隧道二次衬砌变形及开裂原因分析与处理 (1)

文章编号:1009 6825(2007)07 0266 02隧道二次衬砌变形及开裂原因分析与处理收稿日期:2006 09 26作者简介:祝和意(1979 ),男,助教,陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南 714000蔡 昱(1981 ),女,助理工程师,陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南 714000祝和意 蔡 昱摘 要:以某隧道为例,简要阐述了隧道二次衬砌混凝土产生变形、开裂的原因,同时提出变形、开裂的处理原则、预防措施,并根据混凝土产生的各种变形、开裂实际情况提出相应的处理方案,为类似隧道工程相关问题的处理提供了参考。

关键词:隧道,衬砌变形,裂缝,初期支护中图分类号:U 455.4文献标识码:A1 工程概况某山岭隧道上、下行线全长2642m,隧道设计净跨10.90m,有效净高为7.20m 的半圆拱形曲墙断面。

隧道二次衬砌根据围岩类别、地形、埋深、成洞条件等进行设计,与其所处围岩相对应设计为S4,S5,S6,S7等不同类型复合式衬砌,在施工过程中因地质围岩的变化,衬砌类型变更设计为S6型。

初期支护以锚杆、钢筋网、 18工字钢、喷射混凝土以及超前小导管组成联合支护体系,二次衬砌采用钢筋混凝土结构,初期支护与二次衬砌之间设土工布及防水板夹层,二次衬砌采用先拱后墙泵送混凝土法进行施工。

2 衬砌变形与开裂现状2.1 衬砌变形现状隧道二次衬砌变形主要表现为:1)拱顶上拱、下沉;2)内轮廓高度增大、净宽度减小;3)两侧拱角混凝土产生错位、错台;4)左、右边墙内鼓等四种基本形态。

在衬砌变形严重的区段还有可能四种形态同时并存,部分区段因围岩强度左右两侧有差异,变形可能只发生在一侧,如左墙腰或左拱腰出现局部变形,而在隧道右墙腰或右拱腰没有出现变形。

2.2 衬砌开裂现状隧道二次衬砌裂缝开裂宽度在缝口处沿垂直裂面方向量取,和剪应力的验算。

剪应力包括水平剪应力和斜剪应力两种,重力式挡土墙只验算水平剪应力,而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。

5 基础加固措施为减少基底压应力,增加抗倾覆的稳定性,在墙趾处伸出一台阶,以拓宽基底。

墙趾台阶的宽度不小于20cm,台阶高宽比可采用3 2或2 1;地基为软弱土层时,可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填,以扩散基底压应力,满足设计要求。

6 排水措施对于浆砌石挡土墙,应在墙前地面以上设置一排泄水孔。

墙较高时,可在墙上部加设泄水孔。

泄水孔采用10cm !10cm 的方孔或圆孔,孔眼间距2m~3m,上下排泄水孔错开设置。

泄水孔进水口应设置反滤材料。

7 结语1)因用于计算主动土压力的库仑理论较适用于砂性土,而对于粘性土的压力计算会存在一定的误差,所以对于以粘性土做填料的挡土墙计算,设计参数如填料的内摩擦角等的取值应相对保守。

由于库仑理论是一种简化的土压力计算方法,所以对于以砂性土做填料的挡土墙,设计参数也应根据实际情况取相对保守值。

2)对墙高不小于6m 的挡土墙,实际设计时建议将安全系数提高20%,以保证其安全性。

3)出于美观和施工方便的考虑,一段挡土墙通常都采用一个墙面坡。

对于山区公路挡土墙,采用较陡的墙面坡,可有效减小墙高,节省材料。

一般情况下,重力式挡土墙(俯倾式)、衡重式挡土墙墙面坡取1 0.05,仰斜式挡土墙的墙面坡取1 0.25,均能满足设计要求。

4)仰斜式挡土墙的墙背坡一般不超过1 0.3,具体结合开挖的临时边坡选取;俯斜式挡土墙的墙背坡一般取1 0.2,随着墙高增加,墙顶宽度相应增大;对于衡重式路肩挡土墙,当墙高不大于8m 时,上墙背坡取1 0.25,墙高在8m~10m 之间时,上墙背坡取1 0.3;下墙背坡取1 0.25。

若为路堤墙,则上墙背坡应相应加大。

5)对于俯斜式挡土墙,由于所受土压力较大,所以设计时应注意其稳定和抗倾覆的验算。

对于衡重式挡土墙,一般较容易满足稳定要求,墙身断面的强度成为挡土墙设计中主要的控制指标,所以一定要采用高强度的材料砌筑。

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2.3 变形与裂缝的发展趋向衬砌变形和衬砌开裂是两种不同的破坏形态,根据变形观察记录可以看出:在二次衬砌混凝土只发生开裂节段裂缝已不再发展,混凝土的结构变化已趋向稳定,而衬砌变形节段变形则继续扩大,时常出现衬砌混凝土剥离、脱落。

