滇西碳質(zhì)板巖隧道仰拱及二襯開裂的原因與處治措施

楊 強(qiáng)

（云南工程建設(shè)總承包股份有限公司，云南 昆明 650217）

1 碳質(zhì)板巖隧道裂縫產(chǎn)生的原因分析

1.1 地質(zhì)環(huán)境影響

仰拱及二襯裂縫段均處于Ⅴ級強(qiáng)風(fēng)化板巖段富水區(qū)，在高地應(yīng)力和重力作用下導(dǎo)致兩側(cè)矮邊墻混凝土向隧軸線方向擠壓，導(dǎo)致仰拱混凝土填充面沿隧軸線方向出現(xiàn)裂縫。

由于處在強(qiáng)風(fēng)化板巖段富水區(qū)，隧底施工時(shí)仰拱底部出現(xiàn)大量滲水，碳質(zhì)板巖在富水地段極易泥化，造成仰拱基底承載力大幅度削弱，所以隧道結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致二襯矮邊墻至拱腰位置和仰拱出現(xiàn)裂縫。

1.2 施工工藝影響

為了確保碳質(zhì)板巖隧道施工中安全步距達(dá)標(biāo)，在圍巖變形速率大于0.2 mm/d的情況下，圍巖還在變形之中或未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但二次襯砌已經(jīng)跟進(jìn)施工，故二襯混凝土還未達(dá)到強(qiáng)度要求就已過早承受圍巖的應(yīng)力釋放，從而導(dǎo)致二襯混凝土出現(xiàn)裂縫或擴(kuò)大二襯混凝土裂縫的發(fā)展趨勢。由于仰拱填充混凝土還未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，就已經(jīng)開始二次襯砌施工，在二襯的豎向荷載作用下容易引起仰拱裂縫。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

云南香麗高速公路排壩道為一座分離式隧道。隧道左右幅累計(jì)總長3 406.13 m。隧道進(jìn)出口的洞門形式分別采用明洞式和端墻式兩種，該隧道處于環(huán)喜馬拉雅構(gòu)造帶滇西北小中甸-龍?bào)?喬后斷裂帶，斷裂帶對其影響較大。該隧道所在位置的高程在2 645～2 940 m之間，地勢相當(dāng)陡峭，地形坡度變化也比較大，最大相對高差為295 m。

2.2 裂縫現(xiàn)狀

排壩隧道左幅ZK59+189～ZK59+245段和右幅YK59+174～YK59+193段仰拱及二襯施工完成一周后，現(xiàn)場技術(shù)管理人員發(fā)現(xiàn)以上段落的仰拱和二襯均出現(xiàn)不同程度的裂縫，仰拱產(chǎn)生的裂縫主要分布在隧道軸線附近的位置，仰拱裂縫走向?yàn)榭v向并且連續(xù)；二襯產(chǎn)生的裂縫主要分布在矮邊墻至拱腰約3 m的位置，多數(shù)二襯裂縫的走向?yàn)樾毕?，沿著約45°角向大里程方向發(fā)展，少數(shù)二襯裂縫的走向?yàn)榄h(huán)向，向著隧道拱頂方向發(fā)展，二襯裂縫的寬度在0.1～0.5 mm之間，長度在2～5 m之間不等。仰拱及二襯開裂區(qū)域的地表山體坡率約為36°，仰拱及二襯開裂區(qū)域的隧道埋深約為78 m。

2.3 調(diào)查結(jié)果

（1）通過現(xiàn)場調(diào)查，在仰拱及二襯開裂段落的隧道洞頂是基本農(nóng)田和部分林地，并且地表植被相當(dāng)茂密，開裂位置的原地表也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫。

（2）通過試驗(yàn)對仰拱及二襯開裂段落的混凝土進(jìn)行鉆芯取樣分析驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)仰拱及二襯開裂段落的混凝土強(qiáng)度和厚度都能滿足隧道工程設(shè)計(jì)要求。

（3）通過對現(xiàn)場施工過程中隧道隱蔽工程質(zhì)量行為管理資料和隧道檢測單位對仰拱及二襯進(jìn)行的無損檢測報(bào)告認(rèn)真研究分析，在仰拱及二襯開裂的段落實(shí)際施工過程中未發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量問題，檢測結(jié)果都滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（4）通過現(xiàn)場技術(shù)員連續(xù)兩個(gè)月對開裂區(qū)域仰拱及二襯裂縫觀測，其觀測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示仰拱及二襯裂縫均存在不同程度的變化和發(fā)展趨勢，表明仰拱及二襯裂縫尚未穩(wěn)定。

2.4 處治方案

對調(diào)查結(jié)果認(rèn)真分析總結(jié)后，發(fā)現(xiàn)開裂區(qū)域的仰拱及二襯裂縫在混凝土施工完成兩個(gè)月后基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，由此表明，滇西碳質(zhì)板巖隧道圍巖應(yīng)力釋放周期較長，在隧道仰拱及二襯混凝土強(qiáng)度不足的情況下過早承受圍巖的應(yīng)力釋放是誘發(fā)仰拱及二襯開裂的主要原因。

