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(guó)迅速發(fā)展，與此同時(shí)，給運(yùn)營(yíng)帶來巨大威脅的隧道病害問題也日益嚴(yán)重。綜合國(guó)內(nèi)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(yùn)營(yíng)提出合理化建議和可行的措施，對(duì)于類似工程具有一定的參考價(jià)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(guó)高等級(jí)公路建設(shè)的重點(diǎn)由東南沿海地區(qū)向西部?jī)?nèi)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(biāo)以及保護(hù)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(zhì)及地形條件的要求。連拱隧道作為一種新穎而結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)選擇性大、引線占地少、地下空間利用率高以及良好的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)，成為目前國(guó)內(nèi)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(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，設(shè)計(jì)施工尚不成熟，修筑過程中往往遇有諸多不可預(yù)見因素，加上運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)成本方面等諸多原因，使連拱隧道建設(shè)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(shè)的發(fā)展，連拱隧道已被越來越廣泛地采用。在多山國(guó)家或地區(qū)修筑高等級(jí)公路，隧道方案可以起到縮短里程、改善線形及保護(hù)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(zhì)條件的約束，同時(shí)受路線平、縱、橫指標(biāo)及三方面組合設(shè)計(jì)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(dú)立雙洞凈距要求時(shí)，可采取連拱隧道型式或小凈距隧道。對(duì)于長(zhǎng)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(shè)中具有較大的優(yōu)勢(shì)。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(hù)環(huán)境諸方面都發(fā)揮了積極作用，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)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(guó)在連拱隧道建設(shè)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(jié)構(gòu)型式，往往處于淺埋、偏壓狀況，而且，其設(shè)計(jì)、施工過程中，中隔墻起著至關(guān)重要的作用。中隔墻的施作是在有限空間內(nèi)展開的，施工較為困難。由于連拱隧道左右洞推進(jìn)過程中開挖、支護(hù)的相互干擾影響，中隔墻經(jīng)常受到不對(duì)稱荷載的作用，歷經(jīng)拉、壓、彎、剪、扭等力的綜合作用，受力機(jī)制甚為復(fù)雜，現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方案及施工措施在某些方面尚存在不足之處，施工質(zhì)量難以保證，容易產(chǎn)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(fù)雜且是多方面的，主要原因有以下幾個(gè)方面。2.1.1設(shè)計(jì)因素當(dāng)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(nèi)的隧道，這種先易后難的工序?qū)е庐?dāng)修完山坡外再修建山坡內(nèi)的隧道時(shí)，擾動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)荷都由中隔墻承擔(dān)，這對(duì)中隔墻的受力十分不利，以致中隔墻開裂較多。另外，對(duì)圍巖級(jí)別劃分不準(zhǔn)，造成襯砌類型選擇不當(dāng)，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖的實(shí)際負(fù)荷不相適應(yīng)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(jié)構(gòu)力較大的地段時(shí)，若未釆用偏壓襯砌及相應(yīng)加強(qiáng)措施，都會(huì)產(chǎn)生襯砌開裂。2.1.2施工因素這主要是指受混凝土結(jié)構(gòu)本身以及施工質(zhì)量和施工技術(shù)條件等因素的限制。如施工測(cè)量放線發(fā)生差錯(cuò)、拱架支撐變形、塌方等造成局部襯砌厚度偏薄或襯砌結(jié)構(gòu)受力不對(duì)稱而降低了襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力。模筑混凝土拱背部位未及時(shí)回填密實(shí)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(fù)荷，拱頂在一定范圍內(nèi)存在空載，從而形成了對(duì)拱部襯砌不利的“馬鞍型”受力狀態(tài)，導(dǎo)致拱腰內(nèi)移張裂。2.1.3地質(zhì)因素地震帶、斷裂帶、滑坡及偏壓等地質(zhì)條件及水的作用都是縱向和斜向裂縫產(chǎn)生的主要因素，對(duì)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(gè)技術(shù)難點(diǎn)，而裂縫是滲漏水的最主要原因。李武等人調(diào)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(jié)構(gòu)大多為整體式直中墻，存在固有的結(jié)構(gòu)型式缺陷，而施工縫位置設(shè)置不當(dāng)、施工質(zhì)量不高，排水通道不暢等，加之結(jié)構(gòu)性裂縫對(duì)隧道襯砌的受力、防水盒耐久性不利，非結(jié)構(gòu)性裂縫僅對(duì)隧道襯砌的防水和耐久性不利，最終導(dǎo)致滲漏水的發(fā)生。