形状各异，垂直

3、、倾斜、纵向、数条交叉、“X”形或由一组小斜缝组成的较大裂缝等都有，多数呈现明显的剪切错断分布。针对上述情况，决定加设临时钢架支撑以防止进一步变形，同时加强施工管理，并对开挖过程进行监控量测。根据监测信息反馈分析隧道结构的受力、变形情况，及时调整施工方案。 图1 典型隧道结构断面示意图    国内外对偏压隧道的形成特点、模型试验、稳定分析及衬砌开裂与加固等方面均已有较多的研究成果，但从监测信息反馈角度进行力学反演分析以确定裂缝机理并提出防治措施的研究尚不多见。   2 结构裂缝的展布与监测   现场布设了22个具有代表性的裂缝观测点，采用钢弦式频率振动裂缝计及水泥钢钉和千分表监测裂缝宽

4、度的变化。测点编号为L1～L22，部分裂缝测点布置及裂缝特征见表1。为了更好地把握隧道受力、变形特征，同时监测了土压力、钢筋应力、拱顶下沉、围岩收敛位移和地表变形等，各监测仪器展布位置参见图1。裂缝监测数据表明，在隧道的不同位置，裂缝呈现不同的变化发展情形，L1，L5，L6，L11，L13，L15，L17，L18，L19，L20和L22测点裂缝宽度基本稳定(除去个别测量误差，变化范围皆已稳定在±0．2mm内，其变化率稳定在±0.002mm/d)；L8，L9，L14和L16裂缝宽度波动减小； L2，L3，LA，L7，L10，L12和L21裂缝宽度波动增大。采取加强支撑及严格施工规程等措施

5、后，总体来说裂缝变化幅度不大。限于篇幅，此处仅选几个测点的记录表示变化特征(见表1)和趋势(见图2)。表1 部分裂缝测点布置及裂缝特征  图2 部分裂缝测点宽度随时间变化关系图    3 结构裂缝的成因   3.1裂缝原因综合分析   高边坡导致偏压是该隧道出现裂缝的主要原因。隧道进、出口边坡地形如图3，4所示，其特点是进、出口段埋深较浅(最小埋深约5m)，存在一埋深逐步增大的坡度(坡角为35°~40°)，并且除沿隧洞轴向的仰坡外，山体还存在倾向朝向上行线的斜坡。现场监测中发现，洞口仰坡观测点有下滑移动趋势，而上行线进口段约50m内皆可见明显的衬砌钢格栅发生向洞外弯曲和偏移现象，并伴有

6、向中隔墙一侧的扭曲变形，两者趋势吻合，表明高边坡松散土体引起偏压。从监测数据统计和发展变化情形看，在采取钢架支撑和边坡处理措施等平衡偏压方法后隧道变形明显得到控制，现场监测断面中土压力监测数据也显示了较大偏压的存在。图3  隧道进口边坡地形示意图   图4 隧道出口边坡地形示意图    隧道进行结构设计时按规范计算围岩压力，即令：q=0.45×26-sγw，该算式需在深埋且无明显偏压存在的隧道才适用。由实际地形可见，在该隧道进、出口段皆存在较长一段隧洞其距地表埋深较浅(5～20m)，且隧道明显存在较大偏压。故对该隧道尚不能完全按深埋隧道计算。   其次，地层加固不及时也是裂缝产生原因之

7、一。由于边坡较高且坡度大，加之上覆土体又较松散，故原设计方案拟先通过锚固边坡缓减偏压后再开挖。而实际情况是，隧道施工进行几个月后，洞口边坡及仰坡的锚固支护工作才开始进行。此外，由于雨水冲刷及机械施工振动等原因，会造成边坡土体产生一定的下滑力及荷载的不稳定。在隧道施工前期，曾出现进口左侧边坡大滑动而推倒施工完毕的中隔墙事故。   再次，在实际施工时也存在某些问题，如盲目赶进度而支撑跟进不及时，衬砌拆模过早，某些地方锚杆施加过稀，超前地质预报工作不