双连拱公路隧道裂缝成因及防治措施的研究

曾生臻

（福建省高速公路达通检测有限公司福建福州　350108）

双连拱公路隧道裂缝成因及防治措施的研究

曾生臻

（福建省高速公路达通检测有限公司福建福州350108）

双连拱公路隧道因其施工程序复杂，在施工过程中容易造成隧道周围的岩石扰动，由于地质条件的脆弱以及施工过程中的程序不合理等问题，会导致衬砌裂缝的出现。裂缝的出现对隧道的整体受力能力和隧道防水能力都有很大的伤害。本文主要针对在双连拱公路隧道的施工过程中所产生的裂缝，分析其出现的原因，并提出相应的防治措施，从而避免隧道裂缝施工以及运行过程中的危险因素。

双连拱公路隧道；隧道裂缝；成因；防治措施

在我国高速公路建设事业不断发展的背景下，双连拱公路隧道因其不仅可以实现上下分离行驶车辆，而且实现平面线路和洞口位置自由选择的优点，被投入运用到越来越多的公路建设工程中。但在其修建的工程中，也会面临很多困难并引发一系列的问题。尤其是衬砌裂缝的情况，这种问题可能会导致隧道成品出现漏水、衬砌钢筋产生锈蚀、双连拱结构无法整体承受压力等问题，更严重的时候可能造成衬砌部分脱落并造成结构整体性的破坏。不管是因为哪种原因而产生的裂缝都会对隧道的施工和运营带来不利影响，甚至会引发事故。在未来高速公路的工程建设过程中，应针对各种裂缝产生的原因，对症下药，找出合适的解决措施，以避免裂缝的产生，从而使高速公路的工程建设得到健康的发展。

1　造成双拱公路隧道出现裂缝的原因

从实践来看，造成结构性裂缝的原因主要有：①根据常规计算的主要承受压力而引起的裂缝，也就是由外在直接负荷承载压力引起的裂缝；②因为外荷载作用，结构力所造成的裂缝；③隧道结构因温度、收缩和膨胀、不均匀等原因造成的变形而引起的结构性裂缝。根据实践调查显示，因隧道变形而造成的裂缝占总量的80%，因外在荷载而造成的裂缝占总量的20%。而对于双连拱隧道来说，造成其隧道裂缝的成因主要有：施工程序的不合理、因地基不均匀而形成的沉降裂缝、由施工而引发的不均匀沉降裂缝、因承受不均匀压力而造成的荷载裂缝以及因大规模的混凝土浇注造成的温度裂缝，均可归类到以上提到的荷载裂缝或者变形裂缝中[1]。

1.1因施工程序不合理而造成的隧道裂缝

由于双连拱隧道的施工程序比较繁杂，在隧道施工过程中，倘若出现施工实践操作和隧道施工力学原理相违背的情况，并结合隧道变形和外在荷载的因素，极大可能出现裂缝并进一步发展，情况严重之时，则很有可能导致隧道结构整体上倒塌和破坏；另外，在施工过程中，隧道包括地基在内的周围岩石，多次受到施工的扰动，造成连拱隧道的一侧拱封闭受力，在挖掘过程中，因为支撑侧壁的岩石基体的卸除及地基脆弱或者不均匀，从而在平行隧道的轴线周围形成不均匀的沉降裂缝。

在连拱隧道工程的施工过程中，倘若运用的是先墙后拱的三导坑法，这种方法一般先开挖中导洞，施工建设中隔墙，在中隔墙的施工及右洞二衬建成后，拱圈开始传力，中隔墙受力后向后挖掘填补一侧变形，如果该侧回填不坚实、没有达到支撑刚度、无法供求一个有效的抗力来抵挡中隔墙的变形，只能以周围的衬砌和中隔墙的基础来阻碍此种变形的进一步发展。在这是，中隔墙如同悬臂受力一般，这个力的作用点居于拱脚和中隔墙结合点的周围。中隔墙顶因受力而向外倾斜，造成右洞拱脚与中隔墙之间的夹角缩小，内侧二衬和中隔墙钢筋因受压变弯曲，衬砌混凝土在无法承受其抗压强度以后，会被压碎从而造成起鼓和掉落[2]。

1.2因地基不均匀而造成的沉降裂缝

如果双拱隧道建在不同类别岩石的交界处，或者地基不均匀的地方，当隧道的仰拱或者填充混凝土的工程完成后，因地基受力后会导致不均匀的沉降，从而在隧道的仰拱和中隔墙的底部产生了下面宽上面窄的不均匀裂缝，这种裂缝或许可能在发展中横穿整个中隔墙并蔓延至拱顶，也有可能仅仅延伸到中隔墙的某个高度，并且当沉降到最后的终点的时候，便相对稳定从而停止蔓延。

