連拱隧道病害與防治分析資料整理

摘要：近年來連拱隧道在我國迅速發(fā)展，與此同時，給運營帶來巨大威脅的隧道病害問題也日益嚴重。綜合國內連拱隧道病害問題及處理方式，分析連拱隧道病害成因及防治方案，為連拱隧道的更好運營提出合理化建議和可行的措施，對于類似工程具有一定的參考價值。差箜詢.渉摒腸渚.庶奎.仿治Multi-archTunnelDiseasesandPreventionAnalysis*WJW—.XTXV<XVXV/XX??U.?上丿JLO5J.XXAAVJVTIJUAV>VV*>XXXV^A~<丄7easesthreateningoperationhavebecomeserious.Thedomesticmulti-archtunneldiseasesanddisposalaresummarizedandanalyzed.Ithasprovidedsuggestionandfeasiblemeasuresforthegoodoperationofmulti-archtunnel,havingacertainofreferencevaluetosimilarengineerings.Keywords:multi-archtunnel；disease；prevention0引言近年來，隨著我國高等級公路建設的重點由東南沿海地區(qū)向西部內陸地區(qū)過渡，鑒于西部山嶺重丘、山系、山脈較多，要考慮克服高差、縮短里程、改善線形指標以及保護生態(tài)環(huán)境等方面問題，分離式隧道已不能滿足特殊地質及地形條件的要求。連拱隧道作為一種新穎而結構特殊的隧道型式，由于它具有地形條件限制小、線形順暢、洞口設計選擇性大、引線占地少、地下空間利用率高以及良好的經濟效益等特點，成為目前國內外在特定條件下修建公路隧道的理想選擇之一。但由于其起步晚、歷史短、經驗相對較少，設計施工尚不成熟，修筑過程中往往遇有諸多不可預見因素，加上運營管理和維護成本方面等諸多原因，使連拱隧道建設中的病害問題越來越突出。1連拱隧道的發(fā)展概況隨著高速公路建設的發(fā)展，連拱隧道已被越來越廣泛地采用。在多山國家或地區(qū)修筑高等級公路，隧道方案可以起到縮短里程、改善線形及保護環(huán)境等作用。在山嶺重丘區(qū)，隧道型式的選擇不僅受地形、地質條件的約束，同時受路線平、縱、橫指標及三方面組合設計的制約。因此，在橋隧相連、隧道相連、受地形限制等特殊地段，隧道凈距不能滿足獨立雙洞凈距要求時，可采取連拱隧道型式或小凈距隧道。對于長度小于500m的短隧道，連拱隧道在解決隧道引道接線、減少征地拆遷方面，特別是在城市道路隧道建設中具有較大的優(yōu)勢。這些隧道在降低交通事故發(fā)生率、縮短行程、提高車速、保護環(huán)境諸方面都發(fā)揮了積極作用，取得了良好的社會經濟效益。我國修建連拱隧道雖然起步較晚，但到目前為止已建和在建的總數(shù)卻位居世界第一。盡管如此，我國在連拱隧道建設方面仍然是比較薄弱的，隨之而來的隧道病害問題也日益突出。2連拱隧道的病害分析連拱隧道因其特殊的結構型式，往往處于淺埋、偏壓狀況，而且，其設計、施工過程中，中隔墻起著至關重要的作用。中隔墻的施作是在有限空間內展開的，施工較為困難。由于連拱隧道左右洞推進過程中開挖、支護的相互干擾影響，中隔墻經常受到不對稱荷載的作用，歷經拉、壓、彎、剪、扭等力的綜合作用，受力機制甚為復雜，現(xiàn)行的設計方案及施工措施在某些方面尚存在不足之處，施工質量難以保證，容易產生隧道病害。連拱隧道病害主要表現(xiàn)在襯砌開裂、中隔墻滲漏水、隧道腐蝕及偏壓滑坡等方面。2.1襯砌開裂主要原因與表現(xiàn)襯砌開裂是連拱隧道施工中最常見的病害。襯砌開裂的原因復雜且是多方面的，主要原因有以下幾個方面。2.1.1設計因素當前一般施工工序都是先修建山坡外的隧道，然后修建山坡內的隧道，這種先易后難的工序導致當修完山坡外再修建山坡內的隧道時，擾動產生的負荷都由中隔墻承擔，這對中隔墻的受力十分不利，以致中隔墻開裂較多。另外，對圍巖級別劃分不準，造成襯砌類型選擇不當，導致襯砌結構與圍巖的實際負荷不相適應也引起襯砌開裂。而在隧道穿過偏壓地段、斷層破碎帶、褶皺區(qū)等局部圍巖松散壓力或結構力較大的地段時，若未釆用偏壓襯砌及相應加強措施，都會產生襯砌開裂。2.1.2施工因素這主要是指受混凝土結構本身以及施工質量和施工技術條件等因素的限制。如施工測量放線發(fā)生差錯、拱架支撐變形、塌方等造成局部襯砌厚度偏薄或襯砌結構受力不對稱而降低了襯砌結構的承載能力。模筑混凝土拱背部位未及時回填密實而常出現(xiàn)的拱頂襯砌與圍巖不密貼的空隙，形成拱腰承受圍巖較大負荷，拱頂在一定范圍內存在空載，從而形成了對拱部襯砌不利的“馬鞍型”受力狀態(tài)，導致拱腰內移張裂。2.1.3地質因素地震帶、斷裂帶、滑坡及偏壓等地質條件及水的作用都是縱向和斜向裂縫產生的主要因素，對隧道襯砌開裂有很大影響。2.2中隔墻滲漏水原因及表現(xiàn)防水是連拱隧道中的一個技術難點，而裂縫是滲漏水的最主要原因。李武等人調査分析了四川的多座連拱隧道典型裂縫及滲漏水病害，發(fā)現(xiàn)由于早期的中墻結構大多為整體式直中墻，存在固有的結構型式缺陷，而施工縫位置設置不當、施工質量不高，排水通道不暢等，加之結構性裂縫對隧道襯砌的受力、防水盒耐久性不利，非結構性裂縫僅對隧道襯砌的防水和耐久性不利，最終導致滲漏水的發(fā)生。同時，隧道周圍地下水滲流場的改變可引起局部應力場的不斷調整，隧道開挖可能引起的古滑坡復活或新滑坡，以及地震或人為誘發(fā)地震等，都會導致隧道結構破壞，進而使襯砌結構出現(xiàn)裂縫，形成滲漏水通道，導致滲漏水。2.3隧道腐蝕修建隧道的混凝土砂漿少，石子多，石子之間形成蜂窩狀空洞，局部酥軟，不但降低了混凝土強度，還使空氣中水氣、氯氣和腐蝕因子等較易通過此空隙侵入混凝土，造成混凝土中性化并腐蝕鋼筋，形成隧道的腐蝕病害。另外，滲漏水和空氣對暴露在裂縫中的鋼筋或型鋼拱架長期作用也產生銹蝕。寒冷地區(qū)襯砌背后的凍結，極易產生凍結力，造成拱頂附近產生壓潰等病害。2.4偏壓滑坡病害偏壓病害大部分是由于自然偏壓，即地質原因，也有部分是由于施工產生的人為原因，如隧道上方邊坡和仰坡設計不合理，施工放坡擾動坡體，襯砌背后有空洞，運營過程中遭遇降水、地震等，都可能會引發(fā)偏壓災害，甚至是大規(guī)模的洞口滑坡和塌方。連拱隧道內側斷裂帶、上方松散層等不良地質條件和不合理的施工方案也是導致隧道襯砌嚴重破壞和滑坡病害的主要因素。