基于某高速公路隧道裂缝运动的监测与分析
2015-05-20
引 言
随着近年来经济的发展，我国修建了大量的公路隧道，但随着隧道数量的增加和里程增长，隧道二次衬砌砼（简称二衬砼）出现裂缝已成为常见的质量缺陷[1].
对于III类以下围岩，二次衬砌作为隧道的主要承载结构和最后一道防水防线，在其修建过程中出现一系列问题：由于结构复杂，施工工序较多，在施工过程中存在着结构由不对称向对称转化的过程，加之衬砌混凝土的抗拉性能较差，在施工过程中可能出现裂缝，裂缝的运动可能导致衬砌出现渗漏水，破坏隧道结构的完整性以及影响隧道结构的耐久性等，在极端不利情况下，甚至可能导致结构破坏。本文以某高速公路隧道为工程背景，在二次衬砌裂缝运动监测的基础上，分析裂缝运动的变化规律，对保证隧道工程质量具有一定的实用价值。
1 工程概况
某高速公路沿线地层均为沉积地层，主要为侏罗系（J）、三叠系（T）、第四系（Q）呈零星分布。隧道设计为上、下行分离的整体式双跨四车道隧道，左线设计长度为3 210 m，右线设计长度为3 255 m。隧道进口段位于滑坡群，滑坡体主要由粘土、粘土夹碎石及块石土组成，滑床为基岩风化层顶面，滑坡天然状态下处于稳定状态。隧道洞身从滑坡群中通过，隧道进洞口位于基岩陡坡上，洞身围岩主要为泥灰岩夹泥岩，泥灰岩有溶蚀现象。该段地层埋藏浅，成洞困难。洞口开挖将可能诱发滑坡局部复活或形成新的工程滑坡，影响隧道安全和正常使用。
2 二衬砼裂缝的展布与监测分析
该隧道开挖采用三台阶临时仰拱法，上行线开挖10个月后，发现拱顶及拱腰部位的混凝土上出现大小不等的众多裂缝，现场观测，尤其在右侧拱脚部位具多，并且裂缝仍在发展变化，下行线无此现象。裂缝形状各异，垂直、倾斜、纵向、数条交叉、“x”形或由一组小斜缝组成的大裂缝等都有，多数呈现明显的剪切错断分布如图1所示。针对上述情况，决定加设临时钢架支撑，采用I20 a间距0.5 m的钢拱架，拱架间用Φ5纵向钢筋连结，环向间距1.5 m，临时钢拱架与二衬混凝土间用木楔顶紧。为防止进一步变形，同时加强施工管理，并对开挖过程进行监控量测。根据监测信息反馈分析变形情况，及时调整施工方案。隧道上行线二衬表面选择布设了5个具有代表性的裂缝观测点，典型裂缝处布设传感器，对裂缝宽度发展情况进行监测。环向裂缝处布置传感器编号为1#和2#，纵向裂缝处布置传感器编号为3#、4#和5#。
近70天裂缝监测数据表明，在隧道不同位置，裂缝变化呈现出不同的变化趋势。采取加强支撑及严格施工规程等措施后，总体来说裂缝变化幅度不大。布设应变计只限于监测裂缝一维的变化发展，监测成果参见图3。图中3#纵向裂缝的一维运动基本上是水平波动，总体跳跃性不大，属于基本稳定的裂缝；2#环向裂缝发展异常，监测数据有大的波动，但其变化趋势单调，呈现增加的趋势，即向一个方向单调发展；4#和5#纵向裂缝开始以平缓变化为主，后期有所上扬。裂缝的一维运动监测成果说明，大部分裂缝运动呈先增后减(如图5中1#后段、2#后段、3#后段)规律，这和裂缝部位结构受力不利，致使裂缝张开，经过后期应力调整，通过应力的传递、塑性区的发展以及结构、围岩材料的蠕变和应力松弛等，使集中和不利的应力得以局部释放，进而使裂缝的宽度有所减小有关[3-4]。可以说，裂缝运动的过程，也是隧道结构受力后应力调整和变化的过程。
3 二衬砼裂缝的成因
裂缝产生的原因，客观上是由于存在着不可预见性的地质影响因素而产生了裂缝；主观上是由于设计和施工原因造成的。前期通过对隧道埋深土体测斜孔的监测，说明隧道开挖对山体的影响相当大，山体有向隧道蠕滑变形，尤其是在开挖面到达测斜孔附近时，影响十分的明显。二衬脱模后，砼硬化在一定程度上能抑制山体的向下蠕动，同时二衬会出现变形，但是当超过一定承受荷载能力的时候，导致二衬砼开裂。
4 结 论
1）近70天监测数据分析来看，先增后减的裂缝运动是一般规律，跳跃性突变及匀速单调发展的裂缝运动不是裂缝正常的运动范畴，必然是施工扰动或其他相关因素导致裂缝运动出现异常所致,通过二衬砼裂缝运动的监测规律，可以了解隧道健康的安全状况，进而指导隧道施工与防灾。
2）对混凝土裂缝及其采取临时加固措施来看，要了解裂缝发生的机理，通过事前预防来减少隧道衬砌混凝土
的裂缝发生，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，同时施工人员要认真负责，严格按规定要求施工，严把质量关，方能保证隧道安全、稳定的工作。
