楊春平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司， 貴陽　550001)

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古牛坡隧道二次襯砌開裂處治設(shè)計

楊春平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司， 貴陽550001)

摘要：古牛坡隧道地處貴州省西部高原山區(qū)，地形地質(zhì)復(fù)雜，圍巖較差。隧道2次襯砌在防火涂料施工完畢后出現(xiàn)開裂。對該隧道2次襯砌裂縫進行監(jiān)測及處治，使2次襯砌最終達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。其2次襯砌開裂處治設(shè)計方案對今后類似工程具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：古牛坡隧道；2次襯砌；開裂；處治設(shè)計

1工程概況

古牛坡隧道位于貴州省綏陽至遵義高速公路[1]，為分離式中隧道。其左幅起止樁號ZK19+456～ZK20+060，長640 m，最大埋深126 m；右幅起止樁號YK19+450～YK20+050，長600 m，最大埋深115 m。左幅進口線形位于平面半徑為1 900 m的圓曲線上，出口段位于直線上；右幅平面線形位于平面半徑為2 600 m的圓曲線上。左右幅均為下坡，坡度為-1.33%。隧址區(qū)地處云貴高原貴州省西部高原山區(qū)，受侵蝕-溶蝕影響，地形條件較為復(fù)雜。隧址區(qū)覆蓋層為殘坡積層(Qel+dl)粉質(zhì)粘土，基巖為石炭系下統(tǒng)擺佐組(C1b)灰白色厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、石炭系下統(tǒng)大塘組(C1d)灰色-灰黑色泥巖局部夾粉砂巖。圍巖以Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ級為主。隧道洞身襯砌設(shè)計以新奧法原理為指導(dǎo)[2]，采用復(fù)合式襯砌，即以系統(tǒng)錨桿(或注漿鋼花管)、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、工字型鋼拱架或格柵拱架作為初期支護，并根據(jù)不同的圍巖級別(Ⅴ、Ⅳ級)輔以大管棚、超前小導(dǎo)管等超前支護措施，2次襯砌采用模筑混凝土或鋼筋混凝土，在初期支護與2次襯砌之間敷設(shè)1.5 mm厚防水板及350 g/m2無紡?fù)凉げ甲鳛榉浪畬?，并根?jù)圍巖級別和洞室埋深條件擬定相應(yīng)的支護參數(shù)[3]。

22次襯砌開裂介紹

古牛坡隧道2次襯砌防火涂料施工完畢后，2013年10月，在例行巡查中發(fā)現(xiàn)隧道2次襯砌開裂，具體如下：左幅拱部裂縫呈樹杈狀發(fā)展，寬度約為3 mm，局部有環(huán)向裂縫，拱腰多為縱向裂縫，長度多為3～5 m；右幅裂縫主要呈縱向發(fā)展，多集中于電纜槽上方1～3 m及拱腰位置，寬度約為1～3 mm。

32次襯砌監(jiān)測方案設(shè)計

為了對隧道2次襯砌裂縫處治設(shè)計提供相關(guān)資料及處理依據(jù)，擬定了裂縫檢測方案，以進一步監(jiān)測裂縫發(fā)展情況。監(jiān)測主要從2次襯砌表面裂縫入手，記錄裂縫的變化過程，查看裂縫是否繼續(xù)擴大或出現(xiàn)新的變化[4]。監(jiān)測工作主要包括：2次襯砌沉降情況監(jiān)測(環(huán)向裂縫)，裂縫深度、裂縫寬度和裂縫長度擴展情況監(jiān)測[5]。

3.12次襯砌沉降監(jiān)測

主要作用：針對環(huán)向裂縫，監(jiān)測該裂縫所在環(huán)的2次襯砌是否仍處于沉降期內(nèi)或沉降速率是否滿足設(shè)計要求。

監(jiān)測方法：從拱頂沿裂縫兩側(cè)分別埋設(shè)1個沉降觀測點，以測量裂縫兩側(cè)相對沉降量。另外，在靠近開裂環(huán)兩邊的未開裂環(huán)2次襯砌拱頂各布置1個沉降觀測點，其與裂縫處的2點都位于隧道拱頂部位，并形成一字，以校核有裂縫段沉降。觀測點具體布置如圖1所示。

