基于某高速公路隧道裂縫運動的監(jiān)測與分析
2015-05-20
引 言
隨著近年來經(jīng)濟的發(fā)展，我國修建了大量的公路隧道，但隨著隧道數(shù)量的增加和里程增長，隧道二次襯砌砼（簡稱二襯砼）出現(xiàn)裂縫已成為常見的質(zhì)量缺陷[1].
對于III類以下圍巖，二次襯砌作為隧道的主要承載結(jié)構(gòu)和最后一道防水防線，在其修建過程中出現(xiàn)一系列問題：由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工序較多，在施工過程中存在著結(jié)構(gòu)由不對稱向?qū)ΨQ轉(zhuǎn)化的過程，加之襯砌混凝土的抗拉性能較差，在施工過程中可能出現(xiàn)裂縫，裂縫的運動可能導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)滲漏水，破壞隧道結(jié)構(gòu)的完整性以及影響隧道結(jié)構(gòu)的耐久性等，在極端不利情況下，甚至可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。本文以某高速公路隧道為工程背景，在二次襯砌裂縫運動監(jiān)測的基礎(chǔ)上，分析裂縫運動的變化規(guī)律，對保證隧道工程質(zhì)量具有一定的實用價值。
1 工程概況
某高速公路沿線地層均為沉積地層，主要為侏羅系（J）、三疊系（T）、第四系（Q）呈零星分布。隧道設(shè)計為上、下行分離的整體式雙跨四車道隧道，左線設(shè)計長度為3 210 m，右線設(shè)計長度為3 255 m。隧道進口段位于滑坡群，滑坡體主要由粘土、粘土夾碎石及塊石土組成，滑床為基巖風(fēng)化層頂面，滑坡天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)。隧道洞身從滑坡群中通過，隧道進洞口位于基巖陡坡上，洞身圍巖主要為泥灰?guī)r夾泥巖，泥灰?guī)r有溶蝕現(xiàn)象。該段地層埋藏淺，成洞困難。洞口開挖將可能誘發(fā)滑坡局部復(fù)活或形成新的工程滑坡，影響隧道安全和正常使用。
2 二襯砼裂縫的展布與監(jiān)測分析
該隧道開挖采用三臺階臨時仰拱法，上行線開挖10個月后，發(fā)現(xiàn)拱頂及拱腰部位的混凝土上出現(xiàn)大小不等的眾多裂縫，現(xiàn)場觀測，尤其在右側(cè)拱腳部位具多，并且裂縫仍在發(fā)展變化，下行線無此現(xiàn)象。裂縫形狀各異，垂直、傾斜、縱向、數(shù)條交叉、“x”形或由一組小斜縫組成的大裂縫等都有，多數(shù)呈現(xiàn)明顯的剪切錯斷分布如圖1所示。針對上述情況，決定加設(shè)臨時鋼架支撐，采用I20 a間距0.5 m的鋼拱架，拱架間用Φ5縱向鋼筋連結(jié)，環(huán)向間距1.5 m，臨時鋼拱架與二襯混凝土間用木楔頂緊。為防止進一步變形，同時加強施工管理，并對開挖過程進行監(jiān)控量測。根據(jù)監(jiān)測信息反饋分析變形情況，及時調(diào)整施工方案。隧道上行線二襯表面選擇布設(shè)了5個具有代表性的裂縫觀測點，典型裂縫處布設(shè)傳感器，對裂縫寬度發(fā)展情況進行監(jiān)測。環(huán)向裂縫處布置傳感器編號為1#和2#，縱向裂縫處布置傳感器編號為3#、4#和5#。
近70天裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在隧道不同位置，裂縫變化呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。采取加強支撐及嚴格施工規(guī)程等措施后，總體來說裂縫變化幅度不大。布設(shè)應(yīng)變計只限于監(jiān)測裂縫一維的變化發(fā)展，監(jiān)測成果參見圖3。圖中3#縱向裂縫的一維運動基本上是水平波動，總體跳躍性不大，屬于基本穩(wěn)定的裂縫；2#環(huán)向裂縫發(fā)展異常，監(jiān)測數(shù)據(jù)有大的波動，但其變化趨勢單調(diào)，呈現(xiàn)增加的趨勢，即向一個方向單調(diào)發(fā)展；4#和5#縱向裂縫開始以平緩變化為主，后期有所上揚。裂縫的一維運動監(jiān)測成果說明，大部分裂縫運動呈先增后減(如圖5中1#后段、2#后段、3#后段)規(guī)律，這和裂縫部位結(jié)構(gòu)受力不利，致使裂縫張開，經(jīng)過后期應(yīng)力調(diào)整，通過應(yīng)力的傳遞、塑性區(qū)的發(fā)展以及結(jié)構(gòu)、圍巖材料的蠕變和應(yīng)力松弛等，使集中和不利的應(yīng)力得以局部釋放，進而使裂縫的寬度有所減小有關(guān)[3-4]?？梢哉f，裂縫運動的過程，也是隧道結(jié)構(gòu)受力后應(yīng)力調(diào)整和變化的過程。
3 二襯砼裂縫的成因
裂縫產(chǎn)生的原因，客觀上是由于存在著不可預(yù)見性的地質(zhì)影響因素而產(chǎn)生了裂縫；主觀上是由于設(shè)計和施工原因造成的。前期通過對隧道埋深土體測斜孔的監(jiān)測，說明隧道開挖對山體的影響相當大，山體有向隧道蠕滑變形，尤其是在開挖面到達測斜孔附近時，影響十分的明顯。二襯脫模后，砼硬化在一定程度上能抑制山體的向下蠕動，同時二襯會出現(xiàn)變形，但是當超過一定承受荷載能力的時候，導(dǎo)致二襯砼開裂。
4 結(jié) 論
1）近70天監(jiān)測數(shù)據(jù)分析來看，先增后減的裂縫運動是一般規(guī)律，跳躍性突變及勻速單調(diào)發(fā)展的裂縫運動不是裂縫正常的運動范疇，必然是施工擾動或其他相關(guān)因素導(dǎo)致裂縫運動出現(xiàn)異常所致,通過二襯砼裂縫運動的監(jiān)測規(guī)律，可以了解隧道健康的安全狀況，進而指導(dǎo)隧道施工與防災(zāi)。
2）對混凝土裂縫及其采取臨時加固措施來看，要了解裂縫發(fā)生的機理，通過事前預(yù)防來減少隧道襯砌混凝土
的裂縫發(fā)生，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，同時施工人員要認真負責(zé)，嚴格按規(guī)定要求施工，嚴把質(zhì)量關(guān)，方能保證隧道安全、穩(wěn)定的工作。
