大跨度公路隧道病害分析及结构安全性评估

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1、公路隧道2013年第1期(总第81期)大跨度公路隧道病害分析及结构安全性评估秦之富谢锋(招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067)摘要某隧道为高速公路上的一座双向六6车道大跨度公路隧道，该隧道在施工期间出现衬砌裂缝，渗漏水，裂缝对衬砌结构产生切割，影响到隧道的整体结构安全。本文介绍了该隧道病害情况，并根据病害特征进行结构安全性评估分析，为隧道的处治方案提供科学依据。关键词大跨度公路隧道结构安全评估分析值一般在l~5cm之间，个别点最大欠厚值16cm。1工程概况3)二次衬砌内层钢筋保护层厚度：根据设计资某隧道为高速公路上

2、的一座分离式双向6车道料，二次衬砌内层钢筋保护层厚度为5～6．5cm，该隧道，净宽为15．2m，净高为8．00m，失跨比为段衬砌内层钢筋保护层厚实测值一般大于10cm，拱0．526，为大跨度偏平隧道结构；隧道长1700m，设计顶到右边墙位置的保护层厚度达到20~30cm。车速为100km／h。隧道围岩主要为灰岩、泥灰岩及4)该段衬砌背后存在局部脱空和不密实区。炭质灰岩；受多条断层破带影响，岩溶和溶蚀构造发3病害原因分析育，岩溶以软泥填充，遇水呈流塑状，裂隙发育区，岩体较破碎，岩层受挤压区及褶曲轴部，岩体呈块状结1)地质原因构或

3、镶嵌碎裂性结构，沿破碎带及岩溶发育段有利围岩较差：基本处于岩溶和溶蚀构造区，围岩为于脉状裂隙水、岩溶地下水活跃，特别在雨季。松散土体，地下水丰富，稳定性差，呈流塑状，局部有隧道在施工期间左洞ZK6+000～+065、ZK6未溶蚀的破碎灰岩存在。ZK6+634～+668段出-t-647～+787和右洞YK6+630+750等段落即现坍塌，地表出现多处塌陷，在该段的两隧道中间岩出现了严重的纵、斜向密集的衬砌裂缝和严重的渗柱岩溶发育，存在相互联通的可能。漏水等病害，严重影响到隧道结构安全。为保证隧地基承载能力不够：隧道底岩性以中风化

4、炭质道结构的稳定与安全，对该隧道病害段进行结构安灰岩、泥灰岩和石灰岩为主，节理裂隙较为发育，局全性评估分析。本文以ZK6+647～+787段介绍部存在小孔洞或小型溶洞，个别溶洞内充填残坡积大跨度公路隧道病害原因分析及安全性评估。土。地下水以岩溶水和基岩裂隙水为主，地下水位较高，隧底承载力约在600kPa。2衬砌开裂及衬砌结构情况2)施工方法原因2．1衬砌裂缝和渗漏水情况隧道采用双侧壁法和台阶法上台阶留核心土法该段裂缝密集，斜向裂缝21条(其中有5处裂施工，施工中过早拆除临时支撑，使围岩变形过大，缝渗水)，裂缝呈组出现，或呈树叉

5、型发展，裂缝宽主松动范围增大，增加了围岩荷载。要在0．5～2mm之间，延长8～12m，个别长达到3)设计原因18m，裂缝主要分布在边墙至拱腰部，拱部也有少量由于围岩比原设计的差，在后期的处理过程中，裂缝。局部裂缝密集处，衬砌结构受裂缝的切割对对地质条件变化认识不足，加强的设计参数强度不其整体性和承载能力影响较大。够，底部基础没有得到较好的处理。2．2衬砌结构情况4)外荷载作用1)衬砌混凝土强度：其换算值范围在26．5～岩溶发育结构背后空洞没有处理好，使结构受40．8MPa之间，平均值为35．3MPa。力不均匀，产生应力集中等现

6、象，同时底部基础承载2)衬砌7昆凝土厚度：二次衬砌厚度值在44～力不足和不均匀，在受外荷载振动冲击(ZK6+66899cm范围(设计值60cm)，局部位置存在欠厚，欠厚～ZK6+634围岩塌方)影响，引起衬砌开裂。·12‘秦之富等大跨度公路隧道病害分析及结构安全性评估5)施工质量原因—2004)》规定取值，该段围岩为V级，水平均布荷载YK6+630～+660、ZK6+670+710段二次系数e取值0．5，即水平荷载：衬砌配筋内层钢筋保护层厚度过大，使两层钢筋间q一e×q===145．40kN／m。距减小，减小了钢筋混凝土的有效

7、承压力面积和抗4．2计算模型的建立弯能力，同时钢筋间距大于设计值，减少了钢筋混凝根据有限元原理、结构力学方法和隧道二次衬土的整体承载能力。这些施工质量缺陷也是衬砌开砌受力机理，其计算模型的建立方法如下：裂的原因。1)二次衬砌采用梁单元模拟，二衬与初支的相互作用采用土体弹簧实现，材料杆单元模拟；4结构安全性计算2)考虑初期支护采用V级加强衬砌，根据《公路根据隧道病害段特点及病害原因采用荷载一结隧道设计规范JTGD70—2004)》中关于初期支护构法选取ZK6+708典型断面进行结构安全性计算与二次衬砌荷载分担比例建议：该类型衬砌

8、二衬分分析。担荷载的比例为70；4．1荷载计算3)根据检测计算断面的衬砌裂缝深度已贯穿衬根据设计资料可知，ZK6+708断面，围岩级别砌厚度、故裂缝处的荷载完全由钢筋承受；并考虑该为V强级，参考《公路隧道设计规范JTGD70—断面的衬砌厚度和衬砌配筋情况，同时该断面处于2O0