作者簡(jiǎn)介：潘佰雙（1993—），工程師，主要從事工程管理工程師工作。

摘要：文章依托某在建隧道仰拱裂縫，介紹了仰拱裂縫段地質(zhì)及裂縫情況，在分析誘發(fā)裂縫產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，提出拱腳注漿大鋼管錨管+仰拱基底注漿小導(dǎo)管加固提高仰拱基底承載力，并結(jié)合拱腳泄壓管減小基底地下水壓力，輔以排水系統(tǒng)、路面結(jié)構(gòu)及襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的措施。處治措施實(shí)施后的裂縫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，該措施有效控制了仰拱裂縫發(fā)展。

關(guān)鍵詞：仰拱；裂縫；富水軟弱地層；隧道；處治措施

中圖分類號(hào)：U457⁺.2

0 引言

20世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)快速發(fā)展，隧道工程也迎來(lái)了建設(shè)高潮，隧道穿越惡劣地質(zhì)環(huán)境的案例越來(lái)越多。在施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)隧道仰拱裂縫病害^[1-4]。仰拱裂縫會(huì)分散隧道閉環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，進(jìn)而影響隧道的安全性能，還會(huì)導(dǎo)致地下水上涌上滲至路面，影響行車安全，且上滲水會(huì)增加隧道的濕度，腐蝕損壞隧道設(shè)備及構(gòu)件，因此隧道仰拱裂縫近年來(lái)逐漸被重視。眾多工程建設(shè)學(xué)者對(duì)仰拱裂縫的處治開(kāi)展了深入研究，積累了許多處治經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于嚴(yán)重裂損的仰拱裂縫，以拆除重新施作仰拱措施為主^[5-6]，由于地基承載力不足導(dǎo)致的仰拱裂縫多以隧道基底加固為主，如劉耿仁等^[7-8]提出鋼管樁加固，李曉俊^[9]提出在拱腳采用注漿鋼管錨固及注漿堵水，彭星等^[10]提出在襯砌拱腳設(shè)置樹(shù)根樁等。隧道穿越富水軟弱地層時(shí)仰拱裂縫更為常見(jiàn)，由于這種地層具有高含水率、低強(qiáng)度、易變形等特點(diǎn)，處治須及時(shí)合理才能根治裂縫。

本文以某隧道仰拱裂縫案例為依托，通過(guò)分析仰拱裂縫出現(xiàn)的原因，進(jìn)而提出合理的處治措施，并通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析處治效果，為類似工程提供處治經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 隧道概況

擬建隧道位于廣西桂林市，為分離式隧道，起訖樁號(hào)為K106+747～K108+188，總體走向約95°。隧道最大埋深約247.978 m。根據(jù)地勘資料，隧道進(jìn)口端發(fā)育一條正斷層，大致于K106+800～K106+900處與路線大角度相交，走向約340°，傾向約250°，長(zhǎng)約60 km，南北向，縱貫隧道穿越山體的背斜，斷面呈舒緩波狀，展布較遠(yuǎn)，斷裂帶壓碎現(xiàn)象明顯。進(jìn)洞口臨近三處沖溝，均為隧道山區(qū)匯水區(qū)，水量大，路基高程低于溝底高程。隧道區(qū)地層主要為第四系覆蓋層、石炭系大塘階（C₁d）、泥盆系郁江階（D₂y）、泥盆系那高嶺組（D₁n）及泥盆系蓮花山組（D₁l）基巖。

仰拱裂縫位于K106+858～K106+876段，該處隧道埋藏深度較淺，埋深40～70 m，且處于斷層核部，圍巖為斷層混合、中風(fēng)化砂巖，巖質(zhì)較軟，巖體較破碎。節(jié)理面走向與洞軸線夾角＜60°，傾角＞30°，降雨時(shí)，洞內(nèi)出現(xiàn)點(diǎn)滴狀-淋雨?duì)畛鏊Ｋ淼揽v斷面設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.2 設(shè)計(jì)支護(hù)概況

