三仙崠隧道襯砌裂縫檢測與安全評價

袁成海

三仙崠隧道位于寧都縣固村鎮三仙崠山東端,為上下行分離式隧道,長1 750 m左右,屬長隧道。處于贛中南中低山與丘陵區,區內水文地質條件簡單,隧道所處的深度范圍內沒有連續地下水體。隧道進出口均為溝谷盆地,東洞口段圍巖主要為松散碎石土及含礫亞黏土,碎裂結構的全～強風化層,厚度較大,巖體極破碎;西洞口段主要為松散含礫亞黏土,碎石土及碎裂結構為主的全～強風化變余砂巖,結構面結合差,巖體破碎;洞身圍巖以弱風化變余砂巖為主,局部夾有弱風化花崗巖,頂板厚度較大,堅硬巖,較破碎～較完整,中厚層狀結構為主,碎裂結構及塊狀整體結構次之,側壁基本穩定。隧道按“新奧法”原理設計施工。設計車速：100 km/h。二次模筑采用泵送混凝土,施工時對圍巖和錨噴支護的變形進行監控量測。主要工序采用機械化作業,Ⅴ級圍巖采用上下臺階法施工,Ⅳ級圍巖采用臺階法施工。

1 襯砌質量無損檢測

檢測內容主要為：襯砌蜂窩、振搗不密實、空洞及雜物等缺陷檢測。檢測執行的標準和依據：JTG F80/1-2004公路工程質量檢驗評定標準。本次襯砌質量無損檢測采用儀器為瑞典mala公司生產的RAMAC探地雷達。

針對石吉高速公路三仙崠隧道裂縫處的質量所做的無損檢測,測線布置在左右邊墻及拱頂共三條,見圖1。

檢測結果表明：拱頂測線YK21+092發現局部脫空及不密實缺陷,其他測線邊墻YK21+045斷面(左拱腰)、YK21+095斷面(左拱腰)、YK21+511斷面(左拱腰)等處也發現局部脫空缺陷。考慮到脫空區范圍不大,且二襯厚度基本滿足要求,可能是由于混凝土收縮或其他環境因素等影響,經過注漿處理可以認為三仙崠隧道襯砌間脫空不實等缺陷對結構穩定性無影響。

2 裂縫調查與成因分析

所用儀器：皮卷尺測量裂縫位置,量角器或羅盤測量裂縫傾角,鋼卷尺測量裂縫長度,游標卡尺或裂縫計測量寬度。裂縫深度檢測采用武漢中科智創巖土技術有限公司所研制的 RSMSY5N超聲波檢測儀。

2.1 裂縫調查

裂縫調查結果見表1,表2。

表1 三仙崠隧道右線裂縫調查表

2.2 裂縫調查結果與成因分析

調查結果顯示：裂縫均發育在二襯施工縫附近,為環向圓弧狀拱形起伏裂縫,與施工縫閉合成環,均發生在二襯施工前進方向,與下板二襯搭接部位,裂縫最大長度6 m左右,寬度最大1.8 mm,大部分裂縫寬度小于1 mm,根據裂縫分級標準,均屬于微張開裂縫。最大裂縫深度為31.31 cm,小于實際厚度。

根據對裂縫的觀測,裂縫均為施工期產生,未有后續發展。結合變形監測記錄,二襯施工前圍巖變形已經穩定,二襯所受圍巖壓力較小,因此,圍巖壓力不是裂縫產生的原因。由于裂縫的分布均在拱頂施工縫附近,也排除環境或者材料因素所導致的裂縫。二襯施工速度較快,部分段拆模時間較早,下一模襯砌澆筑前模板臺車就位過程中,由于模板臺車與緊鄰已施工二襯有部分搭接,在模板臺車千斤頂調試過程中造成模板對緊鄰二襯的沖擊荷載。由于先澆二襯還沒有完全達到設計強度或者二襯背后的空隙,造成二襯小范圍開裂。

3 安全評估

綜上可以得出以下結論：裂縫均發生在施工方向上一模施工二襯末端施工縫附近,主要由于施工速度快,拆模較早,下一模施工時模板千斤頂頂壓壓力過大造成拱部出現圓弧狀拱形起伏裂縫。裂縫范圍較小,縫寬小于3 mm,屬于微張開裂縫,且多未貫通,對二襯整體結構承載力影響很小。

表2 右線裂縫深度調查表

綜合裂縫調查結果、質量檢測及分析,裂縫部位的二襯結構安全,承載力滿足設計要求。但是,由于裂縫和施工縫大多已經閉合連通,其存在或發展會危及結構安全,運營期可能會產生混凝土掉塊現象,影響隧道的正常使用。鑒于此,需要對裂縫進行修補或者補強。

4 病害處治建議

4.1 裂縫修補措施

從三仙崠隧道工程實際出發,修補措施如下：

1)灌注高分子化學材料對裂縫進行粘結填充。采用灌漿法修補裂縫時,先將結構物的裂縫封閉,僅留出進漿口及排氣孔,然后將配制好的較低粘度的漿液通過壓漿泵將漿液壓入裂縫內,漿液擴散并固化后便能將混凝土周圍的混凝土聯結成整體,達到恢復原結構強度的目的。

2)表面粘貼碳纖維板以防止剝落掉塊。本次修復所用日本東麗碳纖維布抗拉強度3 500 N/mm2,鋼筋抗拉強度以300 N/mm2計。以公式換算可知斷面YK21+510在2 000 mm內有3道環向碳纖維布(忽略跨過施工縫的一道碳纖維布),合計長度600 mm,換算成配筋面積為 0.000 3 m2。

3)對裂縫深度超過二襯設計厚度80%的YK21+012斷面,及裂縫較發育的YK21+510采取縱橫雙重碳纖維粘貼措施。

裂縫修補方案：對于裂縫深度小于二襯設計厚度80%的裂縫,采用1)+2)方案;對于裂縫深度大于二襯設計厚度80%的裂縫,采用1)+3)方案。

4.2 襯砌背后存在空洞處理建議

頂部襯砌背后存在空洞或不密實是造成頂部襯砌在受頂壓下開裂的原因之一,且對隧道長期運營不利,建議采用壓力注漿的方法回填襯砌背后的空洞,并且密實。

[1]JTG F80/1-2004,公路工程質量檢驗評定標準[S].

[2]JGJ 106-2003,建筑基樁檢測技術規范[S].

[3]JTG/T F81-01-2004,公路工程基樁動測技術規程[S].

[4]TB 10218-99,鐵路工程基樁無損檢測規程[S].

[5]CECS 02∶2005,超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程[S].

[6]CECS 21∶2000,超聲法檢測混凝土缺陷技術規程[S].

[7]GB 50367-2006,混凝土結構加固設計規范[S].

[8]CECS 146∶2003,碳纖維片材加固混凝土結構技術規程[S].

[9]GB 50010-2002,混凝土結構設計規范[S].