有關(guān)公路隧道仰拱起拱產(chǎn)生原因及防護措施研究

【摘 要】公路隧道處于地下層，由于受地質(zhì)、設(shè)計及施工等因素的影響，造成了公路隧道仰拱起拱填充隆起的變形。為施工安全造成了巨大的影響，為之后運營埋下了安全隱患的“炸彈”。本文主要針對公路隧道仰拱填充隆起變形的原因、設(shè)計及存在問題進行扼要分析，并提出解決的技術(shù)方法等。

【關(guān)鍵詞】隧道；仰拱填充；起拱；產(chǎn)生原因；技術(shù)方法

近年來，公路隧道頻繁發(fā)生仰拱起拱的現(xiàn)象，比如湖北省的云嶺公路隧道和其他地區(qū)的公路隧道在實施過程中均出現(xiàn)了仰拱填充隆起變形的狀況，本文主要針對公路隧道變形原因進行檢測與分析，并提出相應(yīng)的解決方案，為以后公路隧道的安全問題提供了保障。

一、公路隧道出現(xiàn)裂縫概況

1. 湖北省的云嶺公路隧道布局在一個交界的關(guān)境內(nèi)，總長有2156m，處于山嶺間的公路最易發(fā)生公路隧道仰拱起拱的現(xiàn)象。湖北云嶺的公路隧道的洞身最深埋深度為345m，建筑商運用的埋深一般為210-300m。[1]公路隧道在地質(zhì)構(gòu)造方面為褶皺系背斜，會出現(xiàn)斷裂，呈45—75°角向北西方面，與斷裂不同。斷裂程度加深，巖層開始扭曲，巖體會向產(chǎn)生巨大的變化向北西的方向。

2. 近年來，我國大部分地區(qū)開始進行新的建設(shè)工程。公路隧道發(fā)展迅速，施工過程中出現(xiàn)的隧道仰拱起拱及隧道襯砌裂縫等問題日益?zhèn)涫荜P(guān)注。湖北省某一高速公路隧道剛結(jié)束施工一年，居然出現(xiàn)13條縱向水平裂縫，據(jù)累積共長312.5m，每條裂縫的長度在20—55m，。寬度約為0.15—0.58mm。公路隧道裂縫大部分都處于強化風(fēng)及全風(fēng)化砂礫巖等位置，位于V級別。

二、公路隧道仰拱起拱產(chǎn)生的必然性

1. 公路隧道出現(xiàn)仰拱起拱的出現(xiàn)主要是由于圓形物體受力均勻，承受的力相對較大。仰拱起拱是公路隧道結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，是整個公路隧道建設(shè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，能夠有效的將公路隧道上面的地層壓力轉(zhuǎn)移到地下層，且還能夠有效的抵制公路隧道地下層對地上層的反力，屬于一種地基梁板，專門承載地上層的荷載壓力（荷載分為臨時荷載與永久性荷載）。為了保護公路隧道不出現(xiàn)裂縫，仰拱的受力狀態(tài)相對就比較復(fù)雜。觀察國內(nèi)外公路隧道工程的建設(shè)發(fā)現(xiàn)，由于公路隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式、施工隊施工等原因，出現(xiàn)公路隧道出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)面臨坍塌的危險情況，造成多起交通事故的發(fā)生。[2]嚴重的威脅了交通安全。類似的實例并不少見，想要是公路隧道結(jié)構(gòu)堅固穩(wěn)定，必須進行合理的設(shè)計和加強施工隊監(jiān)督，防治偷工減料。公路隧道仰拱的結(jié)構(gòu)呈反向拱形，目的是轉(zhuǎn)移保護地面表層結(jié)構(gòu)的壓力。適合公路隧道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2. 湖北省云嶺的公路隧道大部分位于山嶺之間，為了防止公路隧道斷裂，必須根據(jù)地形角度出發(fā)設(shè)計出合理，完善的仰拱起拱結(jié)構(gòu)。一般的仰拱均是鋼筋混凝土，初期，仰拱與主洞成環(huán)工字鋼，采取左右半幅度施工。2006年底，有人發(fā)現(xiàn)公路隧道有隆起現(xiàn)象，但并未對其進行重視。直至2008年初發(fā)現(xiàn)隧道隆起呈現(xiàn)出不同程度上的變化、且局部出現(xiàn)裂痕時才被作為重點分析。[3]

三、隧道仰拱起拱產(chǎn)生的原因

外力方面設(shè)計方面施工方面

襯砌圍巖的水位較高，壓力較大實際設(shè)計與地質(zhì)條件差別較大，劃分不明確，結(jié)構(gòu)強度不足施工質(zhì)量差、仰拱起拱填充不牢固，水壓力較大

經(jīng)分析，公路隧道仰拱起拱起拱變形主要是由于：

1. 除了外力方面，設(shè)計方面和施工方面等問題，還有土地的因素及高地應(yīng)力等。首先是地址的原因，建設(shè)公路隧道時，被暴露出的圍巖屬于弱風(fēng)化及強風(fēng)化炭質(zhì)巖，在次級結(jié)構(gòu)面的影響下易破碎。圍巖的強度和硬度較低，把力學(xué)的特征表現(xiàn)成膨脹性、流變性及可塑性等等。炭質(zhì)的巖層容易膨脹，遇水變泥，大多數(shù)施工地都有豐富的地下，因此，導(dǎo)致巖層結(jié)構(gòu)下沉，仰拱慢慢翹起。

