软弱围岩隧道二次衬砌裂缝浅谈

《软弱围岩隧道二次衬砌裂缝浅谈》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。

软弱围岩隧道二次衬砌裂缝浅谈　　摘要:本文通过谷竹隧道工程施工实例，有效的施工控制成果，浅析了隧道二次衬砌裂缝原因及其影响，提出了施工中注意事项和控制要点，最终达到了质量有效控制的目标的目标。关键词隧道二次衬砌裂缝浅析中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：一、工程概况谷竹高速高速公路竹山隧道位于湖北省竹山县内，隧道区属构造剥蚀侵蚀低山地貌，海拔高程一般约为317～460m，拟建隧道近似垂向穿越一座山体，沿线地形整体起伏较大。隧道进洞口所在斜坡坡角约25～35º，坡面植被发育，基岩多处出露，坡脚为一沟谷。出洞口所在斜坡坡角约15～20º，出洞口下方冲沟内见多级人工梯田，为水稻地。进出洞口坡面植被茂密。隧道进口上方ZK156+600～ZK156+910段与竹山隧道进口古滑坡H5相交，隧道出口上方ZK157+160～ZK157+360段与竹山隧道出口古滑坡H6线位相交，两滑坡周边地貌呈圈椅状。我集团公司承建的竹山隧道为分离式隧道（见平面示意图），左线起讫里程为ZK156+460～ZK157+430，长970m（右线起迄里程为YK156+460～YK157+425，长965m）。10 谷竹高速公路25标段竹山隧道工程范围平面示意图左线：隧道进口右线：隧道进口根据区域地质资料，合同段内区域断层、褶皱构造发育。由于受多期构造作用的影响剥蚀严重。区域性的断裂为竹山断裂（F1），呈北西向展布，为北大巴山褶皱束和武当山复背斜的分界断裂，北西延至陕西安康，区内长约130km，倾向北东，倾角20～70°。断裂带内发育挤压片理和构造透镜体，区域上沿断裂可见断层崖、断层三角面等断层地貌，但隧址区未见该断裂出露。据物探揭露，F19断层于ZK156+780、YK156+780处与线位相交，倾向约300°，倾角约40～70°。断层破碎带宽约50m，岩体极破碎。F20断层于ZK157+040、YK157+100处与线位相交，倾向约280°，倾角约55～85°。断层破碎带宽约60m，岩体极破碎。隧道岩层倾向沿线变化不大，岩性为绢云母片岩，进洞口地层产状为347º∠30º、洞身为10º∠32º、出洞口为2º∠31º，岩层倾角逐渐变缓。1、不良地质10 根据钻探、物探和地表地质调查，本隧道不良地质现象发育，于进出洞口共发育两个较大的古滑坡。进洞口不良地质：进洞口上方约200m发育有“ZK156+700竹山古滑坡H7”，与线位交于ZK156+600～ZK156+910段。该滑坡为古滑坡，目前古滑坡自然山体未见明显的变形破坏特征，自然山体处于极限平衡状态。H7滑坡在空间上呈圈椅状，平面纵长约450m，横宽处约140～170m。后缘高程469m左右，前缘高程327m左右，地形高差102m，主滑方向约88°。经稳定性验算推测滑体主要为强风化绢云母片岩，由于受断层F19构造影响，岩体极破碎且质较软，平均厚约25.4m，体积约169万立方米，属大型滑坡。滑坡体上多为人工种植的庄稼及杂草，仅后缘松树发育较茂盛。目前坡体两侧及坡顶灌木林立，无“醉汉林”，也未见明显的活动迹象。