隧道仰拱常見病害原因分析及處治措施探討

王德新

（云南交投集團(tuán)公路建設(shè)第二工程有限公司， 云南 昆明 650000）

0 引言

在隧道襯砌結(jié)構(gòu)中仰拱是其中重要組成部分，其主要作用是改善上部支護(hù)結(jié)構(gòu)的受理?xiàng)l件而對(duì)隧道的底部進(jìn)行反向拱形結(jié)構(gòu)的設(shè)置。對(duì)于隧道仰拱來說可以有效的提高隧道結(jié)構(gòu)的承載力，同時(shí)也可以很好的抑制巖內(nèi)塑性區(qū)發(fā)生擴(kuò)展，在一定程度上也約束了隧道洞口周圍的位移，對(duì)于提高襯砌結(jié)構(gòu)的安全性有非常重大的意義。一方面在隧道的上部所承載的地層壓力會(huì)通過隧道邊墻結(jié)構(gòu)或者是路面上所承載的負(fù)荷有效的將其傳遞到地下，同時(shí)也能有效的抵御從地下所產(chǎn)來的反作用力。所以說在隧道工程中進(jìn)行仰拱的設(shè)置對(duì)于維護(hù)隧道的整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性意義重大，尤其是對(duì)于部分隧道的側(cè)壓力比較大的膨脹性巖體中，這種作用發(fā)揮的尤為突出。但是就目前的隧道工程建筑施工來看對(duì)于仰拱的重要性仍然沒有得到充分的認(rèn)識(shí)，并且在仰拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及施工過程中由于操作不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致仰拱底鼓開裂、襯砌結(jié)構(gòu)遭到破壞以及路面出現(xiàn)翻漿冒泥等情況對(duì)于整個(gè)工程建筑施工產(chǎn)生了嚴(yán)重的阻礙。本文主要針對(duì)施工過程中出現(xiàn)的隧道仰拱常見病害仰拱底鼓破壞通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析對(duì)仰拱底鼓病害的產(chǎn)生原因以及相應(yīng)的處理措施進(jìn)行分析，希望可以為出現(xiàn)類似情況的工程施工提供有效的參考意見。

1 隧道仰拱病害發(fā)生的原因

1.1 隧道排水嚴(yán)重不暢

隧道發(fā)生病害的地段在穿越煤系地層的時(shí)候受到苗寨向斜的影響，隧道的地下水會(huì)不斷的積累，如果在隧道建設(shè)中排水設(shè)施不夠完善，會(huì)導(dǎo)致地下水嚴(yán)重堵塞，出現(xiàn)隧道排水不暢，導(dǎo)致在隧道仰拱的底部圍巖會(huì)在地下水中長(zhǎng)期浸泡，最終圍巖在水中有嚴(yán)重的軟化現(xiàn)象。

1.2 隧道施工質(zhì)量嚴(yán)重不足

在進(jìn)行隧道施工中如果無法進(jìn)行合理科學(xué)的施工管理，在施工過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的偷工減料，尤其是在隧道仰拱施工過程中沒有完全按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題、質(zhì)量問題等，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在進(jìn)行Va襯砌段隧道仰拱的施工時(shí)初期階段其支護(hù)沒有按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行封閉處理，以及I20型的剛型拱架沒有設(shè)置或者是設(shè)置不合理。

（2）在隧道仰拱施工中其深度設(shè)計(jì)沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度，導(dǎo)致仰拱深度嚴(yán)重不足，其穩(wěn)定性受到很大的影響。

（3）在進(jìn)行鋼筋混凝土仰拱的施工時(shí)沒有按照施工設(shè)計(jì)達(dá)到C30防腐蝕氣密性，僅僅在仰拱的填充層澆筑了C15混凝土，導(dǎo)致在仰拱的底部基本沒有鋼筋支撐，因此混凝土被嚴(yán)重污染，出現(xiàn)嚴(yán)重的離析現(xiàn)象

（4）隧道在進(jìn)行二次襯砌的時(shí)候仰拱部分局部出現(xiàn)澆筑不滿的情況，導(dǎo)致在襯砌之后其背部存在脫空的現(xiàn)象，而二次襯砌的厚度要求也不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致部分位置和實(shí)際設(shè)計(jì)厚度之間有嚴(yán)重的偏差。

（5）在進(jìn)行隧道二次襯砌時(shí)鋼筋的不規(guī)范布置導(dǎo)致內(nèi)外層的鋼筋保護(hù)層之間的距離相差太大，部分鋼筋的位置處于襯砌的中部，導(dǎo)致鋼筋沒有完全發(fā)揮其作用。

2 隧道仰拱常見病害處置措施

通過對(duì)隧道仰拱常見病害的現(xiàn)狀分析以及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查認(rèn)識(shí)到了隧道仰拱病害發(fā)生的原因根本原因以及問題的嚴(yán)重性，針對(duì)這些病害發(fā)生的原因提出了以下幾點(diǎn)處置措施。

2.1 全面清理隧道的排水設(shè)施

為了保證在隧道中心的排水溝始終保持順暢，需要對(duì)隧道的排水設(shè)施進(jìn)行全面的清理，保證隧道內(nèi)的滲水可以有效的排出洞外，對(duì)隧道底部的靜水壓力也有效的減小，防止在仰拱底部的圍巖出現(xiàn)進(jìn)一步的軟化。

