特克斯隧道二衬裂缝成因分析及处置措施

2018-08-21新疆维吾尔自治区交通建设管理局项目执行一处瓦热斯江米扎哈买提

中国公路 2018年14期

文/新疆维吾尔自治区交通建设管理局项目执行一处瓦热斯江·米扎哈买提

特克斯隧道项目K97+840-K97+838段落和K97+926-K97+930段落出现了二衬裂缝，通过对特克斯隧道二衬裂缝综合调查，结合该区域设计支护参数、地质围岩情况及现场施工情况，针对不同区域、不同类型裂缝，召集参见各方，讨论分析二衬裂缝形成的原因及处置方案。

工程概况

国道577线旱田至特克斯段公路项目一期工程为特克斯隧道及其引道，采用分离式路基主线，全长为3.867km。根据现场观察发现，有两处尚未处理且较为严重的二衬裂缝：①隧道出口右线，K97+840-K97+838位置，隧道出口段最后一模二衬的端头混凝土开裂掉块（下述简称裂缝①）；②K97+926-K97+930位置，环向主筋外撇，二衬混凝土鼓包（下述简称裂缝②）。

裂缝产生原因分析

隧道勘察的复杂性

隧道岩体地质结构比较复杂，且能勘探地质点数量较少，对隧道地质和岩体结构分布情况了解不明。由于勘定的围岩具有特殊性质，其设计对隧道的结构支撑能力没有达到荷载要求，导致隧道开挖后复杂的地质条件与围岩结构设计要求偏差较大，隧道支护结构能力不强。

爆破对围岩的扰动性较大

因爆破开挖对围岩结构体、受应力有很大的影响，会使隧道岩体径向部位受应力减小，而隧道岩体环向部位的切应力增加，从而导致岩体结构部位出现裂变、拉伸等变形状态。同时，在对围岩施工开挖过程中，运用爆破手段会产生大量的瞬间高压冲击波，对岩体原有的荷载受力区域产生较大的冲击或震动破坏作用，导致隧道围岩荷载力受损，使得隧道岩体二衬出现微裂缝隙，直接影响围岩结构的稳定性。

仰拱封闭不及时

若隧道仰拱施工回填封闭不及时，会出现拱脚往下坠落，使隧道拱顶出现裂缝空隙。若拱顶部位出现的裂缝较大，导致拱顶承受的荷载压力转移到拱腰部位，形成拱部荷载受力的“马鞍形”状态，而隧道衬砌在“马鞍形”受力作用力下，衬砌的拱腰部分有可能最先拉裂，从而使岩体产生沿纵向式的拉裂缝，导致拱顶的内缘因受压导致开裂。

其他因素影响

K97+850-K97+826以及K97+910-K97+930段落属围岩大变形段落，累计变形值在30cm～45cm之间，围岩两侧压力较大及围岩具有膨胀性是造成衬砌裂缝的主要原因。

其他现场原因包括现场二衬钢筋绑扎不规范，裂缝段落混凝土浇筑时间均为冬季等。环向主筋承担主要的拉应力及压应力，箍筋不仅起到防止环向钢筋受力后压屈和固定环向钢筋位置的作用，还能有效改善构件破坏时的脆性，并能约束核芯内混凝土，提高其极限变形值。现场箍筋的施做不规范，导致二衬混凝土结构的安全系数降低。此外，裂缝段落混凝土浇筑时间均为冬季也是造成衬砌裂缝的原因。根据《中国建筑气候区划图》，隧址区属于严寒区域，按照新疆地区常规冬施起讫时间：10月中旬-次年4月下旬，属于冬季施工时间段。冬施过程中若未采取切实可行的防护措施，过低的温度常常会造成二衬混凝土构件的早期破坏，降低结构的安全性和耐久性。

裂缝处置措施

裂缝处置应以加固为主，拆换为辅。从目前施工单位汇报的监测数据来看，裂缝并未有进一步的发展。将目前二衬的损坏情况结合本项目新建工程的特点，建议对上述二处裂缝进行拆除处置。具体实施步骤如下：

在隧道岩体衬砌拆换部分前后可各施做10m长的环向临时钢支撑，并对拆换部分前后各50m范围的隧道衬砌沉降进行量测监控，以确保拆除时的岩体结构安全。

对于整个衬砌拆除部分进行径向注入混凝土浆，并在隧道围岩周围进行强力加固。注浆和加固材料为超细水泥浆，水灰比为1：0.8，注浆压力为0.4MPa-1.2MPa，注浆和加固前要提前验证以确定各注浆参数。钻孔后应立即注浆，应遵循从下往上、先边墙后拱部的顺序进行注浆。注浆完成待浆液凝固后，须对注浆效果进行无损或钻芯取样检查。

进行径向注浆混凝土结束后，可沿隧道围岩纵向打设φ42孔，孔间距30cm、深55cm，然后拆除二衬，每次拆除纵向间距为1m，从拱顶部位开始拆除，逐步往边墙部位拆除。拆除二衬后，若发现初支工字钢完好，没有出现变形或移位，可根据设计对每榀工字钢采用4根φ42锁脚锚管对工字钢逐榀锁脚加固，将锁脚锚杆与工字钢焊接牢固。若发现初支工字钢部位已明显变形或损坏，则应立即拆除更换，注意在拆除二衬后应对原初支工字钢进行定位。

在原支护参数的基础上，采用加密初支拱架方案，在原设计拱架之间掏槽施做补强拱架。补强拱架按照I18/I20型钢，间距结合现场情况考虑施工便利，以不大于60cm～80cm为宜，并按照要求施做钢架连接钢筋。根据顺序，施工新的钢筋网、锁脚锚杆和喷射混凝土，再进行下一循环的二衬拆除与初支的重新施做。每次循环的拆除应控制在长度1m左右，且拆除二衬时尽量运用先进机械设备或静力爆破拆除。

隧道围岩二衬设计为C30钢筋混凝土结构，厚度不小于45cm，环向主筋采用φ22的Ⅱ级钢筋，钢筋间距按照15cm。箍筋采用φ8的Ⅰ级钢筋。拱墙环向主筋与仰拱按照本次设计间距植入φ22钢筋，确保拱墙环向主筋生根牢固。植筋要求应满足相关规范规程。

后续段落应对措施

鉴于目前段落地质围岩较差，岩性软弱且有膨胀性，后续段落施工应严格控制，避免类似情况再出现，对此建议采取以下应对措施：

对本段落围岩差异性较大的段落，二衬结构加设沉降缝，沉降缝设置间距按照30m～50m一同考虑，可根据现场实际情况进行调整，并在裂缝①处端头K97+838位置，设置首条沉降缝。鉴于本段落初支变形较大，建议进一步加强围岩及初支变形量测，二衬施做应严格按照监控量测数据，在初支变形稳定满足二衬施做时机的情况下施做。将出口右洞段落K97+826-K97+838（剩余的单层拱架段落）段二衬配筋进行加强。