【隧道襯砌開裂補強措施探究6400字（論文）】

第7頁隧道襯砌開裂補強措施研究摘要：隨著當前我國高速公路的迅速發(fā)展，隧道建設己經(jīng)邁入了一個新的歷史階段，正由隧道大國向技術強國邁進，山嶺隧道工程越來越多。通過查閱大量參考文獻，著重分析目前隧道工程測量所引用到的相關測量資料，在前人對軌道隧道監(jiān)測技術及理論研究的基礎上，結合目前隧道工程建設監(jiān)測工作的需要，以青沙山隧道補強修復為研究背景，對隧道圍巖監(jiān)控量測及加固措施展開了全面的探討。詳細勘測收集隧道破損情況，經(jīng)對裂縫形態(tài)的觀測和發(fā)展狀況的量測，分析開裂產(chǎn)生的原因，針對沙山隧道的破損程度做出了相應的補強修復措施。關鍵詞:隧道；襯砌開裂；補強；處理目錄1前言 32青沙山隧道施工監(jiān)測及施工情況 32.1工程項目概述 32.1.1工程概況 32.1.2水文條件 32.2隧道施工監(jiān)測 32.2.1支護設計 32.2.2基坑開挖設計 42.2.3土方開挖 53青沙山裂縫形態(tài)以及原因分析 53.1裂縫形態(tài) 53.2開裂原因分析 63.2.1圍巖松弛引起隧道裂損 63.2.2偏壓引起隧道裂損 63.2.3膨脹性土壓引起隧道裂損 63.3襯砌開裂危害 64隧道襯砌裂縫的治理 74.1隧道加固加固方案設計 74.1.1襯砌裂縫修復 74.1.2襯砌的補強 74.2表面清掃、鑿除及開裂壓注 84.2.1表面清掃 84.2.2鑿除 84.2.3開裂壓注 94.3噴錨加固裂損襯砌 94.3.1補強加固所用材料的選擇 94.3.2仰拱施工 104.3.3基底處理 105結束語 11參考文獻 111前言在隧道施工過程中進行監(jiān)控量測的研究工作具有重大的經(jīng)濟意義和實際應用價值，因為科學合理的監(jiān)控量測工作可以迅速、準確的獲取現(xiàn)場第一份實際量測數(shù)據(jù)，在對這些實測數(shù)據(jù)進行處理和分析和現(xiàn)場施工觀測測試分析的基礎上，及時、迅速的向建設方、總監(jiān)辦、駐地辦和施工單位提供資料分析結果，提高隧道襯砌開裂補強施工。大量的施工實踐表明，導致淺埋偏壓連拱隧道襯砌混凝土開裂的原因較多，其中由于施工工序不當而導致的混凝土開裂問題特別值得關注。施工的順利開展，因此，科學、規(guī)范的施工監(jiān)測，可以以極小的投資協(xié)助、直接服指導施避免隧道施工的盲目性，以少的投資最快的完成隧道施工。2青沙山隧道施工監(jiān)測及施工情況2.1工程項目概述2.1.1工程概況青沙山隧道右行線全長3340m，樁號為YK30+660(進口樁號)～YK34+000(出口樁號)，本合同段施工范圍為YK32+300~YK34+000，（屬出口段）共1700m。是本合同段乃至全線的重點控制工程。本合同地段位于直線上，縱坡為-1.95%。隧道內(nèi)行車道寬度為2×3.50m，兩側各設0.5m寬路緣帶，洞內(nèi)左側設1.0m寬的檢修道，隧道建筑限界凈寬為9.25m，凈高5.0m。隧道內(nèi)輪廓為單心圓，半徑為5.2m，隧道拱頂高7.16m。區(qū)間在右CK20+279設置施工豎井一座，區(qū)間豎井開挖，開挖尺寸8×6m，深18.66米，區(qū)間隧道標準斷面開挖，高6.43m，寬6.20m。