公路連拱隧道拱部縱向裂縫原因研究討論

萬里

摘 要：我國在公路建設(shè)的過程中，對(duì)環(huán)保性的要求越來越高，在公路路線中的中短隧道數(shù)量在逐漸增多。其中連拱隧道在布線、洞口接線等方面的優(yōu)點(diǎn)，在我國公路中短隧道的建設(shè)中得到了廣泛采用。但是連拱公路隧道施工工序復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致隧道圍巖遭受多次擾動(dòng)，因?yàn)槭┕すば蚧蛘叩刭|(zhì)條件的影響，會(huì)導(dǎo)致襯砌裂縫的出現(xiàn)，對(duì)隧道的整體結(jié)構(gòu)和防水能力產(chǎn)生了不利的影響。本文主要通過分析我國連拱公路隧道裂縫成因，探討連拱隧道裂縫的防治措施。

關(guān)鍵詞：公路；連拱隧道；拱部縱向裂縫；原因；防治措施

連拱隧道在短隧道中避免洞口分幅、線路布線方便、洞口占地面積較少，可保持路線線型流暢，便于和隧道外的橋梁或特殊工程的相連，連拱隧道可以大大減少拆遷，降低工程造價(jià)，優(yōu)點(diǎn)明顯。所以在2000年后，在我國高速公路的建設(shè)中，連拱隧道數(shù)量所占隧道總數(shù)量的比例逐漸增高。但是連拱隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工工序多，洞口的邊仰坡處理較困難。尤其在修建過程中也出現(xiàn)了襯砌的裂縫問題，導(dǎo)致滲水、襯砌鋼筋銹蝕、雙連拱結(jié)構(gòu)整體受力性變差，直接破壞了隧道的整體結(jié)構(gòu)，對(duì)公路行車安全埋下了較大的隱患。文章就公路連拱隧道拱部縱向裂縫的原因展開分析，對(duì)如何防治連拱隧道裂縫進(jìn)行探討。

1 連拱隧道拱部縱向裂縫的原因

1.1 大體積混凝土澆注產(chǎn)生的溫度裂縫

我國公路連拱隧道建設(shè)中通常使用現(xiàn)澆的大體積混凝土架構(gòu)，因?yàn)檫@種混凝土結(jié)構(gòu)厚實(shí)，能夠承受較大的負(fù)荷。但是大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對(duì)較小，混凝土中的水泥水化熱釋放比較集中，熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，內(nèi)部升溫比較快。外界降溫時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力可能在隧道襯砌內(nèi)產(chǎn)生縱向裂縫，會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。體積澆注混凝土所產(chǎn)生變形裂縫相對(duì)位移的變化較小，裂縫較為穩(wěn)定，如圖1是某地大體積澆注混凝土所產(chǎn)生變形裂縫相對(duì)位移的變化情況。

1.2 地基不均勻沉降裂縫

公路連拱隧道上部荷載分布不均勻，造成持力層地基土的附加應(yīng)力不均勻；持力層地基土厚度分布不均勻，造成不同部位土體不均勻壓縮變形；持力層地基土下臥層分布不均勻，造成土體總壓縮變形的不均勻；基礎(chǔ)持力層未選定在同一土層上，都會(huì)造成地基不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致隧道的仰拱和邊墻底部出現(xiàn)裂縫?？赡軙?huì)導(dǎo)致整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)嚴(yán)重傾斜，影響隧道使用，對(duì)公路行車安全造成不利影響；其次，公路連拱隧道的施工工序較為復(fù)雜，在具體施工的過程中，隧道的地基和圍巖會(huì)受到施工的擾動(dòng)，隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)力，并且砌體的抗拉、抗彎能力較弱，過大的內(nèi)力，導(dǎo)致側(cè)壁的圍巖或者地基發(fā)生不均勻的沉降，造成隧道軸向產(chǎn)生不均勻沉降裂縫。

1.3 荷載裂縫

隧道均勻荷載是單位面積上承受的均布荷載，其可以引發(fā)路連拱隧道拱部出現(xiàn)裂縫，裂縫的主要類型包括抗彎裂縫和剪切裂縫。主要是因?yàn)樵诨炷翝仓┕ね瓿珊?，混凝土結(jié)構(gòu)逐漸凝結(jié)硬化，但是早期混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較低，不能承受較大的荷載，容易導(dǎo)致隧道拱部開裂。其中，抗彎裂縫是因?yàn)橐r砌兩側(cè)受壓，拱頂上升，襯砌內(nèi)側(cè)受壓產(chǎn)生劈裂破壞，裂縫主要出現(xiàn)在拱部的拱頂、拱腰、拱腳等部位；剪切裂縫是隧道襯砌縱截面為雙向受壓，拱腰處襯砌的混凝土不足以抵抗剪應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，裂縫主要出現(xiàn)在拱腰和中隔墻等部位。

