【摘 要】公路隧道處于地下層，由于受地質(zhì)、設(shè)計(jì)及施工等因素的影響，造成了公路隧道仰拱起拱填充隆起的變形。為施工安全造成了巨大的影響，為之后運(yùn)營(yíng)埋下了安全隱患的“炸彈”。本文主要針對(duì)公路隧道仰拱填充隆起變形的原因、設(shè)計(jì)及存在問(wèn)題進(jìn)行扼要分析，并提出解決的技術(shù)方法等。

【關(guān)鍵詞】隧道；仰拱填充；起拱；產(chǎn)生原因；技術(shù)方法

近年來(lái)，公路隧道頻繁發(fā)生仰拱起拱的現(xiàn)象，比如湖北省的云嶺公路隧道和其他地區(qū)的公路隧道在實(shí)施過(guò)程中均出現(xiàn)了仰拱填充隆起變形的狀況，本文主要針對(duì)公路隧道變形原因進(jìn)行檢測(cè)與分析，并提出相應(yīng)的解決方案，為以后公路隧道的安全問(wèn)題提供了保障。

一、公路隧道出現(xiàn)裂縫概況

1. 湖北省的云嶺公路隧道布局在一個(gè)交界的關(guān)境內(nèi)，總長(zhǎng)有2156m，處于山嶺間的公路最易發(fā)生公路隧道仰拱起拱的現(xiàn)象。湖北云嶺的公路隧道的洞身最深埋深度為345m，建筑商運(yùn)用的埋深一般為210-300m。[1]公路隧道在地質(zhì)構(gòu)造方面為褶皺系背斜，會(huì)出現(xiàn)斷裂，呈45—75°角向北西方面，與斷裂不同。斷裂程度加深，巖層開(kāi)始扭曲，巖體會(huì)向產(chǎn)生巨大的變化向北西的方向。

2. 近年來(lái)，我國(guó)大部分地區(qū)開(kāi)始進(jìn)行新的建設(shè)工程。公路隧道發(fā)展迅速，施工過(guò)程中出現(xiàn)的隧道仰拱起拱及隧道襯砌裂縫等問(wèn)題日益?zhèn)涫荜P(guān)注。湖北省某一高速公路隧道剛結(jié)束施工一年，居然出現(xiàn)13條縱向水平裂縫，據(jù)累積共長(zhǎng)312.5m，每條裂縫的長(zhǎng)度在20—55m，。寬度約為0.15—0.58mm。公路隧道裂縫大部分都處于強(qiáng)化風(fēng)及全風(fēng)化砂礫巖等位置，位于V級(jí)別。

二、公路隧道仰拱起拱產(chǎn)生的必然性

1. 公路隧道出現(xiàn)仰拱起拱的出現(xiàn)主要是由于圓形物體受力均勻，承受的力相對(duì)較大。仰拱起拱是公路隧道結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，是整個(gè)公路隧道建設(shè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，能夠有效的將公路隧道上面的地層壓力轉(zhuǎn)移到地下層，且還能夠有效的抵制公路隧道地下層對(duì)地上層的反力，屬于一種地基梁板，專門(mén)承載地上層的荷載壓力（荷載分為臨時(shí)荷載與永久性荷載）。為了保護(hù)公路隧道不出現(xiàn)裂縫，仰拱的受力狀態(tài)相對(duì)就比較復(fù)雜。觀察國(guó)內(nèi)外公路隧道工程的建設(shè)發(fā)現(xiàn)，由于公路隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式、施工隊(duì)施工等原因，出現(xiàn)公路隧道出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)面臨坍塌的危險(xiǎn)情況，造成多起交通事故的發(fā)生。[2]嚴(yán)重的威脅了交通安全。類似的實(shí)例并不少見(jiàn)，想要是公路隧道結(jié)構(gòu)堅(jiān)固穩(wěn)定，必須進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和加強(qiáng)施工隊(duì)監(jiān)督，防治偷工減料。公路隧道仰拱的結(jié)構(gòu)呈反向拱形，目的是轉(zhuǎn)移保護(hù)地面表層結(jié)構(gòu)的壓力。適合公路隧道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2. 湖北省云嶺的公路隧道大部分位于山嶺之間，為了防止公路隧道斷裂，必須根據(jù)地形角度出發(fā)設(shè)計(jì)出合理，完善的仰拱起拱結(jié)構(gòu)。一般的仰拱均是鋼筋混凝土，初期，仰拱與主洞成環(huán)工字鋼，采取左右半幅度施工。2006年底，有人發(fā)現(xiàn)公路隧道有隆起現(xiàn)象，但并未對(duì)其進(jìn)行重視。直至2008年初發(fā)現(xiàn)隧道隆起呈現(xiàn)出不同程度上的變化、且局部出現(xiàn)裂痕時(shí)才被作為重點(diǎn)分析。[3]