2.1.2水文條件青沙山隧道主體采用曲墻式襯砌，除Ⅳ、Ⅴ類圍巖為鋪底外，Ⅰ、Ⅲ類圍巖均設有仰拱，其中Ⅰ類圍巖采用鋼筋砼仰拱。根據(jù)勘察結果，場地內(nèi)含水層均為第四系砂礫石孔隙含水層，主要賦存于第四系中更新統(tǒng)下荒山組沖積層和下更新統(tǒng)東深井組冰水堆積層的砂層中，地下水類型主要為孔隙承壓水，透水性好，富水性強，穩(wěn)定水位埋深10.4~25.0m，標高118.56~123.16m，年水位變幅2～3m。地下水位位于底板以下，局部地方地下水位與底板持平，隧道開挖受地下水影響不大。2.2隧道施工監(jiān)測2.2.1支護設計明挖區(qū)間基坑頂部以上、場地原地面以下約3m范圍高采用錨噴支護（冠梁頂位于同一標高），開挖放坡坡度為1：1，φ20插筋水平間距1.5米，豎向間距1.2米，長度位2米，打設角度10°。在開挖期間共設置兩道支撐，在樁頂冠粱處設置第一道鋼筋混凝土支撐，第二道支撐為直徑600，t＝12鋼管支撐，設鋼腰粱。在基坑支護施工中要對基坑及周邊的建筑物的變形及位移進行監(jiān)測，采用拉森式Ⅲ型鋼板樁，樁長15m。第一道鋼支撐在挖土前預先拼裝好，采用抽條開挖埋設，15m板樁不能一次打設到位，須將板樁分割成兩段，接樁分段打入。在施打鋼板樁之前，先用裝載機和挖機配合將原地面整平，然后進行鋼板樁施工。明挖隧道段基坑支護斷面如圖1所示。盾構始發(fā)井基坑支護斷面如圖2所示。圖1明挖段基坑支護斷面圖圖2盾構始發(fā)井基坑支護斷面2.2.2基坑開挖設計明挖區(qū)間上部3m采用放坡開挖，錨噴支護，噴射混凝土厚度10cm，完成后進行樁間止水的旋噴樁施工，同時進行基坑土方開挖。挖土采用兩臺反鏟液壓挖掘機，開挖時，應合理確定開挖順序、開挖深度，然后分段開挖?；娱_挖要分層分段進行，不可開挖太快，開挖各種基坑，如不能放坡時，應先沿白灰線切出輪廓線。當挖至離設計坑底標高30cm時，采用人工挖土修坡的方法平整基坑，不得超挖與擾動基底土，挖到設計坑底高程后，及時分塊分段澆搗砼墊層以減少坑底土體回彈。明挖區(qū)間上部三米范圍內(nèi)開挖時每層開挖至設計錨桿鉆孔位置下0.5m時，及時按設計做好噴錨支護，確保邊坡穩(wěn)定。在該層支護完成后方可進行下層土方開挖。2.2.3土方開挖明挖段及盾構始發(fā)井土方開挖主要包括以下幾個方面的工程內(nèi)容：始發(fā)井及明挖區(qū)間土方開挖、錨桿、內(nèi)支撐、掛網(wǎng)噴砼、基底處理等?；娱_挖過程中，應加強對支護結構體系和基坑穩(wěn)定性監(jiān)測，作到每一深挖土步驟就要進行施監(jiān)測。分層分段對稱進行土方開挖，基坑兩側預留三角土護坡，每層臺階的長度，根據(jù)機械開挖作業(yè)要求，控制在8m左右。挖土采用兩臺反鏟液壓挖掘機，開挖時，應合理確定開挖順序、開挖深度，然后分段開挖。3青沙山裂縫形態(tài)以及原因分析3.1裂縫形態(tài)隧道襯砌裂縫根據(jù)走向及其和隧道長度方向的相互關系，分為縱向裂縫、環(huán)向裂縫和斜向裂縫。環(huán)向工作裂縫，一般對于襯砌結構正常承載影響不大。拱部和邊墻的縱向裂縫及斜向裂縫，破壞結構的整體性，危害較大。青沙山隧道坡頂滑塌主要發(fā)生在隧道入口段山坡，那里山坡陡峭，松散層較厚，有多次坍塌歷史，每遇暴雨都有可能發(fā)生滑坡、泥石流。