隧道衬砌混凝土裂缝原因分析及隧道安全评价

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１２期　・２８２・　２　０　０　７年４月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲｔ　Ｖ０１．３３　Ｎｏ．１２　Ａｐｒ　２００７　文章编号：１００９—６８２５（２００７）１２—０２８２—０２　隧道衬砌混凝土裂缝原因分析及隧道安全评价　邱新荣　摘要：对宁静铁路化静段郑家山隧道衬砌裂缝情况做了简要介绍，从地质、设计及施工三方面对衬砌裂缝产生的原因　进行了分析，并对隧道安全进行了客观评价。　关键词：衬砌混凝土裂缝，原因分析，安全评价　中图分类号：Ｕ４５１．４　文献标识码：Ａ　１工程概况　宁静铁路化静段郑家山隧道位于山西省宁武县化北屯乡，隧　２００５年８月下旬，隧道完工后施工单位向监理部递交了竣工　报告。９月初，监理部组织有关人员对隧道进行竣工预验收，在进　道全长１　２２４　ｍ（ＤＩ＜６７十８７９　ＤＫ６９十１０３），２００３年１２月开工建　行隧道观感检查时发现ＤＫ６８十９００处右侧边墙水沟盖板以上　１．５　ｍ的位置上出现了连续的纵向裂缝，缝宽０．５　ｒｌｑＡＴｌ－１．５　ｒ眦１，　设，２００５年８月完工。郑家山隧道由铁道部第一勘察设计院负责　深度不详，该裂缝基本是在连续的两模混凝土（２４　ｍ）范围内。发　设计、天津市地方铁路工程公司负责施工、山西铁路工程建设监　施工单位也派专人进行观察　理公司负责监理。隧道围岩为红色泥岩和砂岩，其中砂岩整体性　现问题后监理部立即组织进行调查，比较好，设计确定为Ⅳ类围岩。泥岩为强风化，节理发育，具有膨　变化和测量变形量。　从施工记录查实，该段衬砌混凝土是在２００４年７月１５日～　２００４年７月２０　Ｅｌ施工的，出现裂缝的时间估计是在２００５年８月　胀性，整体性差，设计确定为Ⅲ类围岩。施工中现场调查发现，该　隧道上部山体仅有少量的裂隙水，围岩基本无水，隧道存在一定　偏压现象但不是十分严重，隧道中部所受围岩压力较大。从地质　份，因为在完工以前项目管理人员每天进出隧道从未发现这一问　断面上分析，在ＤＫ６８十９８０处为两种类别岩石的分界面，这是一　题，同时以前的多次中间验收检查也未发现这一问题。可以初步　组垂直的大节理面，并且走向和隧道几乎平行，这对洞身将产生　不均衡的受力。　断定该段隧道混凝土衬砌在施工完一年左右的时间出现了纵向　裂缝。　２衬砌裂缝情况　施工单位从裂缝的不同部位凿孔检查，发现裂缝的可见深度　保证混凝土养生及压浆温度需要。对刚浇筑的节段混凝土，还需　续进行，一次完成。　在箱内设置火炉及热风炮进行加温，但需在底模及拆模后的腹板　４．１４封端　用塑料布覆盖或用喷雾器喷水保湿。　封端前对锚穴混凝土进行凿毛处理，并对锚具、锚垫板表面　４．１１　中跨合拢　及外露钢绞线用聚氨酯防水涂料进行涂刷；在锚穴内设置钢筋　为防止浇筑合拢段Ｃ块浇筑后，Ｂ，Ｄ块移动或挠曲对刚浇筑　网，并通过在锚垫板安装孔中拧入特制螺栓相接的方式使其与梁　的混凝土产生拉应力，在合拢段两侧的Ｂ，Ｄ块端部５０　ｃｒｎ处预埋　体连接；封端混凝土养生完成后，还要对封端处混凝土新旧混凝　了钢板箱以作为支顶后背，在Ｃ块浇筑前用型钢锁定。　土接茬面再进行涂刷聚氨酯防水处理。　４、１２预应力穿入及张拉　钢绞线的切割必须采用砂轮切割机切割，穿入前必须用绑线　５结语　从工期上来讲，支架现浇可减少工期，但从费用上来讲相对　逐根编成束穿入，严禁单根穿入以防相互缠绕，穿入时在端部穿　支出要多，从劳力来讲不需要很熟练的悬灌队伍，且线型控制及　入一楔形的钢块夹紧钢绞线，楔块前面系一钢丝绳或钢绞线利用　合拢要求均比悬灌简单，不需要特殊处理。对有周转材料、无长　卷扬机牵引穿入。　期合作的悬灌队伍、工期紧、冬季施工、具备现浇条件的，采用支　．　张拉工艺流程为：０—１０％　（作伸长量标记）一２０％　（测伸　架现浇相对比较容易。　长量作为０～１０％时的伸长量）－－－￣１００％　（静停５　ｍｉｎ）一补拉　参考文献：　（测伸长量）一千斤顶停止供油压（测回缩量）一锚固。　４．１３压浆　［１］ＴＺ　２１３—２００５，客运专线铁路桥涵施工技术指南［ｓ］，　［２］刘红伟．现浇预应力连续箱梁施工技术［Ｊ］．山西建筑，２００４，　３０（２４）：４５．　