圖1　沉降觀測點布置

3.2裂縫深度擴展監(jiān)測

主要作用：監(jiān)測裂縫的深度有無擴大。

監(jiān)測方法：利用超聲波檢測混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫深度是一種重要的混凝土無損檢測方法。古牛坡隧道采用DJCS-05型裂縫測深儀進行裂縫深度量測，避免了用常規(guī)量測儀器量測時較為繁復(fù)的量測和計算過程。其測深原理為：振動能量在混凝土內(nèi)傳播，穿過裂縫時，振動能量在裂縫端點產(chǎn)生衍射，衍射角與裂縫深度具有幾何關(guān)系，且依據(jù)該幾何關(guān)系，可實現(xiàn)裂縫的高精度測深。DJCS-05型裂縫測深儀主要由信號發(fā)射、接收,信號處理、顯示、鍵盤操作、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐卧M成。首先由信號發(fā)射單元向混凝土內(nèi)部發(fā)射超聲波，接收換能器接收超聲波信號,信號處理單元對接收的信號進行處理，根據(jù)收發(fā)間距換算裂縫的深度并顯示、儲存。DJCS-05型裂縫測深儀工作原理如圖2所示。

3.3裂縫寬度擴展監(jiān)測

主要作用：監(jiān)測裂縫的寬度有無擴大。

監(jiān)測方法：將CJ-301 型振弦式測縫計垂直于裂縫布設(shè)，以便對裂縫寬度發(fā)展情況進行監(jiān)測。CJ-301 型振弦式測縫計主要由振弦式應(yīng)變計構(gòu)成。一般的振弦式應(yīng)變計采用薄壁圓管結(jié)構(gòu)，以鋼弦作為傳感器元件，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2　DJCS-05型裂縫測深儀工作原理示意

圖3　振弦式應(yīng)變計結(jié)構(gòu)示意

振弦式應(yīng)變計工作方式為脈沖電流間歇激發(fā)式，當所測結(jié)構(gòu)物發(fā)生應(yīng)變時，應(yīng)變計左右端座將產(chǎn)生相對位移并傳遞給鋼弦，使鋼弦受力發(fā)生變化，從而導(dǎo)致鋼弦固有頻率發(fā)生改變。應(yīng)變計輸出脈沖信號，脈沖信號通過線圈時激振鋼弦并檢測出線圈所感應(yīng)到的信號頻率，經(jīng)換算便可得到被測結(jié)構(gòu)物的應(yīng)變量。

3.4裂縫長度擴展監(jiān)測

主要作用：查看裂縫是否繼續(xù)延伸。

監(jiān)測方法：采用放大鏡和游標卡尺，按十字線方式來確定裂縫起止點的相對位置。準確記錄裂縫的初始長度，并將其作為原始數(shù)據(jù)，便于與后續(xù)測量數(shù)據(jù)進行對比分析。2次襯砌裂縫長度擴展監(jiān)測如圖4所示。

圖4　2次襯砌裂縫長度擴展監(jiān)測示意

42次襯砌開裂及監(jiān)測分析

古牛坡隧道地質(zhì)勘察資料揭示，隧址區(qū)無大的地質(zhì)構(gòu)造及不良地質(zhì)，地下水位較低；隧道貫通1年多來，未有地震暴雨等強烈地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，即使2次襯砌有局部裂縫，但整體還是平順，未有掉塊、凸起，裂縫處未見漏水和冒漿現(xiàn)象，地表也未見大的裂縫。由上述裂縫監(jiān)測可知，該隧道2次襯砌裂縫長度、寬度、深度無明顯變化，初步判斷2次襯砌處于較穩(wěn)定狀態(tài)，其為下一步裂縫處治提供了相關(guān)依據(jù)。

5處治方案設(shè)計

基于古牛坡隧道后期運營安全的考慮，并根據(jù)相關(guān)監(jiān)測結(jié)果，對該隧道2次襯砌裂縫采取了如下處理措施。

1) 隧道兩側(cè)邊墻及墻腳使用Φ76 mm注漿鋼花管加固[6]，以保證2次襯砌安全，其相關(guān)設(shè)計如圖5所示。

2) 2次襯砌裂縫清理干凈并保持干燥。

3) 環(huán)向及縱向裂縫用環(huán)氧樹脂充填密實。

4) 將開裂的2次襯砌表面清理干凈，保持干燥，外貼1 cm厚鋼帶，中間用改性環(huán)氧樹脂粘結(jié)，并用M24化學(xué)錨栓錨固。膠粘劑必須用A級膠，通過壓力灌漿形成飽滿而高強的鋼層。2次襯砌外表面粘結(jié)鋼帶相關(guān)設(shè)計如圖6所示[7]，M24化學(xué)錨栓布置如圖7所示。