2009年5月開始，進口左、右線隧道及平導初期支護施工中先后多次發(fā)生較大變形，鋼架發(fā)生變形扭曲，平導二襯混凝土表面嚴重開裂等問題，局部發(fā)生脫落。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)青沙山隧道出口段K32+957、K32+948、K32+928處襯砌各產(chǎn)生一處環(huán)向連通裂縫，K32+960～K32+860段調(diào)平層原縱向施工縫均產(chǎn)生5～20mm張開性裂縫，調(diào)平層K32+885～K32+860段附近各產(chǎn)生一道約20m的縱向裂縫。邊墻:上行線邊墻有明顯的裂縫。在K32+908區(qū)間，距基礎約1.8m高處沿縱向多條裂縫，縫寬一般約1mm，還有其它方向的裂縫襯砌兩側邊墻部位產(chǎn)生近2m的環(huán)向長裂縫，最大裂縫寬度為15mm。右線：YDK301+150～YDK301+225仰拱填充頂面范圍出現(xiàn)3條裂縫，縫寬2mm～12mm，其中主裂縫位于YDK301+200～YDK301+225。YDK301+174～YDK301+178二襯拱部出現(xiàn)有2條裂縫，縫寬1mm。3.2開裂原因分析根據(jù)開裂情況，結合原設計施工圖和有關會議紀要的實際施工情況，認為該段施工當時圍巖為千枚巖和白堊系砂質(zhì)泥巖，存在“餅化”現(xiàn)象，局部呈可塑狀。3.2.1圍巖松弛引起隧道裂損松弛地壓由于圍巖自然松弛，無法支持圍巖自重而作用在襯砌上的荷載，是以垂直壓力為主，隧道拱頂處沿縱向多產(chǎn)生張開性的裂紋。支護結構受力條件而言，應力分布是比較差的，可能導致結構體局部破壞或剪破壞影響其正常的運營狀態(tài)。該圍巖具有一定的膨脹性，而針對此圍巖情況采取的初期支護參數(shù)相對較小，初期支護比較薄弱。盡管對該段初期支護進行了局部補強，但初期支護加I12工字鋼架補強，剛度不夠強大，而且受力不均勻，同時取消了二次襯砌混凝土鋼筋，減弱了二次襯砌的抗剪切(抗圍巖膨脹性)性能。3.2.2偏壓引起隧道裂損隧道襯砌作用的圍巖壓力顯著不對稱導致襯砌裂損，一般多發(fā)生斜坡地形處。洞周圍巖，尤其是洞頂及洞底及邊墻附近圍巖應力松弛和集中現(xiàn)象比較明顯，斷層和巖石破碎帶都容易產(chǎn)生隧道襯砌裂損，從而導致支護結構在相應位置的應力水平大幅度提高，是造成本段二次襯砌及調(diào)平層開裂的主要原因。3.2.3膨脹性土壓引起隧道裂損膨脹性土壓擠壓圍巖使隧道凈空縮小的作用于襯砌和支護結構上的土壓。主要由于風化圍巖或者粘粒成份主要由強條水性礦物質(zhì)組成，并且具有顯著脹縮性的粘性土體積膨脹引起土壓力增大。隧道的開挖改變了隧道周邊的地層應力狀態(tài)，當圍巖強度小于埋深壓力或強度劣化顯著，隧道周邊的塑性區(qū)會擴大，使得作用在襯砌上的圍巖壓力增加。另外隧道經(jīng)過長期使用，會產(chǎn)生一些構造上缺陷，比如襯砌背后的空洞，也會擴大隧道的塑性區(qū)，增大膨脹土壓，引起襯砌結構的裂損。3.3襯砌開裂危害由于形變壓力、松動壓力作用、地層沿隧道縱向分布及力學形態(tài)的不均勻作用、溫度和收縮應力作用、圍巖膨脹性和凍脹性壓力作用、腐蝕性介質(zhì)作用、施工中人為因素、運營車輛的循環(huán)荷載作用等，使隧道襯砌結構物產(chǎn)生裂縫和變形，影響隧道的正常使用，統(tǒng)稱為隧道襯砌裂損病害。