高速公路隧道二次襯砌安全性分析

馬星星

(貴州遵義紅花崗區(qū)交通運(yùn)輸局)

高速公路隧道二次襯砌安全性分析

馬星星

(貴州遵義紅花崗區(qū)交通運(yùn)輸局)

在高速公路隧道的施工過(guò)程中，其中二次襯砌的技術(shù)含量是比較高的，而且也是衡量質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要點(diǎn)。所以，提高二次襯砌的施工技術(shù)，是對(duì)施工質(zhì)量的保障，特別是在確保混凝土平整度和密實(shí)度上，不出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或者裂縫的現(xiàn)象，對(duì)高速公路隧道質(zhì)量與安全的保障具有重要的意義，確保公路能夠順利的投入使用，并控制后期的維護(hù)費(fèi)用。

公路隧道;二次襯砌;安全性

1 質(zhì)量控制分析

1.1 開挖高程控制

一般情況，高速公路隧道的施工都采用新奧法。但在實(shí)際的施工中，很多企業(yè)都沒(méi)有完全掌握新奧法的要求和原則，尤其是在施工的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)忽略測(cè)量工作，無(wú)法利用測(cè)量的數(shù)據(jù)在實(shí)際的施工中進(jìn)行實(shí)踐指導(dǎo)。另外，在隧道挖掘的過(guò)程中，爆破高程會(huì)對(duì)隧道支護(hù)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響，而且也會(huì)二次襯砌的安全性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

1.2 襯砌臺(tái)車的質(zhì)量控制

在二次襯砌施工中，若襯砌臺(tái)車不穩(wěn)，就容易產(chǎn)生跑模或錯(cuò)臺(tái)。所以在臺(tái)車就位前要嚴(yán)格的做好監(jiān)控工作。

(1)在襯砌前，要對(duì)臺(tái)車的拼裝質(zhì)量嚴(yán)格檢查，一定要確保各板塊間銜接順利;完成組裝后，要調(diào)整其結(jié)構(gòu)尺寸，更好地滿足工程設(shè)計(jì)的需求。

(2)施工中鋼模板的質(zhì)量，會(huì)直接影響襯砌的混凝土的質(zhì)量。若鋼模的表面很粗糙，在拆模之后，有可能會(huì)出現(xiàn)氣泡或孔洞;此外若臺(tái)車在使用的過(guò)程中發(fā)生變形現(xiàn)象，則需要及時(shí)有效的調(diào)整，否則會(huì)對(duì)二次襯砌的質(zhì)量造成影響。

(3)施工前，檢查臺(tái)車的剛度，若支撐度不足，則在混凝土的壓力下，有可能會(huì)出現(xiàn)模板變形，造成錯(cuò)臺(tái)。所以要強(qiáng)化其支撐力，可以適當(dāng)?shù)脑黾又蔚慕z杠，來(lái)確保臺(tái)車整體的受力情況;

1.3 襯砌鋼筋

提高二次襯砌的鋼筋的精準(zhǔn)性，并且避免鋼筋間接頭。一般的情況下，會(huì)將其承受力設(shè)置在較小的位置，并分散開布局。同時(shí)在鋼筋綁扎時(shí)，也要保持一定的間距，控制混凝土的厚度，盡量避免鋼筋外露，此外還要注意對(duì)防水板的保護(hù)。

1.4 襯砌混凝土

在施工方案中，對(duì)混凝土的澆筑要有科學(xué)的設(shè)定，例如混凝土的供應(yīng)方式、澆筑工藝、質(zhì)量控制等等，避免出現(xiàn)混凝土的質(zhì)量問(wèn)題。此外，在混凝土澆筑前，準(zhǔn)備工作要充分，嚴(yán)格檢查臺(tái)車、止水帶、鋼筋等等，并且要清理干凈模板中的雜物，特別是要加強(qiáng)驗(yàn)收隱蔽的工程只有在合格后才可以進(jìn)行接下來(lái)的工序。在澆筑時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況要隨時(shí)關(guān)注，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)要有針對(duì)性地及時(shí)采取補(bǔ)救措施，確保混凝土的質(zhì)量。

