1、 :山区隧道病害综合分析与治理骆成,杨文艺,胡涛(江西锦路科技开发有限公司 南昌 ;武汉理工大学,武汉 )摘要:山区公路隧道建设难以避免多种结构性病害。为总结处于复杂地质条件下偏压隧道的病害规律和形成机理,以某隧道工程为研究背景,通过现场调查和检测归纳了病害分布,建立典型断面计算模型,评估断面安全系数,通过综合分析总结了各类病害的成因,最后提出了针对性的加固治理建议。关键词:公路隧道;病害;分析;治理 ,(,;,):,:;收稿日期:作者简介:骆成(),助理工程师 :由于山岭区域的地形地貌及地质条件等因素,复杂软弱地层、偏压、地下水等不良地质条件综合作用,催生并加重了公路隧道的病害。在这种条件下
2、,隧道的设计、施工均应更为谨慎科学。出现病害时,需要进行充分调研,准确评估,根据施工过程中暴露的问题,结合现场情况选取适当的加固方案,尽早治理,。工程概况某隧道地处构造剥蚀低山地貌区,地形起伏大,沟谷发育。隧址区内高程为 ,相对高差约 。线路总长约 ,最大埋深约 。隧道进口端洞口位于斜坡地段,斜坡坡向约 ,自然坡度约 。上覆碎石、粉质粘土;下伏基岩为全、强风化泥灰岩,节理裂隙较发育,岩体较破碎破碎,在隧道进口处发育有组节理,:,岩层产状 。出洞口位于斜坡地段,斜坡坡向约 ,自然坡度约 。该段地层为全强风化页岩,以强风化页岩为主,据隧道出口仰坡坡面与岩层层面关系,属于斜向坡,易形成层面与节理组成
3、的楔形体滑动或崩塌。强风化页岩风化裂隙发育,岩体破碎,岩体结构类型为散体结构,仰坡整体稳定性较差,可产生崩塌或弧形滑动。隧道的部分纵断面图如图所示。建材世界 年第 卷第期病害、评价及成因隧道出口端洞口段均为 级围岩段,采用双侧壁导坑法施工,右线施工至 ,其后左线施工至 ,遭遇围岩条件突变,由全风化页岩向全风化页岩夹泥质粉砂岩、杂砂岩转变,围岩自稳性极差,仰拱地基承载力不足,掌子面应力集中释放,整体向外推移,左右线初期支护开始出现严重的变形开裂现象,最终导致初期支护严重侵限,隧道洞顶部出现冒顶滑塌、山体开裂及滑移等现象;地表处形成个塌坑,塌坑面积分别约为 、,同时伴随塌坑附近出现近百条裂缝,导致
4、雨水从塌坑及裂缝灌入山体中,影响隧道施工安全。隧道内外塌方情况如图所示。相应地,隧道内部衬砌也产生了较多的裂缝,仰拱处裂缝尤为明显。病害情况经查,隧道出口段衬砌表观病害以裂缝为主,同时存在少数施工缝渗漏水、错台等病害。衬砌裂缝以纵向裂缝为主,同时发育少量斜向裂缝。右线裂缝主要分布于 起 范围内,衬砌(除仰拱)裂缝共 条,仰拱裂缝条;左线裂缝主要分布于 起 范围内,衬砌(除仰拱)裂缝共 条,仰拱裂缝条,衬砌裂缝宽度在,长度。综合回弹仪以及地质雷达的检测结果,隧道左右两洞的混凝土强度满足设计要求;二衬厚度合格率达;附近右拱腰处出现空洞,空洞纵向长度,数据满足规范要求。由隧道轮廓变形检测发现在 起
5、范围隧道左右两侧与设计断面的相对变形存在一定差异,推断为偏压荷载影响。其他区段变形未见异常。成因分析综合病害检测、地质条件及施工期情况调查结果,衬砌裂缝等病害客观因素主要为地质条件差,地形偏压、山体滑坡、山洪等,主观因素主要有施工质量问题、预警不足等。)右线 区段密集发育的拱部纵向裂缝。受施工期多次坍塌、冒顶等事故影响,洞口段山体呈松散、破碎状态,围岩自稳性极差;结合临近区段的施工期变形监测数据,二衬施作时该段围岩变形可能尚未完全稳定,隧道二衬结构承受较大的松动荷载,使得拱部、拱肩区域成为受力薄弱部位,出现较多的纵向裂缝。建材世界 年第 卷第期)右线 以及左线 仰拱部位的纵向裂缝。该段主要为全