襯砌裂損使隧道病害的主要形式，隧道襯砌裂損破壞了隧道結構的穩(wěn)定性，降低了襯砌結構的安全可靠性，影響隧道的正常使用，甚至危及行車的安全。襯砌裂損變形的主要危害有：（1）降低襯砌結構對圍巖的承載能力；（2）使隧道凈空變小，侵入建筑限界，影響行車安全通過；（3）拱部襯砌的掉塊，影響行車和營運安全；（4）裂縫漏水，造成洞內(nèi)設施銹蝕，道床翻漿，嚴寒和寒冷地區(qū)產(chǎn)生凍害；（5）鋪底和仰拱破損、基床翻漿、線路變形、危及行車安全，被迫降低車輛運行速度，大量增加養(yǎng)護維修工作量；（6）在運營條件下對裂損襯砌進行大修整治，施工與運輸相互干擾，費用和損失都大增。4隧道襯砌裂縫的治理在襯砌的裂損調(diào)查中，關于裂損的原因、裂損的范圍，都要正確地了解。這對選擇合適的處置方法是很重要的。對裂損襯砌的整治，需正確地掌握裂損原因及其程度、范圍，并考慮措施的效果、施工性等，安全而經(jīng)濟地進行。4.1隧道加固加固方案設計國內(nèi)隧道地下工程方面的專家及設計施工單位的相關人員多次開會討論，對小曼薩河隧道加固修補也得出多種方案。4.1.1襯砌裂縫修復在對隧道襯砌加強前，需修復襯砌裂縫，以防止襯砌混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕及襯砌滲水，從而為后面襯砌補強做好前提工作。對裂縫及破損混凝土進行化學灌漿及加固修補處理，使結構逐步恢復成整體，達到恢復結構剛度的目的。于大于2mm以上的裂縫，先鑿出混凝土松動部分，然后采用CGM高強微膨脹無收縮化學灌漿料進行灌縫處理。4.1.2襯砌的補強（1）對于拱腳、中隔墻及錯臺處，在錯臺部位的屈服筋混凝土鑿開，重新焊接一定長度的鋼筋替代屈服筋(搭接長度按規(guī)范規(guī)定)，將錯臺部分重新澆筑高于原混凝土強度的纖維混凝土并修形，以便后續(xù)粘結鋼板之用。（2）對于邊墻，中隔墻的處理，首先進行基礎灌漿，形成穩(wěn)定的基礎。對邊墻、中隔墻局部加強處理，首先灌縫，其次粘鋼、植筋將鋼板鎖住。對于拱頂及邊拱采用對拱外圈進行灌漿處理，將周圍松散堆積物灌漿后形成拱圈，厚度1.2-3.2m，如圖5-9示。如3隧道加固示意圖4.2表面清掃、鑿除及開裂壓注圖4裂縫灌注加固施工工藝針對小曼薩河隧道加固流程，簡單論述隧道的加固施工工藝流程。4.2.1表面清掃表面清掃作為其他對策的前處理也是必須進行的作業(yè)。用鋼絲網(wǎng)沿裂縫兩側各5cm的清理混凝土表面的雜物，用丙酮清理干凈。清除霉菌時，要作為產(chǎn)業(yè)廢棄物處理，廢棄時要注意。對局部劣化部分加以鑿除。是進行嵌縫、噴錨加固和局部改建時，務必使補修材料與既有襯砌確實附著。該項表面清掃工作要特別精心地進行。4.2.2鑿除進行鑿落時，應根據(jù)狀況用補修材料修復斷面。當修內(nèi)襯而富余量不夠時，襯砌不受地壓的情況下，亦可在其范圍內(nèi)加以鑿除。由于鑿除，襯砌內(nèi)面形狀變?yōu)闃O端凹凸，對襯砌的有效厚度有所妨礙時，要視襯砌的材質(zhì)、妨礙的范圍、厚度等對斷面加以修復。4.2.3開裂壓注壓注前用環(huán)氧樹脂砂漿對裂縫表面進行封閉的方法進行處理。1.沿開裂5m左右的寬度，用器具把灰塵等除去；將壓注管安設在開裂部位的中心；用電鉆在兩側交叉進行鉆孔，孔距在150-200cm，鉆頭直徑10-14mm，鉆孔角度宜≤45°，鉆孔深度≤結構厚度的2/3，鉆孔必須穿過裂縫，但不得將結構打穿，鉆孔與裂縫間距≤1/2結構厚度。