雙連拱公路隧道裂縫成因及防治措施的研究

曾生臻

（福建省高速公路達通檢測有限公司福建福州　350108）

雙連拱公路隧道裂縫成因及防治措施的研究

曾生臻

（福建省高速公路達通檢測有限公司福建福州350108）

雙連拱公路隧道因其施工程序復雜，在施工過程中容易造成隧道周圍的巖石擾動，由于地質條件的脆弱以及施工過程中的程序不合理等問題，會導致襯砌裂縫的出現。裂縫的出現對隧道的整體受力能力和隧道防水能力都有很大的傷害。本文主要針對在雙連拱公路隧道的施工過程中所產生的裂縫，分析其出現的原因，并提出相應的防治措施，從而避免隧道裂縫施工以及運行過程中的危險因素。

雙連拱公路隧道；隧道裂縫；成因；防治措施

在我國高速公路建設事業不斷發展的背景下，雙連拱公路隧道因其不僅可以實現上下分離行駛車輛，而且實現平面線路和洞口位置自由選擇的優點，被投入運用到越來越多的公路建設工程中。但在其修建的工程中，也會面臨很多困難并引發一系列的問題。尤其是襯砌裂縫的情況，這種問題可能會導致隧道成品出現漏水、襯砌鋼筋產生銹蝕、雙連拱結構無法整體承受壓力等問題，更嚴重的時候可能造成襯砌部分脫落并造成結構整體性的破壞。不管是因為哪種原因而產生的裂縫都會對隧道的施工和運營帶來不利影響，甚至會引發事故。在未來高速公路的工程建設過程中，應針對各種裂縫產生的原因，對癥下藥，找出合適的解決措施，以避免裂縫的產生，從而使高速公路的工程建設得到健康的發展。

1　造成雙拱公路隧道出現裂縫的原因

從實踐來看，造成結構性裂縫的原因主要有：①根據常規計算的主要承受壓力而引起的裂縫，也就是由外在直接負荷承載壓力引起的裂縫；②因為外荷載作用，結構力所造成的裂縫；③隧道結構因溫度、收縮和膨脹、不均勻等原因造成的變形而引起的結構性裂縫。根據實踐調查顯示，因隧道變形而造成的裂縫占總量的80%，因外在荷載而造成的裂縫占總量的20%。而對于雙連拱隧道來說，造成其隧道裂縫的成因主要有：施工程序的不合理、因地基不均勻而形成的沉降裂縫、由施工而引發的不均勻沉降裂縫、因承受不均勻壓力而造成的荷載裂縫以及因大規模的混凝土澆注造成的溫度裂縫，均可歸類到以上提到的荷載裂縫或者變形裂縫中[1]。

1.1因施工程序不合理而造成的隧道裂縫

由于雙連拱隧道的施工程序比較繁雜，在隧道施工過程中，倘若出現施工實踐操作和隧道施工力學原理相違背的情況，并結合隧道變形和外在荷載的因素，極大可能出現裂縫并進一步發展，情況嚴重之時，則很有可能導致隧道結構整體上倒塌和破壞；另外，在施工過程中，隧道包括地基在內的周圍巖石，多次受到施工的擾動，造成連拱隧道的一側拱封閉受力，在挖掘過程中，因為支撐側壁的巖石基體的卸除及地基脆弱或者不均勻，從而在平行隧道的軸線周圍形成不均勻的沉降裂縫。

在連拱隧道工程的施工過程中，倘若運用的是先墻后拱的三導坑法，這種方法一般先開挖中導洞，施工建設中隔墻，在中隔墻的施工及右洞二襯建成后，拱圈開始傳力，中隔墻受力后向后挖掘填補一側變形，如果該側回填不堅實、沒有達到支撐剛度、無法供求一個有效的抗力來抵擋中隔墻的變形，只能以周圍的襯砌和中隔墻的基礎來阻礙此種變形的進一步發展。在這是，中隔墻如同懸臂受力一般，這個力的作用點居于拱腳和中隔墻結合點的周圍。中隔墻頂因受力而向外傾斜，造成右洞拱腳與中隔墻之間的夾角縮小，內側二襯和中隔墻鋼筋因受壓變彎曲，襯砌混凝土在無法承受其抗壓強度以后，會被壓碎從而造成起鼓和掉落[2]。

1.2因地基不均勻而造成的沉降裂縫

如果雙拱隧道建在不同類別巖石的交界處，或者地基不均勻的地方，當隧道的仰拱或者填充混凝土的工程完成后，因地基受力后會導致不均勻的沉降，從而在隧道的仰拱和中隔墻的底部產生了下面寬上面窄的不均勻裂縫，這種裂縫或許可能在發展中橫穿整個中隔墻并蔓延至拱頂，也有可能僅僅延伸到中隔墻的某個高度，并且當沉降到最后的終點的時候，便相對穩定從而停止蔓延。