2.4.1 裂縫區(qū)域的加固處治措施

為保證隧道結(jié)構(gòu)安全，對仰拱及二襯開裂段落進(jìn)行仰拱基底注漿加固和二襯矮邊墻拱腳部位注漿加固處治，具體處治措施如下。

（1）二襯矮邊墻拱腳處鋼管樁注漿加固。①在隧道二襯開裂段落兩側(cè)矮邊墻拱腳處施作2排Φ108×6 mm注漿鋼管樁，縱向間距為1 m，長度為9 m。②注漿材料為水泥漿，一般情況下水灰比為1：1。③注漿順序：隧道左右兩側(cè)交替進(jìn)行，呈“S”形順序向前。④注漿壓力：初始壓力宜控制在0.5～1.0 MPa之內(nèi)，終止注漿壓力2.0 MPa。⑤單孔注漿檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：相鄰的注漿孔開始冒濃漿或注漿壓力逐漸上升但注漿量逐漸下降直至無明顯變化且注漿終止壓力滿足要求時(shí)，表明該孔注漿效果滿足要求。

二襯矮邊墻拱腳注漿加固圖如圖1所示。

圖1 二襯矮邊墻拱腳注漿加固圖

（2）仰拱基底鋼管樁注漿加固。

①在隧道仰拱基底施作Φ89×6 mm注漿鋼管樁，間距按1.0 m×1.0 m梅花形布置，長度為4.5 m。

②注漿材料為水泥漿，一般情況下水灰比為1：1。

③注漿順序：橫向由仰拱中心向兩側(cè)對稱進(jìn)行，縱向由隧道下坡端向上坡端進(jìn)行。

④注漿壓力：初始壓力宜控制在0.5～1.0 MPa之內(nèi)，終止注漿壓力2.0 MPa。

⑤單孔注漿檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：相鄰的注漿孔開始冒濃漿或注漿壓力逐漸上升但注漿量逐漸下降直至無明顯變化且注漿終孔壓力滿足要求時(shí)，表明該孔注漿效果滿足要求。

仰拱基底注漿加固圖如圖2所示。

圖2 仰拱基底注漿加固圖

2.4.2 裂縫防治措施

（1）在碳質(zhì)板巖隧道施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際開挖過程中圍巖情況，并結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料，正確地判斷出圍巖的級別。若發(fā)現(xiàn)實(shí)際圍巖情況與原設(shè)計(jì)地質(zhì)描述不相符時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行變更調(diào)整，選擇合理的襯砌支護(hù)類型，防止因圍巖支護(hù)參數(shù)不足引起的仰拱及二襯裂縫。

（2）在碳質(zhì)板巖隧道富水地段，應(yīng)做好隧底排水工作，若在設(shè)計(jì)圖中未設(shè)置隧道中央排水管時(shí)，需在仰拱初支底部增設(shè)一道縱向碎石盲溝，盲溝中間安放兩根縱向DN110雙壁波紋管，在隧中線每間隔50 m位置采用DN110豎向波紋管將仰拱底部積水引至仰拱填充面盲溝內(nèi)，再由填充面盲溝排至隧道兩側(cè)清水溝內(nèi)。防止隧道仰拱基底碳質(zhì)板巖長時(shí)間泡水泥化，造成隧道結(jié)構(gòu)不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。

隧底排水管銜接圖如圖3所示。

圖3 隧底排水管銜接圖

（3）在碳質(zhì)板巖隧道施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測管理工作，通過現(xiàn)場監(jiān)測獲得的圍巖變形數(shù)據(jù)，確定仰拱和二次襯砌施作時(shí)間。

（4）加強(qiáng)現(xiàn)場管控，提高施工質(zhì)量。①現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工。若存在圍巖支護(hù)參數(shù)變更，在施工前應(yīng)做好三級技術(shù)交底，加強(qiáng)一線作業(yè)人員的施工技術(shù)水平。②隧道施工的每道工序應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”制度，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下道工序施工。③試驗(yàn)人員應(yīng)及時(shí)做好現(xiàn)場進(jìn)場原材料的抽檢取樣工作，并加強(qiáng)對仰拱及二襯混凝土的養(yǎng)生管理工作，確?；炷笼g期強(qiáng)度。

2.4.3 裂縫處治效果

仰拱及二襯開裂段落經(jīng)過上述方案加固處理后，施工單位連續(xù)兩個(gè)月的對仰拱及二襯裂縫進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示裂縫趨于穩(wěn)定，無發(fā)展趨勢，表明該處治方案處治效果明顯。

3 體會

在碳質(zhì)板巖隧道仰拱及二襯裂縫處理過程中，必須對地質(zhì)構(gòu)造及碳質(zhì)板巖有充分認(rèn)識。在碳質(zhì)板巖富水地段應(yīng)做好防排水施工，圍巖應(yīng)力未完全釋放前不能施作仰拱填充及二次襯砌，避免二襯過早受力產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，降低隧道結(jié)構(gòu)的耐久性。

4 結(jié)語

綜上所述，形成滇西碳質(zhì)板巖隧道仰拱及二襯裂的原因十分復(fù)雜，在施工過程中對碳質(zhì)板巖認(rèn)識不足，施工工藝的選擇不當(dāng)、施工質(zhì)量管控不到位等多因素都有可能導(dǎo)致仰拱及二襯出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。為控制和減少裂縫的發(fā)生，首先應(yīng)明確裂縫產(chǎn)生的原因，然后結(jié)合實(shí)際情況確定處治方案并采取防治措施，保證隧道結(jié)構(gòu)安全。