6、风化页岩夹泥质粉砂岩、杂砂岩,隧底为强风化页岩,岩质软弱、地基承载力水平较低,容易出现拱脚沉降过大的问题,加之顶部松动荷载综合影响,该区段的拱部及仰拱拱脚部位承受较大内力,出现纵向裂缝。)左线 区段拱腰发育多条纵向裂缝。该区段不仅存在较高水平的拱部松动荷载,还存在显著的地形偏压问题,左线右拱腰部位承受偏压荷载,导致隧道拱部以及左线右拱腰出现纵向裂缝。依据裂缝观测数据表明,后期裂缝已基本稳定、短期内未见明显发展。安全评价依据 公路隧道养护技术规范对隧道衬砌的破损进行了技术状况评定。同时为了定量评估隧道衬砌的安全系数,该文采用荷载结构法进行了分析。分析要综合考虑围岩压力分布模式、隧道裂缝、材料劣化
7、、衬砌背后空洞等病害对结构的影响。衬砌结构开裂,改变了结构在不同工况下的受力模式;模拟裂缝方法有较多的研究。为简化而不失实用性,通过有限元软件中调整单元的几何特征参数(正压力面积、剪切面积、惯性矩等)、物理力学参数,模拟衬砌结构材料的劣化程度;病害区域的混凝土降低其一个强度等级确定材料参数;附加荷载病害可以利用在衬砌结构单元上施加荷载来实现。以典型病害截面左线 为例,技术状况为级,考虑地形引起偏压荷载,断面处主要病害为裂缝,右拱肩处和右拱腰处各条裂缝,深度 。荷载结构模型如图所示。考虑病害及质量缺陷后,典型的个断面的分析结果表明:隧道损伤技术状况评定值为的纵向裂缝对结构影响较大、安全系数不满足
8、规范要求,需进行处治,如左线 。处治前后的典型断面安全系数分析成果如表和图所示。表病害断面安全系数表里程桩号病害位置病害评定等级安全系数(处治前)安全系数(处治后)安全系数(规范要求)右拱肩裂缝 右拱腰空洞 拱部裂缝,衬砌厚度不足 拱部裂缝,偏压 右拱腰裂缝,偏压 拱部裂缝,偏压 右拱腰裂缝,偏压 损伤部位采取注浆封堵措施,结构承载性能得到了提升能满足设计要求。安全系数最低值由 提升至,虽低于规范要求,但满足极限承载要求。建材世界 年第 卷第期处治建议)病害处治宽度 以下纵向裂缝,采用环氧胶泥进行封堵;宽度为 的纵向裂缝,凿毛处理后灌注化学浆液;灌浆遵循少量多次的原则,灌浆压力初始用 ,逐步増
9、加、最终控制在 为宜。对仰拱裂缝,考虑隧底围岩软弱,页岩遇水膨胀的特点,仰拱可能会进一步变形、开裂,拟采用面层补强或注浆加固。对局部破损、剥落等工艺缺陷,用环氧胶泥或水泥砂浆进行表面处治。综合处治后衬砌的安全系数见表。该隧道处治后左、右线衬砌结构处于安全稳定状态。)安全监测考虑隧道出口病害段围岩条件较差、施工期出现多次塌方和冒顶事故,强降雨条件下地表山体存在一定的滑动风险,应除病害断面外增设其它监测断面,对裂缝处理后的隧道结构及地表山体开展监测。结论以某山岭隧道为案例,对复杂软弱地质导致的工程病害进行综合分析,提出处治建议,实施后效果良好。对同类工程建设和管理的建议如下:山区偏压隧道建设中病害
10、频发,地形条件和岩层产状会对偏压隧道建设全过程产生不利影响,是建设管理的重点环节,宜提前筹划做好设计和施工预案。对于衬砌出现的结构病害,需及时全面地进行调查分析,评估对于隧道结构安全和环境的影响,采取综合性措施进行治理,恢复隧道的结构安全。参考文献崔炫,杨赞华,崔灿,等风化岩层隧道衬砌病害及处治措施研究公路,():任会,黄达,陈立峰,等界牌岭岩质隧道偏压病害及其处治研究中外公路,():中华人民共和国交通运输部 公路隧道养护技术规范北京:人民交通出版社,彭自强,李小凯,葛修润广义有限元法对动态裂纹扩展的数值模拟岩石力学与工程学报,():,():贺志勇,钟宏武,陈振华带裂缝隧道衬砌的安全评价及有限元分析隧道建设(中英文),():谢全敏,马伟,杨文东 公路隧道结构健康监测系统设计与实施 中国安全科学学报,():(上接第 页)参考文献程强,何丽媛,李勇利用电子全站仪测定圆柱倾斜度淮海工学院学报,():,公路工程质量检验评定标准 北京:人民交通出版社股份有限公司,江聪聪振动频率法检测吊杆索力试验研究山西建筑,():杨宗林索拱桁架体系索夹抗滑移试验计算机辅助工程,():,公路悬索桥设计规范北京:人民交通出版社股份有限公司,罗改霞某悬索桥索夹滑移原因分析与处理对策交通科技,():建材世界 年第 卷第期