2. 根據(jù)實地調(diào)查進行綜合分析，造成公路隧道仰拱起拱的原因有（1）地質(zhì)因素。公路隧道開挖暴露出來的圍巖屬于弱風(fēng)化或者強風(fēng)化千層巖，比較破碎。千層巖本身屬于軟巖層，強度和硬度值都較低，具有膨脹、流動及崩解等特性。因此，千層巖遇水就會化成泥，公路隧道施工現(xiàn)場低下水本就豐富，加上千層巖，以致仰拱的承載力超出基礎(chǔ)承載的范圍，結(jié)構(gòu)開始下沉，出現(xiàn)仰拱向上翹起的起拱現(xiàn)象。【6】0（2）公路隧道的埋深一般有292m，具有較的鉛直地應(yīng)力。隧道出現(xiàn)斷裂和隧道口處以小角度發(fā)生相交。且初始應(yīng)力大小、方向與地質(zhì)構(gòu)造具有密切的關(guān)系。比如，交叉處出現(xiàn)斷裂構(gòu)造情況就會產(chǎn)生極大的應(yīng)力，剩余的斷裂構(gòu)造得到解放，巖體發(fā)生重新分布等。通過這些可以知道，斷裂結(jié)構(gòu)發(fā)生之前，水平的地應(yīng)力是極大的，斷裂后的地質(zhì)應(yīng)力沒有的到完全解放，水平地應(yīng)力只有一定的量級等。[4]（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計上的仰拱采取的素混泥土結(jié)構(gòu)，設(shè)計之前對地質(zhì)了解不足，結(jié)構(gòu)中缺乏保護支柱。另外，就是施工影響，施工過程中采取半幅施工，從整體上減退了仰拱的支撐力，從而導(dǎo)致仰拱破壞，出現(xiàn)斷裂。等公路隧道開挖之后，應(yīng)力重新分布，整個過程十分復(fù)雜，加上時間比較長的因素，直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)暫時穩(wěn)定的假象，而不被人發(fā)覺，長期下來，應(yīng)力慢慢自動釋放，仰拱起拱開始發(fā)生變化等。【7】公路隧道工程設(shè)計中的圍巖類別對比表。

經(jīng)分析，公路隧道的原工程設(shè)計，1類的圍巖者占比例36.8%；2類的圍巖者占比例45.6%；3類的圍巖者占比例53. 3%；1—2類的圍巖者占比例22%。那么實際上的開挖情況為如圖所述。顯而易見，設(shè)計過程中針對結(jié)構(gòu)受力、地基的總體承載力等問題的考慮設(shè)計，跟實際情況相差太大，盡管在施工的過程中不斷的針對設(shè)計進行更改，公路隧道內(nèi)拱的設(shè)計仍舊收到了影響，為之后的仰拱起拱狀況的出現(xiàn)埋下隱患等。

3.近年來，公路隧道襯砌裂縫狀況的產(chǎn)生并不稀奇。公路隧道襯砌裂縫主要是結(jié)構(gòu)受力過度引起的裂縫，是襯砌受力的綜合反映狀態(tài)。襯砌裂縫的部位及性質(zhì)與襯砌的結(jié)構(gòu)、幾何上的尺寸、圍巖壓力及襯砌的分布、施工技術(shù)等具有密不可分的關(guān)系。主要原因：（1）公路隧道中的拱、墻施工結(jié)束后，未等到混凝土達到規(guī)定的強度對拱、強進行拆除。（2）施工過程中應(yīng)注意，一定要按照先拱后墻的順序施工，但在開挖的出現(xiàn)馬口過長、拱腳處懸浮的時間較長、或者兩邊墻的封口不嚴密等，造成仰拱起拱狀況產(chǎn)生。（3）施工過程中，襯砌的背后回填不夠密實、再者就是沒有進行及時壓漿。（4）施工過程中襯砌與開挖太過緊密，施工放炮的距離與襯砌太近，藥量過多等。（5）襯砌的厚度達不到規(guī)定厚度，施工的質(zhì)量不是很好。（6）襯砌施工中，偏壓隧道、洞口的地方，山坡本身具有不穩(wěn)定性，而且壓力過大，減載的措施不完善，加上地質(zhì)本身的不均勻性，斷裂的狀況相繼出現(xiàn)。

四、公路隧道仰拱起拱防護方案

1.加強監(jiān)督量測，掌握變形的情況進行討論分析，根據(jù)變形情況制定相應(yīng)的處理方案，適度的調(diào)高仰拱的弧度，并改為鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，防治仰拱變形。仰拱混泥土不僅能夠分擔(dān)部分圍巖的荷載能力，還具有安全儲備作用。【5】 仰拱量測的墻基礎(chǔ)必須按照間隔19cm的距離植入58cm長24連接鋼筋，這樣做可以加強仰拱起拱和整個襯砌的連接度增強。針對仰拱起拱的處理方案：對原有的仰拱進行鑿除（也可以進行填充砼來實行）；增加地下層的深度，擴大仰拱的弧度；打設(shè)D27中空注漿長460cm左右的錨桿在仰拱兩側(cè)的供腳處，縱向保持99cm的間距；打設(shè)22MnSi22 砂漿長252cm長的錨桿在仰拱的底部，間距保持在110cm即可；兩側(cè)必須打上加強連接筋，并綁扎仰拱鋼筋等；此外，進行砼填充即可。

總結(jié)

通過對公路隧道及云嶺地區(qū)的公路隧道仰拱起拱及填充隆起的分析表明，必須加強仰拱整體的荷載能力，為交通運輸、交通安全提供方便和保障。

參考文獻：

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