1.3因承担不均匀的荷载力量而形成的裂缝

这种裂缝特点可能是剪切裂缝、拉裂缝、还有可能是弯压裂缝，其形成的主要原因是均匀荷载和偏压荷载。剪切裂缝出现的地方主要是拱腰和中拱墙，隧道拱圈在不考虑偏心的相对理想的情况下，承受非偏压荷载的时候，使隧道衬砌的纵面双向受压，在这个时候，垂直于拱圈截面的是最大的主应力，平行于隧道轴向的是中间主应力或者最小的主应力。因为，一般混凝土的抗压比其抗剪性能要强，在拱腰处衬砌的混凝土没有抵抗剪应力的能力的时候，剪切裂缝就会形成，这种裂缝的分布呈纵、斜向或交叉形状，还有可能产生错位的现象；另外，还会因为偏压、隧道周围岩石承受能力不强、纵向沉降差以及其它特殊的施工因素等造成剪切裂缝。弯压裂缝主要在隧道的拱顶、拱腰以及拱脚与中隔墙的结合处被发现。当周围的岩石侧面压力较大的时候，因其衬砌两侧受压、拱顶上升、衬砌里侧承受压力而形成劈裂破坏，在外侧因受拉而形成“V”形的拉裂缝；在隧道洞口、滑坡以及地质变形等地段，会有从边坡移动、不对称的地质地形地质条件以及衬背回填不坚实等而引发的偏压现象，在受偏压的地方一样会因为其衬砌的内侧弯曲受拉而产生弯拉裂缝，这种裂缝的发展方向通常与偏压作用力平面垂直。

1.4因大规模混凝土浇注而形成的裂缝

通常现浇的地下结构物质可以归类为“大体积混凝土结构”，这种结构因温度收缩应力易于形成变形裂缝。因为接连不断的浇注二衬混凝土的干缩、热胀冷缩等因素，加上外侧周围的岩石对衬砌自由胀缩的约束，从而在衬砌内部出现温度应力，由于混凝土是抗拉强度远远比不上抗拉强度的材料，通常混凝土能承受的降温范围在七摄氏度到十摄氏度，在隧道衬砌内会因为降温过程而产生的拉应力，而形成环向和纵向的裂缝。

2　对于双连拱隧道裂缝的防治措施

由于双连拱隧道的施工程序和结构受力情况要比普通的分离式隧道复杂得多，在施工过程中，通常可以采用以下方式进行防治：

（1）为避免隧道连拱中的一边拱的封闭受力的情况，在挖掘中导洞的另一侧下台阶岩体的时候，因为侧壁可支撑的岩石基体的缺失，以及因地基不均匀而在平行隧道轴向形成的不均匀沉降裂缝。对于这种情况，最好在施工过程中先关闭拱部二衬，随后分步骤挖掘下台阶或者通过跳跃的方式挖掘下台阶、朓做仰拱，从而在朓做的地方产生双连拱的整体受力，用来避免因施工而引发的不均匀沉降裂缝的出现。

（2）对于周围岩石类别较低，岩石基体破碎的地方，进行中隔墙的施工以后，在随后施工的中导洞侧壁务必做好支撑以及回填扎实的工作，从而避免先施工的一侧，在拱脚和中隔墙结合的地方，造成因中隔墙移动而产生的变形和开裂；在另一侧的施工过程中，务必要短进尺、弱爆破、二衬紧跟、挖掘一段紧跟着衬砌一段，有需要的时候还可以进行跳做仰拱的施工，从而使双连拱隧道的拱圈与中隔墙在最短的时间内快速封闭，以达到整体受力的目的，从而避免隧道结构的破坏[3]。

（3）在隧道施工前就应该将基地清理干净，因为双连拱隧道的中隔墙是最重要的承受力量的结构，因此，对于中隔墙地基不均匀的地方，在进行隧道中隔墙的施工之前就要进行相应的处理，如果在隧道中隔墙的施工程序完成以后，发现形成了不均匀沉降裂缝，则通过注浆补强或者用树根、桩填补的方式进行有效处理，从而避免不均匀沉降的进一步发展。

（4）对于预防偏压裂缝而言，则应采用“治隧先治坡”以及“治缝先补强”的方法，及时的应用与隧道实际情况相符合的支档结构来控制隧道的边坡，从而缩减隧道所承受的偏压荷载；对于隧道内部基本成型的裂缝而言，可以通过表面修补和某些部位的补强等方式进行处理；而对于依然处于变动发展的裂缝而言，尤其是位于中隔墙上的水平裂缝和横穿中隔墙的巨大裂缝，则主要采取预应力锚杆等方式来使偏压保持平衡，从而避免新的裂缝的出现以及旧裂缝的继续延伸发展。

（5）在隧道混凝土的浇灌的施工过程中，务必严格依据配合比例进行施工，并加大振捣的强度，以及运用永久伸缩缝和施工缝来释放温度应力。

（6）双连拱隧道在复杂地形及地质条件的施工过程中，务必加强事前的监控和测量工作，在施工工程中一定要以监控测量的数据作为各项工作的指导凭据，从而实现隧道开挖信息的及时有效的反馈，并在之后的施工过程中用反馈信息指导施工工作。

3　结语

要致富，先修路，这句名言无不道出运输在中国经济发展中扮演着重要的角色。当前，随着中国经济的不断发展，高速公路运输的重要性越来越大，双连拱隧道因其种种优势备受公路建设者的欢迎，但由于其工程的复杂性，也会为施工带来一定的难度，并且施工过程中如果不处理好，就会存在一定的安全隐患。所以在今后的高速公路的建设中，一定要处理好双连拱隧道施工中所产生的各种类型的裂缝问题，真正的做到安全工程，保障人民的生命财产安全。

[1]王世远.防排水施工研究——以新房子双连拱高速公路隧道为例[J].河南科技，2012，05：94.

[2]赖可勇.双连拱公路隧道合理施工方法研究[J].价值工程，2014，16：164～165.

[3]朱正国，陈明长，孙明磊.双连拱公路隧道围岩压力计算方法[J].长安大学学报（自然科学版），2010，02：75～79.

U455

A

1673-0038（2015）03-0150-02

2015-1-4

曾生臻（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事高速公路的试验检测工作。