1.4 施工工序引發(fā)的裂縫

公路連拱隧道的施工工序較為復(fù)雜，具體的施工操作很多情況下會(huì)與隧道施工力學(xué)原理發(fā)生沖突，由施工工序的問題引發(fā)隧道變形或者荷載過大。其次，在回填施工中，由于施工不夠密實(shí)，襯砌拱圈將其承受的部分圍巖壓力傳遞給中隔墻后，拱腳承受的壓力過大，中隔墻結(jié)合部的混凝土鋼筋容易發(fā)生彎曲，引發(fā)拱部裂縫，甚至?xí)?dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)遭到傾覆，嚴(yán)重影響公路連拱隧道的質(zhì)量和安全。

2 公路連拱隧道拱部縱向裂縫防治措施

2.1 注意混凝土原材料的選取和配比問題

混凝土中水泥材料選取的時(shí)候應(yīng)該選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥。例如，中熱硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。同時(shí)需要注意的是水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大，在公路連拱隧道施工的過程中容易發(fā)生析水現(xiàn)象，對(duì)工程施工進(jìn)度和施工質(zhì)量帶來較大的影響。所以在選用水化熱低的水泥時(shí)要盡量選擇泌水性的品種，并應(yīng)在混凝土配制的過程中摻入減水劑，并且及時(shí)排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實(shí)后，澆筑上一層混凝土。

2.2 做好不均勻沉降的處理工作

連拱隧道的拱墻是主要的承重結(jié)構(gòu)，所以拱墻地基的加強(qiáng)和處理是公路梁工隧道施工的關(guān)鍵。一般地基的不均勻會(huì)引發(fā)不均勻的沉降裂縫，所以在拱墻施工之前要對(duì)隧道地基進(jìn)行清理，并且采用注漿補(bǔ)強(qiáng)等方法控制不均勻沉降的問題。對(duì)于側(cè)壁支撐巖體的卸除而在平行隧道軸向產(chǎn)生的不均勻沉降裂縫，應(yīng)該封閉拱部二襯，在跳做部位形成雙連拱的整體受力，還可以加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的剛度，提高墻體抗剪強(qiáng)度。由于上部結(jié)構(gòu)剛度較強(qiáng)，可以適當(dāng)調(diào)整地基的不均勻下沉。采用樁基托換加固方法來加固，即沿基礎(chǔ)兩側(cè)布置灌注樁，上設(shè)抬梁，將原基礎(chǔ)圈梁托起，防止地不均勻下沉裂縫的發(fā)生。

2.3 加強(qiáng)荷載裂縫的防治控制

首先，在連拱隧道設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)該注意對(duì)拱部支座處砌體進(jìn)行局部受壓承載力驗(yàn)算，得到砌體結(jié)構(gòu)具有足夠的抗力，控制砌體的強(qiáng)度、外形及厚度，砂漿的強(qiáng)度、可塑性、彈性模量，緩解各種荷載的作用。其次，控制使用荷載和確定修補(bǔ)加固措施。對(duì)于產(chǎn)生裂縫的拱部位置首先應(yīng)做好觀察工作，注意裂縫開展的規(guī)律。根據(jù)裂縫的部位、方向、特征、寬度大小、分布情況等分析裂縫的類型，及時(shí)進(jìn)行承載力和穩(wěn)定性加固。

2.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作

在公路連拱隧道施工的過程中，經(jīng)常會(huì)遇到復(fù)雜的地形情況和地質(zhì)條件，這也是造成公路連拱隧道拱部出現(xiàn)縱向裂縫的客觀原因，所以在施工之前和在施工的過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)作為隧道施工、加固等工作的參數(shù)依據(jù)，并且加強(qiáng)對(duì)物理力學(xué)知識(shí)的研究，科學(xué)的分析公路連拱隧道拱部縱向裂縫的客觀因素，針對(duì)性的采取措施，消除裂縫對(duì)隧道施工和使用帶來的不良影響。

3 結(jié)語

綜上所述，連拱隧道在布線、洞口接線等方面的優(yōu)點(diǎn)，在我國公路中短隧道的建設(shè)中得到了廣泛采用。但是連拱隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工工序多，在修建過程中容易出現(xiàn)襯砌的裂縫問題，導(dǎo)致滲水、整體受力性變差，對(duì)公路形行車安全埋下了較大的安全隱患。所以應(yīng)該注意混凝土原材料的選取和配比問題，做好不均勻沉降的處理工作，加強(qiáng)荷載裂縫的防治控制和監(jiān)控量測(cè)工作，消除裂縫對(duì)隧道施工和使用帶來的不良影響。

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