雪峰山隧道二次襯砌、仰拱開裂及方案處理

　　 摘要：雪峰山隧道是一座單線雙洞隧道，進口開挖時，仰拱及拱墻二次襯砌開裂，通過沉降開裂數據，結合結構計算分析出開裂原因，選取加固基底等處理方案，提出對施工仰拱及基礎的重要性。
　　關鍵詞：鐵路隧道二次襯砌仰拱裂縫
　　中圖分類號：U2文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)06(c)-0000-00
　　1 工程概況
　　1.1 概述
　　雪峰山隧道為單線雙洞隧道，全長17796m。進口里程DK300+896，明暗分界里程為DK300+957，隧道二次襯砌開裂發生于DK300+957~DK301+370段。本段兩隧道中心線間距為11m~24m變化。
　　1.2 工程地質
　　1.2.1 地形地貌
　　雪峰山隧道系屬武夷山山脈。進口二次襯砌開裂段位于低山地段，線路左右側各發育一沖溝。2007年當地修建水泥廠填平了右側沖溝。
　　1.2.2地層巖性
　　該段位于NE側斜坡上，表層發育第四系坡殘積、沖洪積層卵石土、漂石、黏土及粉質粘土夾碎石，厚度－般5-6m，其下為元古界震旦系下統丁屋嶺組下段的全風化石英片巖、千枚巖及變粒巖組合，厚度超過20m。自然坡度10°~16°，該段均為淺埋及偏壓地段，巖石節理裂隙發育，巖體較破碎，質地較軟，洞身穩定性差，圍巖分級為Ⅴ級。
　　1.3 隧道二次襯砌斷面
　　雪峰山隧道為單線鐵路隧道，設計時速200km/h，隧道內凈空面積（軌面以上）為58.21平方。隧道二次襯砌厚度50cm，采用C35鋼筋混凝土。雪峰山隧道二次襯砌斷面見圖1。
　　1.4 二次襯砌開裂情況
　　裂縫主要出現于隧道左線：DK301+122.5～DK301+264，縫寬0.5mm～17mm，其中主裂縫位于DK301+148～DK301+255、DK301+225～DK301+251、DK301+245～DK301+264段。二襯拱頂、拱腰、拱腳部位也出現了一些細小裂紋。
　　裂縫特性：1通過芯樣分析，仰拱裂縫上寬下窄，局部發育斜向發展，多數芯樣裂縫均未貫穿仰拱。2裂縫基本位于隧道仰拱，且以中線附近居多。
　　3 裂縫原因分析
　　隧道的二襯襯砌為隧道最后的安全保障，對二次襯砌的處理必須徹底，以免對運營造成安全隱患。我們發現隧道仰拱開裂的原因是由幾個因素共同造成的，主要體現在地質因素，施工工藝及施工管理。
　　3.1 隧道地質方面
　　地方建設水泥廠的原因，將隧道右上側沖溝填平，徹底改變了原有地形地貌，地表徑流發生根本性變化，抬升了地下水位，造成地下水發育，圍巖含水量增加，C、ф值急劇降低，地質條件惡化。加大了結構的受力。
　　3.2 施工工藝
　　為了方便施工及隧道臺車等關系的影響，施工方對二次襯砌的施工工藝進行了調整，并將隧道仰拱及仰拱填充一次澆筑完成。違背了設計的理念，改變了結構的受力。設計施工工藝與施工時施工工藝比較圖見圖2。
　　3.3 隧道施工管理
　　從隧道出現沉降，且隧道仰拱中心出張拉性裂縫，由此可以分析，隧道底部的承載力出現不均勻的現象。隧道地下水發育，隧道仰拱施工又處于基坑施工中，很容易造成隧道地下水的淤積，造成基底承載力的下降。隧道仰拱的開挖為圓弧形開挖，存在一定的施工難度，隧道兩側的超挖在所難免，處理不當，這就造成了隧道的基底承載力不均勻，從而導致了二次襯砌的沉降及仰拱的開裂。
　　3.4 仰拱開裂模擬分析
　　仰拱的裂縫是張性裂縫，仰拱的彎矩是引起裂縫的第一原因，下面就從同一受力環境下對以上條件進行受力比較。
　　圍巖壓力的選取：隧道選取更不利的淺埋受力。隧道為單線隧道，但左右兩條隧道相距較近，選取更為接近的雙線隧道淺埋條件。
　　利用SAP84軟件對隧道二次襯砌進行彎矩分析，圖3左側為設計二次襯砌處于基底承載力一致的條件下的彎矩圖，仰拱因為拱形的原因，彎矩比較平均，最大彎矩287 KN.m。隧道由于基底承載力不均，模擬采用基底兩側各3m范圍內的基底承載力減少至原承載力的1/3，圖3右側為該環境下的彎矩圖，仰拱跨中最大彎矩1462 KN.m。由此看出，兩側承載力的降低為仰拱裂縫產生的原因之一。
　　
　　圖3 二次襯砌在正常下與基底承載力不均條件下彎矩對比圖
　　現將二次襯砌的仰拱與仰拱填充合并進入模擬。圖4左側為設計斷面仰拱與填充合并進入結構的彎矩圖，仰拱最大彎矩2957 KN.m。圖4右側為施工方的二次襯砌(圖2)在同一條件下的結構彎矩圖，最大彎矩3740 KN.m。由此可以看出，結構的變化加劇了仰拱裂縫的產生。
　　
　　圖4 設計工藝與施工工藝仰拱與仰拱填充合算時彎矩對比圖
　　綜上，基底承載力不均勻及施工工藝的問題影響了仰拱彎矩，其中基底承載力不均勻是導致仰拱開裂的主要原因
　　4 建議處理方案
　　4.1 對仰拱底部設置孔徑φ89深3米，間距1.5mx1.5m，注漿孔進行基底注漿加固。
　　4.2 左右墻腳部位各設置兩排微型樁，中間設置2～3排微型樁，樁徑127mm，深約10米，內設鋼筋束。
　　4.3 底板原設計30cm素混凝土墊層改為30cm鋼筋砼，并與原結構形成疊合結構。
　　4.4 拱部二襯裂縫段采用壓注環氧樹脂進行補強后，在襯砌內側設置25cm厚鋼筋砼襯套（保證限界），與原結構形成疊合結構。
　　4.5 處理效果
　　根據處理后二襯量測數據，處理后隧道沉降已趨于穩定狀態。
　　6 結語
　　隧道仰拱的開裂在隧道施工中相對少見，隧道仰拱的施工及基底的處理往往不被重視，分析看出，仰拱在隧道結構中起著比較大的作用。施工工藝的微小改變在隧道施工中可謂隨處可見，分析看出，微小的改變，加劇了隧道襯砌結構的破壞。嚴格的施工管理，合理的施工工藝才是工程的安全及質量的保證。
　　參考文獻
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　　許建 ，1982.09，男，籍貫江蘇*泰州 ，工作單位 中鐵第四勘察設計院集團有限公司 ，郵編430063，學歷 本科 ，職稱 助理工程師 ，研究方向 隧道及地下工程技術