隧道仰拱裂縫原因及處治措施探討

郭寬銳 傅海彪

文章依托靖西至龍邦高速公路原樂村隧道工程實例，通過現場追蹤調查與考察，分析了隧道仰拱產生裂縫的原因，并提出相應的處治措施。

隧道;仰拱;裂縫;小導管;注漿

U457A280903

0?引言

2018-06-18，樂村隧道右洞準備施工混凝土路面基層，在清洗仰拱填充表面過程中，發現仰拱出現多條裂縫，縫寬0.3～0.7 cm，裂縫沿隧道行車方向不規則分布，主要集中在隧道中線附近。通過現場追蹤調查與考察，本文全面分析了隧道仰拱產生裂縫的原因，并提出合理的處治方案，以期對今后的隧道仰拱施工提供借鑒。

1?工程概況

1.1??工程概述

樂村隧道設計為分離式隧道，右洞長315 m，里程樁號為YK22+785～YK23+100。建筑限界凈寬為10.75 m，凈高為5 m，單向縱坡為1.996%。

1.2??工程地質

隧道區屬巖溶峰叢谷地地貌，山峰陡峻高大，地形起伏較大，山體連綿起伏。隧道穿越一山體，谷地和山頂高程為759～873 m，相對高差約115 m。樂村隧道右洞全部為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，其中Ⅴ級圍巖占隧道總長的85.71%。圍巖以全～中風化輝綠巖為主，屬極軟巖～軟巖，其中全風化輝綠巖大部分已風化成硬塑～堅硬黏土狀，強風化輝綠巖裂隙發育，巖體破碎，中風化輝綠巖裂隙較發育，巖體較破碎。

勘查區內地表水主要為隧道出洞口東南側水庫水，水量主要由大氣降雨及地下水補給，最大蓄水水位約為758.0 m，低于隧道進出口路面設計高程;地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水，屬潛水。孔隙水接受大氣降水補給，含水量較貧乏;基巖裂隙水以大氣降雨垂直分散滲入和松散巖類孔隙水滲入補給，含水量中等。黏土及全風化巖層為微透水層，強風化及中風化巖層屬弱透水～中等透水層。隧道圍巖富水程度屬弱富水區。

從地形上看，隧道穿越一山脊，進、出洞口位于斜坡上，高于兩側谷地，地表水及地下水多沿斜坡向低洼地帶排泄。

2?仰拱及填充開裂情況

該隧道Ⅳ級圍巖段仰拱設計為C30素混凝土，無仰拱初期支護;Ⅴ級圍巖段仰拱設計為C30鋼筋混凝土，仰拱初期支護采用與邊頂拱成環的工字鋼。施工時仰拱采取全幅施工，仰拱及仰拱填充混凝土分層澆筑。Ⅴ級圍巖仰拱施工典型設計如圖1所示。

該隧道在清洗仰拱填充表面過程中，發現仰拱有多條裂縫，縫寬0.3～0.7 cm，裂縫附近潮濕，沿隧道行車方向不規則分布，主要集中在隧道中線附近。

2.1?裂縫特性

（1）隧道仰拱裂縫沿行車方向不規則分布，主要集中在中線附近，靠近兩側排水盲溝亦出現有裂縫。裂縫上寬下窄，從上而下明顯縮小。

（2）裂縫附近潮濕，仰拱鉆芯孔有水冒出。

（3）裂縫出現的部位以Ⅴ級圍巖段落為主。

2.2?裂縫原因分析

根據現場調查與考察，并結合地質勘察資料及施工過程質檢資料、影像資料等，確定該隧道仰拱裂縫產生原因主要有以下幾點：

2.2.1?塌方及山體應力影響

樂村隧道右洞V級圍巖占隧道總長的85.71%，在洞身開挖過程中因地質差、開挖方法不當、開挖步距過大、未及時封閉成環等原因，樂村隧道右洞多次發生過沉降、塌方。盡管塌方處理時采用注漿或泵送混凝土的方式回填塌腔，但塌腔無法保證填充密實，后期塌腔可能上移，塌方體沖擊洞身襯砌。同時在山體應力及重力作用下導致兩側邊墻、拱腳混凝土向洞軸線擠壓，造成仰拱混凝土擠壓變形開裂。

2.2.2?地下水影響

樂村隧道圍巖以全～強風化輝綠巖為主，輝綠巖遇水軟化，強度下降明顯。（1）樂村隧道施工為順坡排水，在隧道掘進過程中，隧道施工用水直接排放到仰拱端頭，未及時抽排，仰拱端頭積水往出口端滲透，造成已施工、未施工的段落仰拱基底長期泡水。（2）隧道右洞位于山體內側，相比左洞更易匯水，同時隧道在掘進過程中發生過多次塌方，塌腔易匯水，從而導致隧道襯砌背后匯集大量地下水及圍巖裂隙水。由于排水系統不通暢，襯砌背后匯集的地下水不能通過縱、橫、環向盲管及時排出洞外，從而滲透到仰拱底部，進而導致仰拱基底長期受浸泡軟化，承載力大幅削弱，同時仰拱承受過大水壓，最終造成仰拱變形開裂，地下水沿裂縫滲透至地表。

3?裂縫處治方案與效果

3.1?裂縫處治方案的確定

發現仰拱裂縫后，項目公司、設計院、總監辦、總承包部等相關人員立即到現場進行勘察，針對裂縫具體情況，經4方研究討論，并邀請專家評審，確定了如下具體處治措施：

（1）仰拱裂縫處理。對仰拱裂縫進行開槽處理，開槽寬度為裂縫中心向兩側1～2 cm，深度≥3 cm。開槽完成后，清理槽口，并用結構膠密封。裂縫表面密封完成后，在裂縫兩邊45°斜打孔埋設壓漿針頭，針頭間距25 cm。最后注射環氧樹脂填塞裂縫。

（2）仰拱地基加固。原則上對樂村隧道右洞仰拱基底圍巖采用小導管注漿加固。其中電纜溝槽外側沿隧道通長各設置一排5.5 m長與豎直方向成30°角斜向下打入仰拱填充的42 mm小導管，小導管間距1 m（縱向）。根據圍巖等級情況及裂縫實際情況，針對圍巖差、裂縫多的YK22+785～835、YK22+920～960、YK23+060～100段落設置豎向小導管，小導管間距為1.5 m（橫向）x1 m（縱向），梅花形布置，鉆孔深度為5.5 m（加固注漿孔斷面布置見下頁圖2，加固注漿孔布置見下頁圖3）。針對圍巖較好、裂縫較少的YK22+835～920、YK22+960～YK23+060段落設置豎向小導管，小導管間距為1.5 m（橫向）x1.5 m（縱向），梅花形布置，鉆孔深度為3.5 m。鉆孔過程中應注意避開仰拱初支鋼拱架。

注漿小導管采用42x4 mm熱軋無縫鋼管加工制成，鋼管前端部加工成錐形，仰拱底以下部分管壁四周鉆四排6 mm壓漿孔。漿液采用P.0.42.5級水泥配置，水灰比為1∶1，注漿壓力為2.0 MPa。

（3）開裂處治后，仰拱填充滲水點及仰拱施工縫處采用開槽并嵌入經過防銹處理的槽鋼，將滲水橫向引排至兩側排水溝，滲水點及施工縫處豎向鉆孔至仰拱底，以加強排水。槽鋼型號為10。

（4）重新疏通隧道橫向排水盲管，同時沿兩側排水盲溝每5 m設置100 mm的泄水孔。泄水孔與橫向導水管同長，用于引排二襯背后地下水。

（5）重新清理隧道兩側排水溝，確保兩側排水溝內無雜物，加大兩側排水溝盲管管壁和泄水孔孔徑，并用土工布重新包裹。

（6）加強洞內仰拱沉降觀測，待沉降穩定后方可進行后續工序施工。

3.2?裂縫處治效果

仰拱及填充處治完畢后，對仰拱裂縫處進行鉆芯取樣，芯樣顯示裂縫已填充密實，仰拱底部基巖注漿固結效果良好。后期的沉降觀測數據表明，各觀測斷面僅局部斷面沉降數值有所變化，且變化量極小（如表1所示）。總體數據表明，仰拱及填充開裂段處理效果良好，基本處于穩定狀態。目前，項目已通車半年之久，該隧道路面總體無異常。

4?結語

（1）仰拱開挖施工時一定要開挖到位，及時抽排仰拱積水，確保仰拱基底圍巖承載力，必要時應對仰拱基底進行加固處理。

（2）隧道施工過程中，必須加強隧道防排水的質量檢查，確保縱、橫、環向排水盲管通暢。

（3）初支滲水較大部位、塌方處理等段落，防排水施工時盡量增設排水盲管，確保能及時引排襯砌背后地下水。

[1]楊?偉，王國良.公路隧道仰拱裂縫處理技術探討[J].公路交通技術，2014（5）：118-122.

[2]廣西交通規劃勘察設計研究院有限公司.兩階段施工圖設計第五冊[R].2015.

[3]JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范[S].