3.開裂部位安設板材并進行養(yǎng)生；進行現(xiàn)場鉆孔及安放鋼筋束工藝操作試驗，經(jīng)比選，采用鉆孔設備YJ-70型管棚機。采用潛孔鉆機鉆進成孔，微型樁直徑為127mm，采用135mm鉆頭，用刻槽機人工沿裂縫刻出寬度約1cm的槽口，用環(huán)氧樹脂砂漿進行裂縫表面封閉，常溫下24小時后方可壓住漿液。4.拆除壓注機具、壓注管等，并整平表面；鉆孔鉆進到位后，利用高壓風清掃鉆孔。清空后利用吊錘法再次檢驗樁身長度。因此樁身砼采用C30細石砼或砂漿，使用砂漿拌合機嚴格按照配合比拌制。5.低壓自動壓注方法，一般壓注壓力約40MPa，一次壓注量約40-60。安放Ф25鋼筋束時，需緩慢放入鋼筋束，防止鋼筋束插入孔底或孔壁，并嚴格控制鋼筋束，使其位于微型樁中心位置。吊錘法檢測注漿孔深度滿足設計要求后，報監(jiān)理工程師同意進行注漿施工。4.3噴錨加固裂損襯砌4.3.1補強加固所用材料的選擇由于本襯砌開裂工程存在大面積的新舊混凝土結合處，采用早期膨脹第Ⅳ類水泥基灌漿料（加粗骨料），在加固工程施工過程中可不使用輔助措施來達到灌注全部空隙的目的，適用于混凝土結構的加固改造等工程。第Ⅳ類水泥基灌漿料高強無收縮水泥基灌漿料流動度達到280mm以上，能在微膨脹的應力下滲入原混凝土中，并在水泥水化過程中相互滲透，可以避免普通灌漿料澆筑初期產(chǎn)生的塑性收縮，保證二次灌漿后無收縮，保證加固效果滿足原設計承載力性能。主筋采用Ф25螺紋鋼筋，間距20cm，縱向筋采用Ф14鋼筋，間距25cm。4.3.2仰拱施工左、右線仰拱基底均進行加固，加固范圍為仰拱底面以下5米，采用φ50×5mm無縫鋼管，1.0m（環(huán)）×1.0m（縱）梅花形布置，注水泥漿。仰拱加厚，襯砌按照變更后方案施工，采用Ⅵ級圍巖襯砌類型，噴射混凝土按照設計規(guī)范要求施工，特別注意拱架連接墊板尺寸：460mm×270mm，厚度：16mm；噴C25混凝土，厚度35cm。4.3.3基底處理為保證注漿效果，在仰拱初支施工完畢后，利用初支噴砼作為止?jié){墻，再進行基底注漿加固，采用風動鑿巖機按照1.0m（環(huán)）×1.0m（縱）梅花形鉆孔，利用鉛垂法檢驗樁身長度滿足設計要求后安裝鋼筋束，為保證鋼筋束位置居中，采取了在鋼筋束頂端焊制定位支架，安裝注漿小導管，加固范圍為仰拱下5米，采用φ50×5mm無縫鋼管，注1:1水泥漿?；准庸塘鞒虉D如下：圖5基底加固流程圖防水層基面準備鋪設前，應先處理較明顯的股狀滲水，并對隧道初期支護噴射混凝土表面進行處理，切除錨桿頭和鋼筋露頭，防水板焊縫寬度≥1.0cm，搭接寬度≥15cm。5結束語通過該段襯砌結構的補強施工有如下幾點總結:（1）隧道設計應盡可能多鉆探并采取多種手段以提高對圍巖類別定性的準確性；（2）隧道施工過程中必須加強圍巖監(jiān)控量測，采取先進儀器加強地質(zhì)預報，特別是對圍巖的性質(zhì)應有全面的了解，根據(jù)信息反饋及圍巖巖性，支護參數(shù)應適當加大；（3）對圍巖類別的定性應突破必須有漸變過程，同時消除只要初期支護穩(wěn)定、二次襯砌不受力而取消鋼筋可行等認識上的誤區(qū)；（4）襯砌的支護時機應在初期支護基本穩(wěn)定后進行，避免襯砌過早受力，如軟弱圍巖根據(jù)