该滑坡目前在天然状态下处于基本稳定状态；在自重+暴雨（饱和状态）条件下处于欠稳定状态，对高速公路有潜在的安全隐患。出洞口不良地质：据钻探、物探勘测，出洞口边坡覆盖层、强风化层厚约4～10m，结构较松散，开挖后自稳性差；下伏弱风化层岩体工程地质性质较好，开挖后自稳性相对较好。10 根据地质调绘及物探勘察，出洞口上方约50m发育有“竹山隧道出口古滑坡H8”，与线位交于ZK157+160～ZK157+360段。该滑坡目前自然山体未见明显的变形破坏特征，自然山体处于极限平衡状态。该滑坡前后缘横宽约90～110m，纵长约180m，据物探推测，坡体松散～稍密状碎石土厚约4～6m，易跨塌；强风化层厚约4～12m，节理裂隙极发育，岩质偏软，自稳性也较差；下伏弱风化层自稳性较好。由于隧道围岩顶板上部弱风化层埋深约20～50m，故滑坡对隧道洞身围岩段开挖后的稳定性影响较小。2、水文地质条件隧道进洞口坡脚下沟谷中见地表溪流，水量小，基本可忽略。离进洞口约300m处发育一水塘，直径约30m，水深约2.0m。出洞口下方边坡谷地中可见裂隙水流，流量较小。根据水文点观察，结合地形地貌，岩性和构造条件判断：地下水不甚发育，主要以裂隙水为主，钻孔未揭露到地下水位。地下水的补给主要靠大气降雨补给，雨季期间地下水的排泄方式主要通过裂隙水、泉等方式向坡脚排泄。10 根据地表调查，地下水未见出露。隧道区主要接受大气降雨的垂直补给，总体水量较丰富。地下水主要接受大气降雨的垂直补给，按照隧道涌水量分类标准（参见新版《铁路工程地质手册》），进出口Ⅴ级围岩范围内，由于岩体极破碎，雨水会沿裂隙下渗，出现淋雨状，当岩体较完整时，出水状态属于渗滴涌水。二、二次衬砌施工方法和施工标准本隧道按照新奥法、复合式衬砌原理和钻爆法施工，开挖后进行喷射混凝土（初期支护），接着设分离式土工布、防水层，然后进行永久性衬砌。《公路隧道施工技术规范》和《公路工程质量检验评定标准》要求高速公路隧道的不允许有结构裂缝，混凝土因施工养护不当产生裂缝，每条裂缝减0.5～2分。三、衬砌开裂开裂原理1、初期开裂，包括混凝土温度、配比、材料及现浇施工中产生的开裂；2、承载（受力）开裂，指衬砌外荷载或自重引起的开裂。这2种开裂，对衬砌承载能力的影响是不同的，但都应加以关注。目前许多隧道在交付营运时或施工过程中，就已经发生开裂，应该仔细分析开裂的原因、性质和程度，采取有效措施加以补救，不要留下后患。四、衬砌开裂分析1、衬砌初期开裂的形成：温度引起及施工方法导致初期开裂特征分析：（1）、温度引起的开裂模式：10 模式①的开裂易在拱顶部附近及拱下部范围内发生，大约沿隧道纵向呈直线分布。模式②的开裂是与隧道纵向成直角方向分布的，易在起拱线和变断面处附近，几乎以规则的间隔产生的，但也有沿隧道全周发生的。模式③是在施工缝附近，沿隧道纵向发生的，长度比较短，间隔规则。模式④是随机方向的开裂或呈龟甲状或网目状分布，易于在拱部发生。这些模式的开裂，也有贯通整个衬砌厚度的。在模式④的开裂中，有与游离石灰不同的胶状物析出时，可能怀疑是碱性骨料反应所致。这些开裂都是伴随温度收缩和干燥收缩而产生的。但几乎都达不到显著损伤衬砌功能的程度，如有贯通的开裂从防水和耐久性角度看，或形成3维交差的开裂有可能掉块的场合，就应该采取对策。模式⑤的开裂是在施工缝附近，沿已灌注好的混凝土的上部的模板接触面，因安装或拆除模板时的过大压力而发生的。模式⑥是可能在仰拱填虚碴导致下沉不均造成的开裂。