3 衬砌变形、开裂的原因分析3.1 地质原因该隧道岩性主要为褐黄色石英砂岩夹灰黑色薄层状砂板岩,岩层产状为30#ESE<50#,岩体完整性很差,岩层挤压揉皱强烈,结构松散,围岩整体强度很低,岩层泥质含量较高,因富含蒙脱石等亲水矿物及云母等片状软弱矿物,导致围岩具有一定的膨胀性,遇水极易软化、泥化,围岩变形量较大。

3.2 设计原因1)开挖。

隧道开挖半径为6.33m(喷射混凝土厚26cm +预留变形量12cm+衬砌厚度50cm+净空5.45m)。

2)超前支护。

超前小导管 42mm !3.5mm,间距为40cm,长度为6m,共计39根,搭接长度为2m 。

3)初期支护。

采用 16工字钢,间距75cm,20号喷射混凝土厚26cm,WT D25系统锚杆长度3.5m,间距75cm !75cm 梅花形布置。

4)二次衬砌。

二次衬砌厚度为50cm,20号防水混凝土,配筋间距33.3cm !50cm,主筋为 22螺纹钢,纵筋为 12螺纹钢,箍筋为 8圆钢,保护层为6cm 。

3.3 施工原因1)衬砌先拱后墙施工。

由于围岩具有一定的膨胀性,加上含水量又大,变形量较大,在前期施工时未能进行准确预测,采用先拱后墙施工,违背了膨胀性围岩的处理原则,将围岩及时封闭形成一个闭合环,从而造成拱部侵限、变形。

2)泵送混凝土水灰比过大。

由于施工中采用泵送混凝土,为防止混凝土堵管,一般混凝土水灰比偏大,增加了混凝土的凝结时间,而施工过程中仍按一般混凝土浇筑和拆膜时间拆膜,使混凝土在未达到拆膜强度时失去支撑造成混凝土开裂、变形。

3)施工时间安排不合理。

混凝土施工时间不合理包含两个方面:a.泵送混凝土时间过长,部分浇筑段已超过24h;b.在拱部衬砌后未能及时衬砌边墙和仰拱,使其形成一个封闭环,造成拱部衬砌内移、开裂。

4 衬砌变形、开裂的处理与预防4.1 衬砌变形、开裂的处理原则隧道二次衬砌变形、开裂的处理,根据其施工工艺及要求,采取以稳固围岩为主、稳固围岩与加固衬砌相结合的综合处理原则。

4.2 衬砌变形、开裂的预防1)扩大开挖半径。

对于围岩类别处于∃类的岩体,开挖半径由原来的6.33m 扩大到7.10m,工字钢间距由原设计的75cm变更为50cm,工字钢类型由原设计 16变更为 18。

2)初期支护锚杆加固围岩。

对于围岩类别处于∃类的岩体,打入一定数量和深度的 32钢筋锚杆,长度控制在4.5m,间距50cm !50cm 梅花形布置。

可以把不稳定的岩块固定在稳定的岩体上,提高破碎围岩的粘结力,形成一定厚度的承载拱,以提高围岩的承载能力。

3)初期支护注浆加固围岩。

通过向松动岩体压入水泥%水玻璃浆液,对已松散围岩进行固结,疏散地下水对围岩的浸泡,使围岩形成一个1m~4m 厚的人工固结圈。

4.3 衬砌变形、开裂的加固与更换1)压浆加固。

针对衬砌变形、开裂的现状,对衬砌混凝土变形、开裂情况较轻且对隧道结构和安全构不成威胁的衬砌段,采用压浆加固,自衬砌内侧向围岩打入一定数量和深度的 42mm !3.5mm 注浆管,长度控制在4m,间距75cm !75cm 梅花形布置,向拱后压入水泥浆液或水泥%水玻璃浆液,对已松散围岩进行固结,提高围岩的整体稳定性。

2)锚喷加固。

针对衬砌混凝土变形严重,如错台、混凝土脱落、掉块等,采用锚喷加固,具体做法为,为阻止衬砌混凝土继续变形,对错台衬砌区段打入 32钢筋锚杆,长度控制在4.5m,作局部加固,喷射混凝土充填错台裂缝增强衬砌混凝土的整体性。

对混凝土脱落、掉块衬砌段喷射混凝土阻止块体松动,达到加固的目的。

3)更换衬砌。

针对衬砌混凝土损坏严重,已丧失承载能力,用其他的加固手段无法保证结构稳定,或衬砌严重侵入界限,无法保证隧道净空的衬砌段,采用衬砌更换。

5 结语在以后施工大跨度软弱围岩隧道中,要有效地控制衬砌变形、开裂,应注意以下几方面问题:1)加大现场监控量测工作,并及时进行信息反馈;2)保证初期喷射混凝土及时得到封闭,二次衬砌混凝土及时形成环体;3)不断提高初期支护施工质量,确保初期支护的稳定;4)坚持&勤量测∋原则,按照现场监控量测数据指导施工;5)在施工过程中,不断优化施工方案,对不合理的施工工艺及时进行调整和改进;6)尽可能的采用一次衬砌全断面施工。

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