陳星宇CHEN Xing-yu;鄭勇ZHENG Yong;張偉ZHANG Wei
(云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,昆明 650041)
云南地處青藏高原南延部分,大部分地區(qū)位于西南橫斷山脈地帶,94%以上的面積為山區(qū),山高谷深,地勢險峻,隧道不可避免地成為了公路選線中克服困難地形的有效措施[1]。隨著公路隧道數(shù)量的急劇增加,諸如襯砌開裂、滲漏水、路面開裂、基底下沉、底鼓、侵限、凍害、震害等各種隧道病害也就相應(yīng)出現(xiàn)。這些病害對隧道運(yùn)營期的行車安全、行車環(huán)境及行車舒適性造成了不同程度的影響。根據(jù)資料表明,目前我國有大約30%的公路隧道處于病害發(fā)育的亞健康狀態(tài)[2]。因此,在不久的將來,公路隧道病害處治將會進(jìn)入高頻率階段。楊春平等[3]以廈蓉高速雞照隧道工程為例,對隧道襯砌開裂、電纜槽下沉、邊墻滲漏水等病害的檢測及處治技術(shù)進(jìn)行了研究。余順等[4]依據(jù)高寒區(qū)某隧道襯砌裂縫調(diào)查結(jié)果,基于斷裂力學(xué)理論,采用有限元模擬計算隧道二襯混凝土裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子,并引入裂縫尖端的穩(wěn)定系數(shù)作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫安全性評價的判定依據(jù)。孟陸波等[5]依托某(炭質(zhì))千枚巖隧道,基于其二襯開裂特征,結(jié)合監(jiān)控量測及工程地質(zhì)條件分析了隧道二襯開裂的機(jī)理,并采用數(shù)值計算分析探討了隧道二襯的支護(hù)時機(jī)。
本文依托武定至易門高速公路三臺坡隧道工程,針對其二次襯砌開裂問題,進(jìn)行了裂縫檢測及監(jiān)測,結(jié)合工程地質(zhì)條件及施工情況對裂縫成因進(jìn)行分析,并提出了裂縫處治方案,以期為類似工程的裂縫處治提供參考。
三臺坡隧道為雙洞三車道連拱隧道,隧道全長300m,起止點樁號為K72+440~K72+740;隧道全線位于圓曲線上;隧道所在路段縱坡為:隧道起點~K72+590.852為-1.900%,K72+590.852~隧道止點為-2.900%;最大埋深約54.6m。該隧道所在路段設(shè)計速度為100km/h,汽車荷載等級為公路—Ⅰ級。隧道按8(Ⅷ)度設(shè)防。隧道主洞采用三心圓曲墻式斷面,仰拱采用大半徑圓弧坦拱方案;建筑限界寬度為14.5m,高度為5m。圖1所示為隧道的內(nèi)輪廓設(shè)計。
隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低中山地貌,地形起伏較大。受地形條件影響,區(qū)內(nèi)立體氣候特點十分明顯,干濕分明,雨熱同季;多年平均降雨量為817.4mm,相對濕度72.0%,雨量充沛。隧道區(qū)地表水不發(fā)育,主要為受大氣降水補(bǔ)給的地表沖溝水。地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水。
隧址區(qū)位于揚(yáng)子亞板塊次級構(gòu)造單元康滇古隆起,位于經(jīng)向構(gòu)造體系的普渡河斷裂與綠汁江斷裂間。羅茨至易門斷裂為區(qū)內(nèi)主要斷裂,隧址區(qū)則位于其影響帶內(nèi),受其影響,圍巖產(chǎn)狀變化較多,巖體破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,風(fēng)化層厚。三臺坡隧道地層以前震旦系下統(tǒng)澄江組(Zac)砂巖為主,圍巖呈強(qiáng)~中風(fēng)化,中細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,巖質(zhì)硬且脆,節(jié)理裂隙發(fā)育。隧道穿越三賢村1號斷層,該斷層與路線呈83°斜交,斷層性質(zhì)不明,受斷層影響,局部地段巖體破碎。全隧均為Ⅳ級、Ⅴ級圍巖。
隧道采用無中導(dǎo)連拱隧道的方案。以左幅隧道作為先行洞先施工,掌子面開挖采用環(huán)形預(yù)留核心土法,右幅隧道作為后行洞后施工,掌子面開挖采用CRD法。先行洞二襯應(yīng)始終超前后行洞掌子面的距離不小于40m。先行洞施工中,三臺階開挖應(yīng)錯開,錯開長度為5~10m;后行洞施工中,左右斷面開挖必須錯開,錯開長度10~15m。隧道開挖應(yīng)以機(jī)械開挖為主,必要時可采用控制爆破施工,爆破震動速度控制標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)小于15cm/s。
圖1連拱隧道內(nèi)輪廓設(shè)計圖