2 影響二次襯砌施工質(zhì)量的主要因素

2.1 施工工藝或現(xiàn)場(chǎng)操作不規(guī)范

(1)隧道挖掘時(shí)成型較差，初期的支護(hù)或者欠挖可能侵入襯砌的斷面，以造成混凝土的厚度不均勻或者厚度不足等問(wèn)題;

(2)對(duì)隧道的監(jiān)控量測(cè)的工作不足，無(wú)法將其作用充分的發(fā)揮出來(lái)，對(duì)二次襯砌施工的時(shí)間安排不合理，造成二次襯砌的荷載受到圍巖較大的壓力，也會(huì)直接影響到其可靠和安全性。

(3)在混凝土拌合的過(guò)程中，對(duì)于原材料的誤差計(jì)算較大，尤其是對(duì)外加劑的計(jì)算，施工的用水量沒(méi)能根據(jù)根據(jù)砂和石料的比例準(zhǔn)確的進(jìn)行調(diào)整，造成混凝土的水膠比例增大。

(4)在混凝土的運(yùn)輸過(guò)程中，泵送的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)加水的現(xiàn)象，這樣會(huì)對(duì)混凝土的綜合性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

(5)在整體式鋼模板臺(tái)車進(jìn)行施工時(shí)，有臺(tái)車變形或者加固不到位的現(xiàn)象，同時(shí)，在混凝土澆筑的時(shí)候，出現(xiàn)局部的不振搗或者漏振的現(xiàn)象，使混凝土的平整度和密實(shí)度等變差。

(6)高速公路隧道局部出現(xiàn)襯砌混凝土的脫空現(xiàn)象。

(7)盲目的追求施工的進(jìn)度，對(duì)于脫模的時(shí)間隨意提前，致使低強(qiáng)度的混凝土在早期就承受荷載，在不同程度上的破壞混凝土的自身結(jié)構(gòu)。

(8)二次襯砌的混凝土，在脫模后對(duì)其潮濕的養(yǎng)護(hù)不夠及時(shí)，也不夠到位。

(9)在夏季的施工時(shí)，砂或者石料沒(méi)有切實(shí)有效的進(jìn)行降溫處理，致使混凝土入模時(shí)的溫度較高。

(10)高速公路隧道的防排水施工的質(zhì)量較低，各方向的排水管未能規(guī)范的進(jìn)行安裝。

2.2 原材料質(zhì)量差、配合比設(shè)計(jì)不合理

對(duì)水泥的品種選擇不當(dāng)，水泥的安定性不良，或者使用不同批次的水泥，將其混用。碎石和砂級(jí)的配差，泥的含量超標(biāo)，在碎石中有大量的石粉，針或者片狀的物體過(guò)多，導(dǎo)致水泥和骨料的凝結(jié)受到影響。在設(shè)計(jì)配合比的時(shí)候，忽略了如果當(dāng)水泥用量過(guò)多時(shí)，會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生負(fù)面的影響。同時(shí)，摻合料以及外加劑的選用也沒(méi)有專業(yè)人員的相關(guān)指導(dǎo)，以無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。

2.3 施工管理、監(jiān)督不到位

相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)施工的管理力度欠缺，監(jiān)督不嚴(yán)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的管理。

3 安全性分析

3.1 圍巖壓力計(jì)算

下面以某高速公路隧道為例，進(jìn)行安全性分析。

某隧道的圍巖使用紫紅色，泥巖為灰綠色，泥質(zhì)粉砂巖，巖性為Ⅱ或Ⅲ類圍巖，但巖層已經(jīng)相當(dāng)破碎，而且有多條寬10 m以上的破碎帶。最大的埋深為150 m，利用上下行線，分離式雙洞，單向行車，雙車道半圓拱曲的墻斷面，最小相鄰的距離為36～44 m，跨度約為10.90 m，開挖的跨度為12.50 m，凈高度為710.32 m，為了日后的修復(fù)工作，在上下行線之間設(shè)置加寬段，凈寬為13.40 m，并在加寬段之間設(shè)置一個(gè)斜向的行車洞。

K213+230的斷面為隧道最大的二次襯砌的壓力實(shí)測(cè)斷面。從表中壓力計(jì)算的值比較可知，斷面1和斷面5測(cè)點(diǎn)的壓力偏大。所以，要對(duì)斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性的分析。