2.2 型鋼支撐操作

在隧道的底部邊墻等地方及時(shí)進(jìn)行I22型的鋼筋進(jìn)行加固支撐，保證在其縱向間距保持50厘米。鋼板和墻面要緊密貼合，通過鋼楔對(duì)型鋼進(jìn)行支撐加力，保證貼合緊密，并保證在隧道的水平側(cè)所承受的壓力能夠傳送到型鋼進(jìn)行支撐，防治隧道發(fā)生向內(nèi)部再次進(jìn)行擴(kuò)展的可能。之后型鋼支撐施工完成讓其底部和中間使用C15混凝土進(jìn)行填充緊密，避免人員在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備操作的時(shí)候出現(xiàn)操作失誤將型鋼支撐壓彎。

2.3 二次襯砌變形開裂嚴(yán)重段環(huán)向注漿加固

對(duì)于發(fā)生二次襯砌變形并且開裂現(xiàn)象比較嚴(yán)重的地方要進(jìn)行環(huán)向注漿加固，在環(huán)向注漿加固的時(shí)候通常所使用的是直徑42毫米、壁厚4毫米的注漿鋼花管，其長(zhǎng)度為6米，間距為80厘米。在進(jìn)行注漿的時(shí)候所使用的水泥漿液在摻入適量的水玻璃之后對(duì)其凝結(jié)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，水泥漿液和水灰比為1:1，注漿方式為間歇隔孔注漿。

2.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

在進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置的時(shí)候要注意布置的斷面間距應(yīng)該不超過 5米，在局部變形情況比較嚴(yán)重的地段可以根據(jù)實(shí)際情況決定是否加密布置監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)。檢測(cè)頻率應(yīng)該保持每天不少于三次，以便于可以及時(shí)的掌握隧道晨起變形的具體情況。尤其是在臨時(shí)加固措施實(shí)施之后進(jìn)行的二次襯砌的變形情況要格外注意監(jiān)控量測(cè)。

2.5 隧道仰拱的分段拆換

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)所測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)二次襯砌變形的規(guī)律，在變形速率逐漸趨向于平穩(wěn)之后對(duì)隧道仰拱進(jìn)行分段拆換，在進(jìn)行拆換的時(shí)候每次不應(yīng)該超過 3米，在將隧道仰拱進(jìn)行重新開挖之后應(yīng)該按照原來的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，因?yàn)樵谒淼蓝磧?nèi)進(jìn)行大面積的施工時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的空壓能力是有限的，很難完全達(dá)到施工要求。所以在原設(shè)計(jì)施工中要求的仰拱封底為C25噴射混凝土調(diào)整為C30的防腐蝕氣密性混凝土。

3 總結(jié)

在襯砌結(jié)構(gòu)中隧道仰拱是其中重要的組成部分之一，尤其是在軟弱的圍巖段，對(duì)于提高隧道整體結(jié)構(gòu)的承載力、避免圍巖內(nèi)的塑性區(qū)持續(xù)出現(xiàn)擴(kuò)展，同時(shí)對(duì)隧道洞口周圍位移的發(fā)展進(jìn)行約束以及對(duì)于提高襯砌結(jié)構(gòu)的安全度等都有著十分重要的意義。因此在進(jìn)行隧道建設(shè)的過程中應(yīng)該充分的認(rèn)識(shí)到隧道仰拱對(duì)于整個(gè)工程施工的重要性。

通過對(duì)隧道仰拱施工情況，病害原因的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及現(xiàn)場(chǎng)的破損檢測(cè)等對(duì)于隧道仰拱常見病害底鼓破壞的主要原因是因?yàn)樵谒淼览锓e水嚴(yán)重并且排水設(shè)施不夠完善，導(dǎo)致隧道仰拱底部的巖石在經(jīng)受長(zhǎng)期的浸泡之后被嚴(yán)重軟化，因此導(dǎo)致在隧道周圍圍巖塑性圈的半徑呈不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)，而圍巖發(fā)生的變形破壞程度也逐漸加深，逐漸從表面向其深部發(fā)展，導(dǎo)致隧道在水平方向上承受的側(cè)壓力以及垂直方向上承受的荷載都逐漸的擴(kuò)大，同時(shí)也因?yàn)樵谶M(jìn)行仰拱施工的過程中施工質(zhì)量的影響導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)并沒有完全封閉成環(huán)，因此在圍巖壓力慢慢增加的情況之下導(dǎo)致仰拱中所填充的混凝土其應(yīng)力達(dá)到了其承受極限強(qiáng)度，導(dǎo)致開始從最薄弱的部位開始不斷的發(fā)生斷裂、破壞以及搓動(dòng)，導(dǎo)致整體隧道仰拱發(fā)生底鼓破壞。

本文主要針對(duì)仰拱底鼓破壞病害發(fā)生的現(xiàn)象以及原因進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的解決措施，有建立疏通隧道排水的排水設(shè)施、設(shè)置水平型的鋼支撐、建立直徑較大的鋼化管鎖腳以及在施工時(shí)進(jìn)行環(huán)向注漿進(jìn)行加固等方法，對(duì)于該病害的發(fā)生實(shí)現(xiàn)了有效控制。同時(shí)在施工過程中在保證安全的前提之下對(duì)發(fā)生變形破壞段的仰拱以及二次襯砌進(jìn)行更換，成功實(shí)現(xiàn)了隧道仰拱底鼓病害的治理，為保證類似病害施工處理提供了有效的意見。

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