三、隧道仰拱起拱產(chǎn)生的原因

外力方面設(shè)計(jì)方面施工方面

襯砌圍巖的水位較高，壓力較大實(shí)際設(shè)計(jì)與地質(zhì)條件差別較大，劃分不明確，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足施工質(zhì)量差、仰拱起拱填充不牢固，水壓力較大

經(jīng)分析，公路隧道仰拱起拱起拱變形主要是由于：

1. 除了外力方面，設(shè)計(jì)方面和施工方面等問(wèn)題，還有土地的因素及高地應(yīng)力等。首先是地址的原因，建設(shè)公路隧道時(shí)，被暴露出的圍巖屬于弱風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)巖，在次級(jí)結(jié)構(gòu)面的影響下易破碎。圍巖的強(qiáng)度和硬度較低，把力學(xué)的特征表現(xiàn)成膨脹性、流變性及可塑性等等。炭質(zhì)的巖層容易膨脹，遇水變泥，大多數(shù)施工地都有豐富的地下，因此，導(dǎo)致巖層結(jié)構(gòu)下沉，仰拱慢慢翹起。

2. 根據(jù)實(shí)地調(diào)查進(jìn)行綜合分析，造成公路隧道仰拱起拱的原因有（1）地質(zhì)因素。公路隧道開(kāi)挖暴露出來(lái)的圍巖屬于弱風(fēng)化或者強(qiáng)風(fēng)化千層巖，比較破碎。千層巖本身屬于軟巖層，強(qiáng)度和硬度值都較低，具有膨脹、流動(dòng)及崩解等特性。因此，千層巖遇水就會(huì)化成泥，公路隧道施工現(xiàn)場(chǎng)低下水本就豐富，加上千層巖，以致仰拱的承載力超出基礎(chǔ)承載的范圍，結(jié)構(gòu)開(kāi)始下沉，出現(xiàn)仰拱向上翹起的起拱現(xiàn)象?！?】0（2）公路隧道的埋深一般有292m，具有較的鉛直地應(yīng)力。隧道出現(xiàn)斷裂和隧道口處以小角度發(fā)生相交。且初始應(yīng)力大小、方向與地質(zhì)構(gòu)造具有密切的關(guān)系。比如，交叉處出現(xiàn)斷裂構(gòu)造情況就會(huì)產(chǎn)生極大的應(yīng)力，剩余的斷裂構(gòu)造得到解放，巖體發(fā)生重新分布等。通過(guò)這些可以知道，斷裂結(jié)構(gòu)發(fā)生之前，水平的地應(yīng)力是極大的，斷裂后的地質(zhì)應(yīng)力沒(méi)有的到完全解放，水平地應(yīng)力只有一定的量級(jí)等。[4]（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的仰拱采取的素混泥土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)之前對(duì)地質(zhì)了解不足，結(jié)構(gòu)中缺乏保護(hù)支柱。另外，就是施工影響，施工過(guò)程中采取半幅施工，從整體上減退了仰拱的支撐力，從而導(dǎo)致仰拱破壞，出現(xiàn)斷裂。等公路隧道開(kāi)挖之后，應(yīng)力重新分布，整個(gè)過(guò)程十分復(fù)雜，加上時(shí)間比較長(zhǎng)的因素，直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)暫時(shí)穩(wěn)定的假象，而不被人發(fā)覺(jué)，長(zhǎng)期下來(lái)，應(yīng)力慢慢自動(dòng)釋放，仰拱起拱開(kāi)始發(fā)生變化等。【7】公路隧道工程設(shè)計(jì)中的圍巖類別對(duì)比表。

經(jīng)分析，公路隧道的原工程設(shè)計(jì)，1類的圍巖者占比例36.8%；2類的圍巖者占比例45.6%；3類的圍巖者占比例53. 3%；1—2類的圍巖者占比例22%。那么實(shí)際上的開(kāi)挖情況為如圖所述。顯而易見(jiàn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)結(jié)構(gòu)受力、地基的總體承載力等問(wèn)題的考慮設(shè)計(jì)，跟實(shí)際情況相差太大，盡管在施工的過(guò)程中不斷的針對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，公路隧道內(nèi)拱的設(shè)計(jì)仍舊收到了影響，為之后的仰拱起拱狀況的出現(xiàn)埋下隱患等。