预应力管道压浆采用真空辅助压浆工艺，同一管道压浆应连　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ＳＵＮ　Ｘｉｎ－ｆｅｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｏｎｓｔｕｃｒｔｉｏｎ　ｏｆ　４０　ｍ十６４　ｍ十４０　ｍ　ｏｎ　Ｗｅｓｔ　Ｄａｗａｎｇ　Ｒｏａｄ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ—Ｔｉａｎｊｉｎ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ　ｐｒｏ—　ｊｅｃｔ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｓ　ｅｔｈｅ　ｗａｙｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｃｏｍｐａｒｅｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｗｈｉｃｈ　ｏｆｆｅｒｓ　Ｓｏｍｅ　ｔｈｏｕｇｈｔｓ　ｏｆ　ｍａｋｉｎｇ　ｐｌａｎｓ　ｆｏｒ　ｆａｍｉｌｉａｒ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｒｉｄｇｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｒｉｄｇｅ，ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ｃｒａｆｔｓ　收稿日期：２００６—１２—０５　作者简介：邱新荣（１９７０一），男，工程师，山西铁路工程建设监理公司，山西太原０３００２７　维普资讯 http://www.cqvip.com 第卷２０　０７摹１４２背　邱新荣：隧道衬砌混凝土裂缝原因分析及隧道安全评价　・２８３・　为３　ｃｍ～４　ｃｍ，ｌ司时又邀请中铁六局工程质量检测中心对裂缝的　通过监理多条隧道深切感受到，整体衬砌的受力状况远不及　宽度和深度进行了超声波检测，发现裂缝并未贯通整个衬砌，衬　复合衬砌的受力状况好，这大概就是复合衬砌被广泛采用的原因。　砌混凝土厚４０　ｃｍ，裂缝深度基本在７　ｃｍ～１０　ｃｍ之间，裂缝后边　整体衬砌促进了郑家山隧道衬砌裂缝的出现。当然在此并　是？昆凝土软弱夹层，推测裂缝位置正好处于混凝土的施工缝上。　不是有意夸大整体衬砌这种结构形式的不足，只是想说明如果郑　从现场的裂缝形态看，混凝土衬砌边墙内边缘受了一定的拉　家山隧道采用复合衬砌的话，衬砌的受力状况会更好一些、质量　应力作用，裂缝属于拉裂缝。根据２００５年９月～２００６年４月的　隐患也会更少一些。　观测，该段衬砌裂缝没有继续发展，说明围岩内部应力调整基本　３．３　施工原因　完成，隧道衬砌结构趋于稳定。　根据现场调查，该段衬砌在施工过程中，施工现场经常发生　３　裂缝产生原因分析　３．１　地质原因　控制着围岩压力的变化，而这一组节理面与隧道的相交处正好是　停电现象，一旦在混凝土浇筑过程中停电，如果发电机再不能及　时工作供电，混凝土难免会产生冷缝和夹层。经检测，该段衬砌　从以上分析可以看出，该段衬砌由于受到较大的围岩压力，　根据郑家山隧道穿越的地层看出，有一组较大的节理控制面　裂缝处正好是一条水平施工缝，其混凝土质量存在一定的缺陷。　隧道衬砌发生变形开裂的地段，这说明在该部位围岩压力发生了　并且围岩压力在不断地调整和释放，导致了在衬砌混凝土的质量　变化，同时在两种围岩的交界处使围岩发生了突变，导致了衬砌　薄弱处产生了拉裂缝。　拱圈承受了较大的压力。４　隧道衬砌加固方案　３．２设计原因　根据裂缝的形态判定，这些裂缝属于开裂较轻的情况，裂缝　该隧道１９９３年就由铁道部第一勘察设计院完成了设计，按　也未贯通整个衬砌，最大深度１０　ｃｉ－ｎ，占衬砌厚度的２５％。另外，　照当时的设计规范和标准，该隧道设计为整体衬砌筑，Ⅲ类围岩　根据２００５年９月￣２００６年４月的观测，该段衬砌裂缝没有继续　段为４０　ｃｍ厚直墙，Ⅳ类围岩段为４０　ｃｍ厚曲墙。当时既没有考　发展，直到２００６年９月竣工验收时，裂缝周围也没有任何明显变　虑围岩的初期支护，又没有考虑任何的防水措施。由于地方铁路　化。这说明该段围岩内部应力调整已经完成，隧道衬砌结构趋于　的特殊原因，设计完成后十多年才开始建设，和现在设计的隧道　稳定，衬砌混凝土裂缝对隧道的结构安全构不成威胁，采用环氧　相比，标准难免有些偏低。　已经成为目前隧道设计的主流。　树脂浆液修补裂缝即可。　随着隧道设计理念的更新和设计方法的不断完善，复合衬砌　５　隧道的安全评价　经过现场的调查分析结合中铁六局工程质量检测中心对裂　根据隧道围岩应力变化的特征，隧道开挖后围岩各点的应力　缝和衬砌质量的检测报告针对郑家山隧道的裂缝可以得出以下　，，状态要发生变化，应力要进行重新分布，最终达到新的平衡。每　几点结论：　种围岩均有一定的自稳能力，围岩的状况诸如岩性、整体完整性、　１）该隧道衬砌的强度厚度及同围岩的接触条件均符合设计　含水状态等越好，围岩的自稳能力就越强。