3連拱隧道的病害防治3.1襯砌開裂防治措施質量控制是防止隧道病害發(fā)生的重要措施。張文順等人在研究高速公路連拱隧道襯砌裂縫處治時提出，在復雜地形及地質條件下施工連拱隧道，必須加強監(jiān)控量測工作，應樹立嚴格的質量意識，減少超欠挖，保證襯砌厚度。隧道地基在施工時應清理干凈，對中隔墻地基不均勻部位在施工前即應進行加強和處理，施工中則應先封閉拱部二襯，分步開挖下臺階或跳挖下臺階、跳做仰拱，防止由于施工而誘發(fā)不均勻沉降并導致裂縫的產生。目前，探地雷達在隧道襯砌質量的檢測中有很好的作用，將探地雷達應用于襯砌質量檢測時，根據(jù)不同目標體的不同波形特征，結合地質資料和設計資料，可以劃分出襯砌厚度，鋼筋的位置和布置情況，缺陷位置和類型以及干擾信號等。根據(jù)探地雷達所取得的資料，結合地質資料和設計資料來識別判斷地球物理異常，可以準確地推斷出隧道襯砌的厚度，內部鋼筋網(wǎng)的布置情況，空洞和不密實帶。3.2隧道滲漏水防治措施滲漏水是連拱隧道的重點病害之一，直接關系到連拱隧道的未來存亡，解決隧道中隔墻防排水問題是目前連拱隧道研究的核心問題。國內研究顯示，在保證結構安全的前提下對中隔墻進行設計和施工優(yōu)化，采用預埋無孔排水系統(tǒng)的方案，通過先預埋無孔排水系統(tǒng)，正洞初期支護時再打孔排水，可以保證中隔墻頂注漿密實、排水體系通暢、防水體系不破損。在確保隧道中隔墻質量的基礎上，做好隧道滲漏水的“防、排、截、堵”設計，在防水方面，采用新工藝新材料，如在砕中增加防水劑，采用強度高、延展性好、抗老化的止水帶、防水布等做好防水層施工，都能有效地防止?jié)B漏水。3.3隧道防腐蝕措施在施工中用抗蝕系數(shù)高的水泥，提高砕的抗?jié)B系數(shù)，徹底防止襯砌的滲漏水并增加鋼筋的保護層厚度，都能切實防止隧道腐蝕。3.4偏壓及滑坡防治措施地質因素是造成偏壓滑坡的主要原因。連拱隧道施工時遇到洞口偏壓的一般處理措施是對偏壓一側進行山體回填。在連拱隧道施工時要對上方圍巖進行注漿加固處理，力求保證中隔墻頂部回填密實，做好上方山體地表排水工作及地下水防排工作。4展望隨著近年來連拱隧道在我國各個地區(qū)尤其是特殊地質條件、地理環(huán)境下的廣泛應用，連拱隧道病害防治問題備受關注。連拱隧道整體跨度大、結構復雜、施工難度大、圍巖不均勻，加上地質情況變化復雜，存在很多問題，因此，要求隧道專家及工程建設人員積極參與連拱隧道的技術研究，在設計、施工及維護等各個環(huán)節(jié)上切實做好隧道質量的控制、隧道病害的防護工作，并以隧道現(xiàn)場監(jiān)測為基礎，應用各種專業(yè)方法，如解析方法、室內試驗、現(xiàn)場試驗以及數(shù)值分析方法等，進行研究分析，對連拱隧道的結構展開綜合修建技術研究，這樣才能切實保證連拱隧道質量，從而確保運營安全。同時，隨著新技術的開發(fā)及新材料的應用，連拱隧道必將在今后的基礎設施建設中繼續(xù)扮演重要角色并在山嶺重丘地區(qū)發(fā)揮重要作用。參考文獻［1］王建秀，等.雙連拱公路隧道裂縫成因及防治措施卩］.巖石力學與工程學報，2005,24(2)：195-202.［2］宋莉，唐富軍.連拱隧道襯砌裂縫病害特征及裂縫研究［