裂縫段設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)圍巖淺埋破碎帶型支護(hù)，采用4.5 m長(zhǎng)的?42 mm×4 mm雙層超前小導(dǎo)管，縱向間距為1 m，C25噴射混凝土初期支護(hù)厚度26 cm，Ⅰ20b初支鋼拱架的縱向間距50 cm，每環(huán)鋼拱架接頭處采用6 m長(zhǎng)的?89 mm×6 mm鎖腳鋼管（共12根），二次襯砌采用C35防水鋼筋混凝土襯砌，厚度為50 cm，其內(nèi)環(huán)向受力主筋采用C22@20 cm。

2 仰拱裂縫情況及原因分析

2.1 仰拱裂縫情況

隧道掌子面施工至K106+925時(shí)，右線隧道仰拱K106+858～K106+876線路中線右側(cè)約2 m處出現(xiàn)仰拱縱向裂縫，該處二次襯砌已施工完成。清掃排查后，未見(jiàn)橫向裂縫、二次襯砌拱部及邊墻裂縫。仰拱縱向裂縫主要為張拉裂縫，在二次襯砌延伸發(fā)育，裂縫寬度約為3 mm，裂縫長(zhǎng)度為18 m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取芯，裂縫深度約為0.45 m，裂縫呈微小錯(cuò)臺(tái)，貫穿仰拱充填層底部。

2.2 仰拱裂縫出現(xiàn)原因分析

隧道裂縫出現(xiàn)后，隨即展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、取芯、調(diào)研，展開(kāi)專家、參建各方討論，判定仰拱裂縫病害主要由地質(zhì)、雨水、施工等三方面原因造成。

（1）隧道穿越斷層破碎帶影響區(qū)域，受斷層影響，圍巖軟弱破碎、富水，仰拱底部圍巖體滲流強(qiáng)且遇水易軟化，承載能力大不足，導(dǎo)致隧道仰拱不均勻沉降，從而產(chǎn)生仰拱縱向裂縫。仰拱底部圍巖承載力不足是多數(shù)仰拱裂縫出現(xiàn)的主要原因之一。

（2）隧道施工穿越該區(qū)域時(shí)正值廣西雨季，降雨多且量大，降雨由洞口向沖溝匯聚。隧道埋深淺，地表水沿沖溝下滲，軟化拱頂圍巖，圍巖穩(wěn)定性大幅降低，增加巖體自重，隧道拱頂壓力增大，從而作用于仰拱基底的圍巖荷載增大。同時(shí)，下滲水增加了地下水高度，提高了隧道仰拱底部水壓力，檢測(cè)取芯結(jié)果也表明仰拱底部存在豐富地下水，且具有一定水壓。

（3）施工仰拱時(shí)，未及時(shí)疏排仰拱拱腳處積水，掌子面開(kāi)挖水流匯聚于仰拱施工處，長(zhǎng)期積累浸泡，降低圍巖承載力。

3 仰拱裂縫處治措施

通過(guò)分析可知仰拱基底承載力不足及仰拱底部積水是誘發(fā)仰拱裂縫的主要因素，因此隧道仰拱裂縫處治的關(guān)鍵在于提高仰供基底承載力及疏引仰拱底部圍巖地下水，減少水壓力。

3.1 仰拱底部注漿加固

為提高仰拱地基承載力，避免仰拱填充裂縫進(jìn)一步發(fā)育，對(duì)該段落仰拱基底采用注漿鋼管加固處治（圖2）。

（1）二次襯砌邊墻拱腳施工注漿鋼管加固，兩側(cè)邊墻拱腳各施工1排6 m長(zhǎng)?89 mm×6 mm的注漿鋼管，縱向間距2 m，豎向傾角為45°。

（2）仰拱填充層基底注漿加固。由仰拱填充層頂面豎直向下施工?42 mm×4 mm注漿小鋼管，長(zhǎng)度為5 m，梅花型間距布置，保證仰拱以下注漿深度≥3 m。