模式⑦的开裂是沿水平方向或混凝土流的方向分布的，易在捣固难度大的拱上半部，在灌注中断的界面上发生的。10 　　模式⑧是在混凝土表面不易发现而在断面内部的局部发生的，是因模板下沉或模板与混凝土附着不良等原因造成的。（2）、施工方法失当（如过早拆模、爆破震动等）引起衬砌开裂2、受力开裂（1）、衬砌上部空洞造成弯曲挤压破坏（2）、衬砌背后空洞坍塌造成落石对支护的破坏3、开裂有发展性的判定基准开裂有的是继续发展的，有的是停止发展的，这对判断开裂的影响是致关重要的。横断面方向的开裂,可按降1级进行判定。同时，0.3～0.5mm以上的开裂密度，超过200cm/m2时，要提高1级进行判定或采用分级中较高的级别判定。五、隧道施工中常见的质量问题与控制措施1、常见的质量问题：（1）、初期支护锚杆质量(包括数量、长度、方向）不达标或设计要求；喷砼质量（包括厚度、强度与平整度）不达标；初支钢架安装质量（接头连接、垂直度以及间距等）不达标；造成隧道大变形与垮塌。10 （2）、超前支护质量（包括注浆小导管和管棚工艺参数、及特殊地质处治）不达标。（3）、隧道爆破质量（包括控制爆破、光面爆破参数）不达标，超欠挖严重，爆破对围岩的破坏严重。（4）、不按规范要求进行初支作业，为减少喷砼量而在初支背后违规回填片石；甚至直接盖石棉瓦。（5）、出现衬砌厚度不满足设计的情况，削弱了衬砌自身的承载能力。（6）、施工管理失当，造成衬砌开裂的另一原因。（7）、对围岩量测不重视，隧道监测技术与实施作业不达标，地质知识严重欠缺，（将难以及时掌控围岩和支护结构的稳定动态，导致丧失处理大变形甚至结构失稳的良机）。2、隧道工程的施工质量控制要点（1）、支护结构质量要求：1）保证砼（喷砼）强度及实施初喷复喷工艺。2）保证衬砌厚度及拆模时间。3）喷层与围岩的密实性且与围岩密贴。（2）、对于流变性软片地层，一定要控制围岩大变形，否则造成围岩劣化，造成支护成本的提高。（3）、支护结构变更要考虑围岩压力的逐渐增加因素。（4）、切实可行地实施控制爆破技术，控制围岩的过大超欠挖。10 3、二衬质量控制（1）、确保净空，严禁竣工后侵入设计轮廓线。（2）、二次衬砌浇筑时机控制。一般情况下隧道衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后（四大指标）及时施作；特殊条件下（如：松散堆积体、浅埋地段）隧道衬砌，应在初期支护完成后及早施作；对于围岩变形过大或初期支护变形不收敛，又难以采取有效措施控制变形时，必须提前施做二衬，以避免初支失稳，但二衬必须加强。六、施工控制成果和施工体会1、施工控制成果通过加强现场控制，我集团公司承建的谷竹高速公路25标段竹山隧道施工进展顺利，大大减少了因二衬出现裂缝而出现的返工、处理或进度受影响的现象。同时，超挖现象亦得到了有效的控制，通过加强现场参与人员的培训、教育思想和端正工作作风、及时督促检查，加强责任心、另请技术水平较高的工人参与施工和采取上述提出的超欠挖控制措施之后，竹山隧道管理成本得到节约，如果超欠挖没得到有效控制，则大笔成本和效益流失。2、施工体会（1）、隧道的二衬裂缝给实体结构带来很大的影响，应引起足够的重视；10 （2）、从技术角度上，隧道的二衬质量是可以控制在一定范围内，但还要行政支持、行政挂钩，加强现场所有人员的管制约束和责任感，才能得到有效的控制。10