5) 根據(jù)混凝土裂縫觀測及2次襯砌檢測結(jié)果，對于支護結(jié)構(gòu)整體不穩(wěn)定的區(qū)域，采用加密注漿小導(dǎo)管支護，以保護支護結(jié)構(gòu)整體安全。對于支護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的區(qū)域，支護設(shè)計時可取消拱部注漿小導(dǎo)管并加強拱腳注漿小導(dǎo)管[8]。

圖5　注漿加固設(shè)計示意

6) 施做完畢后的鋼板表面噴涂環(huán)氧類防銹漆進行防銹處理，最后噴涂防火涂料。

7) 鑿除拱部局部防火涂料，以便長期觀察2次襯砌裂縫發(fā)展情況。

8) 施工時注意安全，做好相應(yīng)的交通管制，避免發(fā)生交通事故?；瘜W(xué)錨栓施工時必須佩帶手套、口罩、護目鏡、安全帽等相關(guān)防護用品。若錨固劑不慎濺到皮膚和衣服上，立即用清水沖洗干凈，情況嚴重的立即就醫(yī)。

6處治效果評價

采取上述措施后，對處治后的古牛坡隧道2次襯砌裂縫進行了持續(xù)跟蹤監(jiān)測，確定2次襯砌沉降、裂縫均處于穩(wěn)定狀態(tài)。同時，采用有限元對不同圍巖級別的隧道2次襯砌內(nèi)力及安全系數(shù)進行了驗證計算[9]，計算結(jié)果如圖8所示。

圖6　粘貼鋼帶設(shè)計示意

圖7　M24化學(xué)錨栓布置示意

注：N 為軸力，kN；M為彎矩，kN·m；A為安全系數(shù)。

從圖8可以看出，3種圍巖條件下襯砌結(jié)構(gòu)形式的2次襯砌內(nèi)力都較小，最大軸力(165 kN)、最大彎矩(-15.97 kN·m)都發(fā)生在Ⅴ級圍巖斷面；2次襯砌安全系數(shù)較大。

7結(jié)束語

古牛坡隧道2次襯砌裂縫采取相關(guān)措施處治后，從監(jiān)控量測和數(shù)值模擬計算看，2次襯砌裂縫未出現(xiàn)滲漏水及擴展現(xiàn)象，隧道結(jié)構(gòu)是安全的，處治措施達到了應(yīng)有效果，其可為類似工程施工提供借鑒。

參 考 文 獻

[1]貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司.貴州省綏陽至遵義高速公路青山至檬梓橋段古牛坡隧道二次襯砌裂縫開裂處治咨詢報告[R].貴陽：貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，2013.

[2]重慶交通科研設(shè)計院.JTG D70—2004公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004．

[3]關(guān)寶樹.隧道施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]王華牢，劉學(xué)增，李寧，等.裂縫隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全評價與加固研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010，29(增1)：2651-2656.

[5]葉飛，朱合華.連供隧道襯砌裂縫的三維監(jiān)測研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006，43(2)：30-33.

[6]李柱.隧道襯砌病害檢測與處治措施的研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2011.

[7]陳禮偉.淺析隧道產(chǎn)生病害的原因[J].隧道建設(shè)，2004，24(2)：83-85.

[8]陳東柱.高速鐵路隧道襯砌裂縫病害及整治措施研究[D].長沙：中南大學(xué)，2012.

[9]劉庭金，朱合華，丁文其.某高速公路隧道二次襯砌安全性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2004(1)：75-78.

Design of Treatment for Cracking of Secondary Lining in Guniupo Tunnel

YANG Chunping

Abstract:Guniupo Tunnel is located in plateau mountain area in the west of Guizhou Province with complicated terrain and geology and bad wall rock. Cracking appeared on the secondary lining after construction of fireproof coating. The secondary lining cracks were monitored and treated, enabling the secondary lining to reach relatively stable status finally. The design scheme of treatment for cracking of the secondary lining exhibits certain reference significance for similar projects in the future.

Keywords:Guniupo Tunnel; secondary lining; cracking; treatment design

文章編號：1009-6477(2016)02-0098-04

中圖分類號：U455.91

文獻標識碼：B

作者簡介：楊春平(1984-)，男，四川省廣安市人，碩士，工程師。

收稿日期：2015-11-23

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.02.022