兩側(cè)拱腳注漿鋼管及仰拱基底注漿小鋼管注漿材料為水泥凈漿，漿液采用P.O.42.5級(jí)水泥配置，灰水比為1∶0.7，注漿終壓應(yīng)控制在1.5 MPa，單孔進(jìn)漿量＜10 L/min。

3.2 泄壓及排水結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

仰拱基底圍巖內(nèi)積水的疏通及排水結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)可以減少仰拱底部水壓力，避免后期運(yùn)營(yíng)地下水壓力過(guò)大，導(dǎo)致路面隆起開(kāi)裂（圖4）。

（1）二次襯砌拱腳泄水管泄壓。由二次襯砌拱腳傾斜45°向外鉆孔130 mm，超出隧道仰拱支護(hù)結(jié)構(gòu)，深入基底圍巖1 m，縱向間距為2 m，向鉆孔中埋入包裹雙層尼龍網(wǎng)的HDPE雙壁波紋管，HDPE雙壁波紋管深入圍巖段，管壁預(yù)留?12 mm的滲水孔，間距48 mm，呈梅花狀分布。如圖3所示。

（2）裂縫段加密橫向排水滲溝。仰拱裂縫段施工橫向排水滲溝，進(jìn)一步阻止裂縫處滲水上滲。橫向排水滲溝采用[8槽鋼倒扣至仰拱填充層頂部，采用土工布包裹密實(shí)，縱向間距為5 m。

3.3 路面及襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

路面及襯砌結(jié)構(gòu)裂損對(duì)后期運(yùn)營(yíng)安全影響大，加強(qiáng)路面及襯砌結(jié)構(gòu)具有重要意義。

（1）路面基層澆筑時(shí)，鋪設(shè)C12@15 cm×15 cm的防裂鋼筋網(wǎng)。

（2）隧道穿越斷層破碎帶段仍有40 m長(zhǎng)，為提高未澆筑二次襯砌段承載能力，未出現(xiàn)裂縫且未澆筑的二次襯砌采用C25@20 cm鋼筋加強(qiáng)。

4 處治效果分析

沿仰拱裂縫邊緣均勻打入7處錨固釘，作為仰拱裂縫豎直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，錨固釘位于裂縫同一側(cè)。自6月18日出現(xiàn)仰拱裂縫后，連續(xù)測(cè)量監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的豎向位移，監(jiān)測(cè)頻率為1次/d，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。

6月20日開(kāi)始進(jìn)行仰拱裂縫處治，注漿加固仰拱基底。由圖4可知，實(shí)施處治措施前，裂縫段仰拱處于持續(xù)沉降過(guò)程，裂縫急劇發(fā)展，處治措施實(shí)施時(shí)裂縫段仰拱沉降趨勢(shì)放緩，裂縫發(fā)展被控制。隨著處治措施的進(jìn)行，裂縫處于穩(wěn)定狀態(tài)，無(wú)明顯發(fā)展趨勢(shì)，表明處治措施效果明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)介紹依托工程仰拱裂縫情況，分析了仰拱裂縫原因，并針對(duì)性地提出了處治措施，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了措施的合理性和有效性，形成以下結(jié)論：

（1）仰拱基底承載力和仰拱底部積水是誘發(fā)仰拱裂縫的主要原因，處治過(guò)程中應(yīng)根據(jù)誘發(fā)原因針對(duì)性處治。

（2）仰拱裂縫基底承載力不足可以通過(guò)基底注漿加固+拱腳注漿鋼管錨固處治，避免裂縫進(jìn)一步發(fā)育。

（3）采用施工拱腳泄壓管及加強(qiáng)排水系統(tǒng)有效減小仰拱底部水壓力，避免后期路面隆起開(kāi)裂。

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