同時(shí)，隧道周圍地下水滲流場(chǎng)的改變可引起局部應(yīng)力場(chǎng)的不斷調(diào)整，隧道開挖可能引起的古滑坡復(fù)活或新滑坡，以及地震或人為誘發(fā)地震等，都會(huì)導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而使襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，形成滲漏水通道，導(dǎo)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(qiáng)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(duì)暴露在裂縫中的鋼筋或型鋼拱架長(zhǎng)期作用也產(chǎn)生銹蝕。寒冷地區(qū)襯砌背后的凍結(jié)，極易產(chǎn)生凍結(jié)力，造成拱頂附近產(chǎn)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(zhì)原因，也有部分是由于施工產(chǎn)生的人為原因，如隧道上方邊坡和仰坡設(shè)計(jì)不合理，施工放坡擾動(dòng)坡體，襯砌背后有空洞，運(yùn)營(yíng)過程中遭遇降水、地震等，都可能會(huì)引發(fā)偏壓災(zāi)害，甚至是大規(guī)模的洞口滑坡和塌方。連拱隧道內(nèi)側(cè)斷裂帶、上方松散層等不良地質(zhì)條件和不合理的施工方案也是導(dǎo)致隧道襯砌嚴(yán)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(zhì)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(shí)提出，在復(fù)雜地形及地質(zhì)條件下施工連拱隧道，必須加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，應(yīng)樹立嚴(yán)格的質(zhì)量意識(shí)，減少超欠挖，保證襯砌厚度。隧道地基在施工時(shí)應(yīng)清理干凈，對(duì)中隔墻地基不均勻部位在施工前即應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)和處理，施工中則應(yīng)先封閉拱部二襯，分步開挖下臺(tái)階或跳挖下臺(tái)階、跳做仰拱，防止由于施工而誘發(fā)不均勻沉降并導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。目前，探地雷達(dá)在隧道襯砌質(zhì)量的檢測(cè)中有很好的作用，將探地雷達(dá)應(yīng)用于襯砌質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，根據(jù)不同目標(biāo)體的不同波形特征，結(jié)合地質(zhì)資料和設(shè)計(jì)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(hào)等。根據(jù)探地雷達(dá)所取得的資料，結(jié)合地質(zhì)資料和設(shè)計(jì)資料來識(shí)別判斷地球物理異常，可以準(zhǔn)確地推斷出隧道襯砌的厚度，內(nèi)部鋼筋網(wǎng)的布置情況，空洞和不密實(shí)帶。3.2隧道滲漏水防治措施滲漏水是連拱隧道的重點(diǎn)病害之一，直接關(guān)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(guó)內(nèi)研究顯示，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下對(duì)中隔墻進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工優(yōu)化，采用預(yù)埋無孔排水系統(tǒng)的方案，通過先預(yù)埋無孔排水系統(tǒng)，正洞初期支護(hù)時(shí)再打孔排水，可以保證中隔墻頂注漿密實(shí)、排水體系通暢、防水體系不破損。在確保隧道中隔墻質(zhì)量的基礎(chǔ)上，做好隧道滲漏水的“防、排、截、堵”設(shè)計(jì)，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(qiáng)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(hù)層厚度，都能切實(shí)防止隧道腐蝕。3.4偏壓及滑坡防治措施地質(zhì)因素是造成偏壓滑坡的主要原因。連拱隧道施工時(shí)遇到洞口偏壓的一般處理措施是對(duì)偏壓一側(cè)進(jìn)行山體回填。在連拱隧道施工時(shí)要對(duì)上方圍巖進(jìn)行注漿加固處理，力求保證中隔墻頂部回填密實(shí)，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(guó)各個(gè)地區(qū)尤其是特殊地質(zhì)條件、地理環(huán)境下的廣泛應(yīng)用，連拱隧道病害防治問題備受關(guān)注。連拱隧道整體跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大、圍巖不均勻，加上地質(zhì)情況變化復(fù)雜，存在很多問題，因此，要求隧道專家及工程建設(shè)人員積極參與連拱隧道的技術(shù)研究，在設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)上切實(shí)做好隧道質(zhì)量的控制、隧道病害的防護(hù)工作，并以隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，應(yīng)用各種專業(yè)方法，如解析方法、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及數(shù)值分析方法等，進(jìn)行研究分析，對(duì)連拱隧道的結(jié)構(gòu)展開綜合修建技術(shù)研究，這樣才能切實(shí)保證連拱隧道質(zhì)量，從而確保運(yùn)營(yíng)安全。同時(shí)，隨著新技術(shù)的開發(fā)及新材料的應(yīng)用，連拱隧道必將在今后的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(xiàn)［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(xué)與工程學(xué)報(bào)，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［