1.3因承擔不均勻的荷載力量而形成的裂縫

這種裂縫特點可能是剪切裂縫、拉裂縫、還有可能是彎壓裂縫，其形成的主要原因是均勻荷載和偏壓荷載。剪切裂縫出現的地方主要是拱腰和中拱墻，隧道拱圈在不考慮偏心的相對理想的情況下，承受非偏壓荷載的時候，使隧道襯砌的縱面雙向受壓，在這個時候，垂直于拱圈截面的是最大的主應力，平行于隧道軸向的是中間主應力或者最小的主應力。因為，一般混凝土的抗壓比其抗剪性能要強，在拱腰處襯砌的混凝土沒有抵抗剪應力的能力的時候，剪切裂縫就會形成，這種裂縫的分布呈縱、斜向或交叉形狀，還有可能產生錯位的現象；另外，還會因為偏壓、隧道周圍巖石承受能力不強、縱向沉降差以及其它特殊的施工因素等造成剪切裂縫。彎壓裂縫主要在隧道的拱頂、拱腰以及拱腳與中隔墻的結合處被發現。當周圍的巖石側面壓力較大的時候，因其襯砌兩側受壓、拱頂上升、襯砌里側承受壓力而形成劈裂破壞，在外側因受拉而形成“V”形的拉裂縫；在隧道洞口、滑坡以及地質變形等地段，會有從邊坡移動、不對稱的地質地形地質條件以及襯背回填不堅實等而引發的偏壓現象，在受偏壓的地方一樣會因為其襯砌的內側彎曲受拉而產生彎拉裂縫，這種裂縫的發展方向通常與偏壓作用力平面垂直。

1.4因大規模混凝土澆注而形成的裂縫

通常現澆的地下結構物質可以歸類為“大體積混凝土結構”，這種結構因溫度收縮應力易于形成變形裂縫。因為接連不斷的澆注二襯混凝土的干縮、熱脹冷縮等因素，加上外側周圍的巖石對襯砌自由脹縮的約束，從而在襯砌內部出現溫度應力，由于混凝土是抗拉強度遠遠比不上抗拉強度的材料，通常混凝土能承受的降溫范圍在七攝氏度到十攝氏度，在隧道襯砌內會因為降溫過程而產生的拉應力，而形成環向和縱向的裂縫。

2　對于雙連拱隧道裂縫的防治措施

由于雙連拱隧道的施工程序和結構受力情況要比普通的分離式隧道復雜得多，在施工過程中，通常可以采用以下方式進行防治：

（1）為避免隧道連拱中的一邊拱的封閉受力的情況，在挖掘中導洞的另一側下臺階巖體的時候，因為側壁可支撐的巖石基體的缺失，以及因地基不均勻而在平行隧道軸向形成的不均勻沉降裂縫。對于這種情況，最好在施工過程中先關閉拱部二襯，隨后分步驟挖掘下臺階或者通過跳躍的方式挖掘下臺階、朓做仰拱，從而在朓做的地方產生雙連拱的整體受力，用來避免因施工而引發的不均勻沉降裂縫的出現。

（2）對于周圍巖石類別較低，巖石基體破碎的地方，進行中隔墻的施工以后，在隨后施工的中導洞側壁務必做好支撐以及回填扎實的工作，從而避免先施工的一側，在拱腳和中隔墻結合的地方，造成因中隔墻移動而產生的變形和開裂；在另一側的施工過程中，務必要短進尺、弱爆破、二襯緊跟、挖掘一段緊跟著襯砌一段，有需要的時候還可以進行跳做仰拱的施工，從而使雙連拱隧道的拱圈與中隔墻在最短的時間內快速封閉，以達到整體受力的目的，從而避免隧道結構的破壞[3]。

（3）在隧道施工前就應該將基地清理干凈，因為雙連拱隧道的中隔墻是最重要的承受力量的結構，因此，對于中隔墻地基不均勻的地方，在進行隧道中隔墻的施工之前就要進行相應的處理，如果在隧道中隔墻的施工程序完成以后，發現形成了不均勻沉降裂縫，則通過注漿補強或者用樹根、樁填補的方式進行有效處理，從而避免不均勻沉降的進一步發展。

（4）對于預防偏壓裂縫而言，則應采用“治隧先治坡”以及“治縫先補強”的方法，及時的應用與隧道實際情況相符合的支檔結構來控制隧道的邊坡，從而縮減隧道所承受的偏壓荷載；對于隧道內部基本成型的裂縫而言，可以通過表面修補和某些部位的補強等方式進行處理；而對于依然處于變動發展的裂縫而言，尤其是位于中隔墻上的水平裂縫和橫穿中隔墻的巨大裂縫，則主要采取預應力錨桿等方式來使偏壓保持平衡，從而避免新的裂縫的出現以及舊裂縫的繼續延伸發展。

（5）在隧道混凝土的澆灌的施工過程中，務必嚴格依據配合比例進行施工，并加大振搗的強度，以及運用永久伸縮縫和施工縫來釋放溫度應力。

（6）雙連拱隧道在復雜地形及地質條件的施工過程中，務必加強事前的監控和測量工作，在施工工程中一定要以監控測量的數據作為各項工作的指導憑據，從而實現隧道開挖信息的及時有效的反饋，并在之后的施工過程中用反饋信息指導施工工作。

3　結語

要致富，先修路，這句名言無不道出運輸在中國經濟發展中扮演著重要的角色。當前，隨著中國經濟的不斷發展，高速公路運輸的重要性越來越大，雙連拱隧道因其種種優勢備受公路建設者的歡迎，但由于其工程的復雜性，也會為施工帶來一定的難度，并且施工過程中如果不處理好，就會存在一定的安全隱患。所以在今后的高速公路的建設中，一定要處理好雙連拱隧道施工中所產生的各種類型的裂縫問題，真正的做到安全工程，保障人民的生命財產安全。

[1]王世遠.防排水施工研究——以新房子雙連拱高速公路隧道為例[J].河南科技，2012，05：94.

[2]賴可勇.雙連拱公路隧道合理施工方法研究[J].價值工程，2014，16：164～165.

[3]朱正國，陳明長，孫明磊.雙連拱公路隧道圍巖壓力計算方法[J].長安大學學報（自然科學版），2010，02：75～79.

U455

A

1673-0038（2015）03-0150-02

2015-1-4

曾生臻（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事高速公路的試驗檢測工作。