3.2 二次襯砌強(qiáng)度校核

在K213+230斷面二次襯砌的強(qiáng)度進(jìn)行校核之前，要根據(jù)鋼筋混凝土的構(gòu)件截面的強(qiáng)度相關(guān)的公式計(jì)算，計(jì)算斷面的二次襯砌剪力以及軸力的設(shè)計(jì)值，然后根據(jù)二次襯砌的內(nèi)外側(cè)的鋼筋所受壓力大小接近的計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為二次襯砌是小偏心的受壓構(gòu)件。因此可以根據(jù)截面軸力的規(guī)范按公式計(jì)算。

Ⅲ類以下的圍巖，一般按照承載結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行力學(xué)的分析，現(xiàn)在使用較多的方法是荷載結(jié)構(gòu)模式。襯砌結(jié)構(gòu)在承載之后會(huì)出現(xiàn)變形的情況，并受到圍巖的約束，提高承載能力。二次襯砌的模型一般設(shè)置為曲梁，E(彈性模量)=30 000 MPa，A(截面積)=0.5 m2。從模擬的計(jì)算上可以看出，二次襯砌最大的軸力為1 899 kN，相對(duì)于周離得設(shè)計(jì)值而言小了2 549 kN。因此可能會(huì)產(chǎn)生小的裂縫，該斷面的二次襯砌的安全儲(chǔ)備比較小，當(dāng)與墻中某一隧道的軸向平行時(shí)，就會(huì)與現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)結(jié)果相同。

3.3 裂縫產(chǎn)生的原因以及治理方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體的施工情況，隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工程的地址情況，上行線隧道的加寬段和附近二次襯砌產(chǎn)生的壓力偏大的因素，主要有以下幾點(diǎn):

(1)由于在實(shí)際的施工時(shí)工地的情況會(huì)和初步勘探時(shí)的結(jié)果有所出入，所以從Ⅲ類圍巖逐步變?yōu)榉植记移扑榈模袃商幉煌瑪鄬拥蘑蝾悋鷰r，所以相比較下，原結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就會(huì)偏于不安全。

(2)圍巖的變更，使得最小凈距的設(shè)計(jì)值偏小。由于規(guī)定，Ⅱ類圍巖的最小凈距是45～75 m，而對(duì)整個(gè)隧道而言，其實(shí)際的凈距離是36～44 m，顯然，兩個(gè)隧道之間的凈距離偏小，所以才會(huì)使隧道容易受到二次擾動(dòng)。

(3)在挖掘雙向下行線隧道的加寬段時(shí)，當(dāng)其接近貫通時(shí)，雖然會(huì)改成單向的挖掘，但還是會(huì)因?yàn)檫€是會(huì)用長(zhǎng)臺(tái)階進(jìn)行挖掘，并不是使用少藥量炸彈來(lái)控制爆炸，所以會(huì)造成下行線對(duì)上行線的加寬段造成二次擾動(dòng)，尤其是對(duì)兩個(gè)相鄰隧道之間的圍巖造成較大程度的二次擾動(dòng)。

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)結(jié)果，初次襯砌和二次襯砌都基本滿足施工的質(zhì)量，但是在K213+230的斷面襯砌的左右側(cè)的腰部仍會(huì)出現(xiàn)局部的“空洞”°

4 結(jié)論

在高速公路隧道二次襯砌的施工過(guò)程中，要謹(jǐn)慎合理的選擇原材料，以及精確混凝土的配合比，利用科學(xué)的施工方法，對(duì)整個(gè)過(guò)程做好監(jiān)控，同時(shí)要在施工的過(guò)程中不斷總結(jié)施工的經(jīng)驗(yàn)，提高技術(shù)人員的質(zhì)量安全意識(shí)，有效的控制隧道二次襯砌的施工質(zhì)量，并保證工程的合格以及安全，實(shí)現(xiàn)其社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益。

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U442

C

1008-3383(2013)05-0113-02

2012-11-13

馬星星(1984-)，女，助理工程師，研究方向:農(nóng)村公路的養(yǎng)護(hù)。