复合衬砌的初期支护　和施工规范要求局部地段的混凝土施工缝存在接茬不良的质量　、，施工及时、Ｎ￣－＇ｂ、易变形、与围岩密贴，能够保护围岩和加固围　缺陷。２）由于特殊的地质条件使隧道围岩压力在节理面处发生　岩，促进围岩的应力调整，能够充分调动围岩本身的白稳能力，把　了较大的变化。３）由于设计为整体衬砌没有初期支护，在围岩　，，向视为外界作用荷载的围岩变为整体支护体系的一部分。复　压力和变形调整未完成的情况下施作了混凝土衬砌致使衬砌受　合衬砌的优点在于它符合岩体力学变化原理，能够按照岩体受力　到了较大的围岩压力。４）ＹＩｔｌ￣ＩＮ　２００５年９月～２００６年４月的裂缝　一，和变形的规律，按照力学变化的时间和变形的发展状况给予最适　变形观测和２００６年９月的竣工验收检查证明裂缝未继续发展，　宜的工程措施。复合衬砌是比较合理的结构形式，也是目前广泛　这表明该段围岩压力的调整和衬砌受力的调整已经完成。５）￣１１　，使用的隧道衬砌形式。形象地讲，复合衬砌是以柔克刚、因势利　据裂缝的检测报告显示裂缝深度不大，没有贯通衬砌厚度，最深　导，类似太极和柔道，整体衬砌则更象武术中的硬功。　处为１０　ｍ左右开裂情况较轻，对隧道安全构不成威胁，裂缝经　，，按照“短开挖、强支护、勤衬砌”的隧道施工原则，郑家山隧道　修￣ｂｌ！１］．－Ｉ６）从目前看，郑家山山体基本稳定，但为了保证隧道　。整体衬砌施工很多情况是在围岩还未稳定的情况下进行的。根　的安全运营应保证该段山体的稳定。如果山体不稳或沿节理面　据当时的施工情况，施工单位由于设计未考虑初期支护，也不愿　发生岩体外侧的松弛，还会引起围岩应力的变化，也可能带来压　，意在临时施工支护方面进行更多的投入，只能选择及时进行衬砌　力的重新分布和现有裂缝的继续发展。所以在运营中对该段衬　，施工这一办法。整体衬砌及时施工从安全的角度讲是对的，但从　砌还应定期观察。　围岩长期的受力状况来说，可能隐含着不利的一面。试想当围岩　参考文献：　正在变化、应力还在调整、开挖后新的平衡还未形成的时候，混凝　［１］ＴＢ　１０２０４—２００２铁路隧道施工规范［Ｓ］．　，土衬砌就迎头赶上，这无疑会加大衬砌的负荷。而复合衬砌则是　［２］鸥国浩干非．基础下人防坑道受力分析及处理方法［Ｊ］．建　在初期支护施工后，提高了围岩的白稳能力，在围岩应力调整接　筑技术２００５（３）：６９—７０．　，，近平衡、围岩变化基本趋于稳定后才开始进行二次衬砌施工，这　［３］陈雄冬隧道工程常见通病的原因分析及防治［Ｊ】．山西建筑，　时候围岩的力量就象强弩之末，二次衬砌的受力状况大为改观。　２００６３２（５）：９０—９１．　．．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｃｒａｃｋｓ　ｏｆ　ｌｉｎｉｎｇ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　ｓａｆｅｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ＱＩＵ　Ｘｉｎ－ｒｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｒｖｉｎｇ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｏｆＺｈｅｒＮｉａｓｈａｎｔｕｎｎｄｉｎＮｈ＇￣ｉｎｇ　ｒＭｌｗａｙｌｉｎｅ　ａｌｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｔｔｈｅ　ｓａｒｎｅｔｉｍｅ　ｒｅａ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｉｎｇ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｃａｕｓｅｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓａｆｅｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｃａｌｘ￣　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｌｅ　ａａｎａｌｙ　ｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｒｅｅ　ａｓｐｅｃｔｓ：ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｍａｃｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ　ｓａｆｅｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｔｕｎｎｄ．