随着近年来经济的发展,我国修建了大量的公路隧道,但随着隧道数量的增加和里程增长,隧道二次衬砌砼(简称二衬砼)出现裂缝已成为常见的质量缺陷[1].
对于III类以下围岩,二次衬砌作为隧道的主要承载结构和最后一道防水防线,在其修建过程中出现一系列问题:由于结构复杂,施工工序较多,在施工过程中存在着结构由不对称向对称转化的过程,加之衬砌混凝土的抗拉性能较差,在施工过程中可能出现裂缝,裂缝的运动可能导致衬砌出现渗漏水,破坏隧道结构的完整性以及影响隧道结构的耐久性等,在极端不利情况下,甚至可能导致结构破坏。本文以某高速公路隧道为工程背景,在二次衬砌裂缝运动监测的基础上,分析裂缝运动的变化规律,对保证隧道工程质量具有一定的实用价值。
1工程概况
某高速公路沿线地层均为沉积地层,主要为侏罗系(J)、三叠系(T)、第四系(Q)呈零星分布。隧道设计为上、下行分离的整体式双跨四车道隧道,左线设计长度为3210m,右线设计长度为3255m。隧道进口段位于滑坡群,滑坡体主要由粘土、粘土夹碎石及块石土组成,滑床为基岩风化层顶面,滑坡天然状态下处于稳定状态。隧道洞身从滑坡群中通过,隧道进洞口位于基岩陡坡上,洞身围岩主要为泥灰岩夹泥岩,泥灰岩有溶蚀现象。该段地层埋藏浅,成洞困难。洞口开挖将可能诱发滑坡局部复活或形成新的工程滑坡,影响隧道安全和正常使用。
2二衬砼裂缝的展布与监测分析
该隧道开挖采用三台阶临时仰拱法,上行线开挖10个月后,发现拱顶及拱腰部位的混凝土上出现大小不等的众多裂缝,现场观测,尤其在右侧拱脚部位具多,并且裂缝仍在发展变化,下行线无此现象。裂缝形状各异,垂直、倾斜、纵向、数条交叉、“x”形或由一组小斜缝组成的大裂缝等都有,多数呈现明显的剪切错断分布如图1所示。针对上述情况,决定加设临时钢架支撑,采用I20a间距0.5m的钢拱架,拱架间用Φ5纵向钢筋连结,环向间距1.5m,临时钢拱架与二衬混凝土间用木楔顶紧。为防止进一步变形,同时加强施工管理,并对开挖过程进行监控量测。根据监测信息反馈分析变形情况,及时调整施工方案。隧道上行线二衬表面选择布设了5个具有代表性的裂缝观测点,典型裂缝处布设传感器,对裂缝宽度发展情况进行监测。环向裂缝处布置传感器编号为1#和2#,纵向裂缝处布置传感器编号为3#、4#和5#。
近70天裂缝监测数据表明,在隧道不同位置,裂缝变化呈现出不同的变化趋势。采取加强支撑及严格施工规程等措施后,总体来说裂缝变化幅度不大。布设应变计只限于监测裂缝一维的变化发展,监测成果参见图3。图中3#纵向裂缝的一维运动基本上是水平波动,总体跳跃性不大,属于基本稳定的裂缝;2#环向裂缝发展异常,监测数据有大的波动,但其变化趋势单调,呈现增加的趋势,即向一个方向单调发展;4#和5#纵向裂缝开始以平缓变化为主,后期有所上扬。裂缝的一维运动监测成果说明,大部分裂缝运动呈先增后减(如图5中1#后段、2#后段、3#后段)规律,这和裂缝部位结构受力不利,致使裂缝张开,经过后期应力调整,通过应力的传递、塑性区的发展以及结构、围岩材料的蠕变和应力松弛等,使集中和不利的应力得以局部释放,进而使裂缝的宽度有所减小有关[3-4]。可以说,裂缝运动的过程,也是隧道结构受力后应力调整和变化的过程。
3二衬砼裂缝的成因
裂缝产生的原因,客观上是由于存在着不可预见性的地质影响因素而产生了裂缝;主观上是由于设计和施工原因造成的。前期通过对隧道埋深土体测斜孔的监测,说明隧道开挖对山体的影响相当大,山体有向隧道蠕滑变形,尤其是在开挖面到达测斜孔附近时,影响十分的明显。二衬脱模后,砼硬化在一定程度上能抑制山体的向下蠕动,同时二衬会出现变形,但是当超过一定承受荷载能力的时候,导致二衬砼开裂。
4结论
1)近70天监测数据分析来看,先增后减的裂缝运动是一般规律,跳跃性突变及匀速单调发展的裂缝运动不是裂缝正常的运动范畴,必然是施工扰动或其他相关因素导致裂缝运动出现异常所致,通过二衬砼裂缝运动的监测规律,可以了解隧道健康的安全状况,进而指导隧道施工与防灾。
2)对混凝土裂缝及其采取临时加固措施来看,要了解裂缝发生的机理,通过事前预防来减少隧道衬砌混凝土
的裂缝发生,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,同时施工人员要认真负责,严格按规定要求施工,严把质量关,方能保证隧道安全、稳定的工作。