隧道裂縫分布在先行洞(左幅)ZK72+455~ZK72+715段,于后行洞(右幅)開挖掘進(jìn)時出現(xiàn),后行洞無明顯裂縫出現(xiàn)。圖2所示為裂縫分布區(qū)域圖。(圖3)
圖2三臺坡隧道裂縫分布區(qū)域圖
圖3三臺坡隧道拱腰及邊墻處縱向裂縫
三臺坡隧道裂縫主要有兩種類型:第一類裂縫為縱向裂縫,整體以平行隧道軸線分布為主,并有斜向裂縫與之交錯分布;裂縫主要分布于先行洞(左幅)靠近中墻一側(cè)的拱腰、拱腳及邊墻位置,在拱腳和拱腰之間集中分布;該類裂縫是三臺坡隧道的主要裂縫類型,在ZK72+498~ZK72+516、ZK72+525~ZK72+624、ZK72+642~ZK72+651段裂縫較為嚴(yán)重,呈羽毛狀分布;該隧道裂縫寬度為0.1~2.32mm不等。第二類裂縫為環(huán)向裂縫,分布于施工縫附近,并從隧道拱頂向兩側(cè)發(fā)展,共有三道,分別位于ZK72+530(寬度約1.32~1.56mm)、ZK72+695(寬 度 約0.28~0.42mm)、ZK72+711(寬度約0.35~0.44mm)處,長度約為22m。圖4所示為裂縫展布圖。
裂縫監(jiān)測采用玻璃貼片、裂縫測寬儀兩種方法進(jìn)行,在隧道先行洞(左幅)共布設(shè)22組觀測點,共計44個監(jiān)測點。根據(jù)裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,三臺坡隧道裂縫均為干裂縫,且總體上已趨于穩(wěn)定。表1所示為裂縫監(jiān)測情況一覽表。
根據(jù)檢測資料,并結(jié)合三臺坡隧道地形地質(zhì)條件和施工情況,對隧道左幅(先行洞)二襯出現(xiàn)裂縫的原因分析如下:①對于第一類裂縫,以縱向裂縫為主,主要由于該隧道所穿越區(qū)域地形偏壓,加之后行洞開挖過程中荷載重分布,集中作用于先行洞拱腰、拱腳和邊墻部位,造成了此區(qū)域混凝土出現(xiàn)張拉裂縫。②對于第二類裂縫,即環(huán)向裂縫,其出現(xiàn)位置主要靠近施工縫交接處,為施工工序調(diào)整銜接因素造成。(圖5)
圖5三臺坡隧道平面圖
①該處治方案僅針對已穩(wěn)定的二襯裂縫。②處治方案遵循消除安全隱患、且滿足使用功能的基本原則。③裂縫處治方案應(yīng)保證二襯的穩(wěn)定性和耐久性滿足要求;處治后的隧道能達(dá)到竣工驗收的要求,并方便運(yùn)營管理和養(yǎng)護(hù)。④處治方案應(yīng)盡量減少對已建成隧道結(jié)構(gòu)的破壞,并兼顧建設(shè)工期要求。⑤結(jié)合工程特點,盡量采用技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠、施作簡單的技術(shù)方案。
三臺坡隧道先行洞(左幅)二襯共有主要裂縫22處,其中,縱向裂縫19處,環(huán)向裂縫3處。對于以上22處裂縫,均采用灌漿法進(jìn)行處理,漿液材料采用環(huán)氧樹脂。灌漿修補(bǔ)加固前,根據(jù)裂縫寬度及裂縫分布情況,分別采取以下措施:①對于寬度不大于0.2mm的裂縫,采用表面封閉法。灌漿前需清除裂縫表面的灰塵、浮渣等附著物,對于裂縫內(nèi)的灰塵及雜物也應(yīng)清除;并用甲苯、酒精等有機(jī)溶液,沿裂縫兩側(cè)不小50mm的范圍進(jìn)行擦洗,然后吹干。②對于寬度大于0.2mm的裂縫,采用開槽法。灌漿前沿裂縫開槽,開槽槽型為“V”字型,開槽深度不小于20mm,開槽寬度不小于15mm,且要有利于封縫。開槽時先沿裂縫開鑿,再向兩側(cè)加寬,鑿?fù)旰笮鑼⒒炷了樾技胺蹓m等清除干凈。③對于ZK72+498~ZK72+516、ZK72+525~ZK72+624、ZK72+642~ZK72+651段裂縫分布密集,呈羽毛狀分布的地段,除采用開槽法外,還可采用鉆孔法進(jìn)行補(bǔ)充。對于走向不規(guī)則的裂縫,應(yīng)采用騎縫鉆孔并加鉆斜孔的方式,以增大漿液的擴(kuò)散通道。鉆孔后需清除孔內(nèi)的碎屑粉塵。
圖4三臺坡隧道裂縫展布圖
圖6二襯裂縫處理措施示意圖
表1三臺坡隧道先行洞(左幅)二襯裂縫監(jiān)測情況一覽表
裂縫封閉固化后應(yīng)進(jìn)行壓氣試漏,用于檢查密閉效果。裂縫修復(fù)完成后需對裂縫部位進(jìn)行隨機(jī)鉆芯取樣和無損檢測,以確保裂縫處治達(dá)到良好效果。隧道二襯裂縫處治完成后,還需建立健康診斷監(jiān)測系統(tǒng)對裂縫處治段進(jìn)行長期監(jiān)測,分析隧道的受力情況,以對隧道的安全性做出判斷。
本文依托武易高速公路三臺坡隧道工程,針對其二襯裂縫問題,根據(jù)隧址區(qū)的地形地質(zhì)條件,并結(jié)合裂縫檢測及監(jiān)測情況,對隧道二襯裂縫發(fā)生的原因進(jìn)行了分析,最后提出采用灌注環(huán)氧樹脂漿液修補(bǔ)加固的方法,安全有效地對裂縫進(jìn)行了處理,可為類似工程的處治提供借鑒及參考。