3.近年來(lái)，公路隧道襯砌裂縫狀況的產(chǎn)生并不稀奇。公路隧道襯砌裂縫主要是結(jié)構(gòu)受力過(guò)度引起的裂縫，是襯砌受力的綜合反映狀態(tài)。襯砌裂縫的部位及性質(zhì)與襯砌的結(jié)構(gòu)、幾何上的尺寸、圍巖壓力及襯砌的分布、施工技術(shù)等具有密不可分的關(guān)系。主要原因：（1）公路隧道中的拱、墻施工結(jié)束后，未等到混凝土達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度對(duì)拱、強(qiáng)進(jìn)行拆除。（2）施工過(guò)程中應(yīng)注意，一定要按照先拱后墻的順序施工，但在開(kāi)挖的出現(xiàn)馬口過(guò)長(zhǎng)、拱腳處懸浮的時(shí)間較長(zhǎng)、或者兩邊墻的封口不嚴(yán)密等，造成仰拱起拱狀況產(chǎn)生。（3）施工過(guò)程中，襯砌的背后回填不夠密實(shí)、再者就是沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)壓漿。（4）施工過(guò)程中襯砌與開(kāi)挖太過(guò)緊密，施工放炮的距離與襯砌太近，藥量過(guò)多等。（5）襯砌的厚度達(dá)不到規(guī)定厚度，施工的質(zhì)量不是很好。（6）襯砌施工中，偏壓隧道、洞口的地方，山坡本身具有不穩(wěn)定性，而且壓力過(guò)大，減載的措施不完善，加上地質(zhì)本身的不均勻性，斷裂的狀況相繼出現(xiàn)。

四、公路隧道仰拱起拱防護(hù)方案

1.加強(qiáng)監(jiān)督量測(cè)，掌握變形的情況進(jìn)行討論分析，根據(jù)變形情況制定相應(yīng)的處理方案，適度的調(diào)高仰拱的弧度，并改為鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，防治仰拱變形。仰拱混泥土不僅能夠分擔(dān)部分圍巖的荷載能力，還具有安全儲(chǔ)備作用?！?】 仰拱量測(cè)的墻基礎(chǔ)必須按照間隔19cm的距離植入58cm長(zhǎng)24連接鋼筋，這樣做可以加強(qiáng)仰拱起拱和整個(gè)襯砌的連接度增強(qiáng)。針對(duì)仰拱起拱的處理方案：對(duì)原有的仰拱進(jìn)行鑿除（也可以進(jìn)行填充砼來(lái)實(shí)行）；增加地下層的深度，擴(kuò)大仰拱的弧度；打設(shè)D27中空注漿長(zhǎng)460cm左右的錨桿在仰拱兩側(cè)的供腳處，縱向保持99cm的間距；打設(shè)22MnSi22 砂漿長(zhǎng)252cm長(zhǎng)的錨桿在仰拱的底部，間距保持在110cm即可；兩側(cè)必須打上加強(qiáng)連接筋，并綁扎仰拱鋼筋等；此外，進(jìn)行砼填充即可。

總結(jié)

通過(guò)對(duì)公路隧道及云嶺地區(qū)的公路隧道仰拱起拱及填充隆起的分析表明，必須加強(qiáng)仰拱整體的荷載能力，為交通運(yùn)輸、交通安全提供方便和保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]張濤，夏述光，譚顯坤等.斷裂構(gòu)造對(duì)山區(qū)公路隧道選線與施工的影響研究[J].巖土力學(xué)，2005，Vol.2，增刊2，275～278.

[2]陳勇。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院. 兩鄖斷裂帶對(duì)十漫高速公路隧道圍巖穩(wěn)定性影響[R]. 2003：79-80.

[3]趙占廠.黃土公路隧道結(jié)構(gòu)工程性狀研究［D］. 2004：46-47.

[4]吳祥松.高速公路連拱隧道施工時(shí)空效應(yīng)及動(dòng)態(tài)三維反饋分析［D］．2007：659-660.

[5]朱合華，劉學(xué)增．仰拱施工工序?qū)λ淼雷冃渭敖Y(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響分析［C］.第六次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集. 2000： 675 －678．

[6]中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院.兩鄖斷裂帶對(duì)十漫高速公路隧道圍巖穩(wěn)定性影響[R].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），2003：6—7.

[7]同濟(jì)大學(xué)云南元磨高速公路隧道監(jiān)測(cè)組．云南元磨高速公路隧道施工監(jiān)測(cè)報(bào)告[R]．上海：同濟(jì)大學(xué)，2000--2003．