公路連拱隧道拱部縱向裂縫原因研究討論

萬里

摘 要：我國在公路建設的過程中，對環保性的要求越來越高，在公路路線中的中短隧道數量在逐漸增多。其中連拱隧道在布線、洞口接線等方面的優點，在我國公路中短隧道的建設中得到了廣泛采用。但是連拱公路隧道施工工序復雜，會導致隧道圍巖遭受多次擾動，因為施工工序或者地質條件的影響，會導致襯砌裂縫的出現，對隧道的整體結構和防水能力產生了不利的影響。本文主要通過分析我國連拱公路隧道裂縫成因，探討連拱隧道裂縫的防治措施。

關鍵詞：公路；連拱隧道；拱部縱向裂縫；原因；防治措施

連拱隧道在短隧道中避免洞口分幅、線路布線方便、洞口占地面積較少，可保持路線線型流暢，便于和隧道外的橋梁或特殊工程的相連，連拱隧道可以大大減少拆遷，降低工程造價，優點明顯。所以在2000年后，在我國高速公路的建設中，連拱隧道數量所占隧道總數量的比例逐漸增高。但是連拱隧道結構復雜、施工工序多，洞口的邊仰坡處理較困難。尤其在修建過程中也出現了襯砌的裂縫問題，導致滲水、襯砌鋼筋銹蝕、雙連拱結構整體受力性變差，直接破壞了隧道的整體結構，對公路行車安全埋下了較大的隱患。文章就公路連拱隧道拱部縱向裂縫的原因展開分析，對如何防治連拱隧道裂縫進行探討。

1 連拱隧道拱部縱向裂縫的原因

1.1 大體積混凝土澆注產生的溫度裂縫

我國公路連拱隧道建設中通常使用現澆的大體積混凝土架構，因為這種混凝土結構厚實，能夠承受較大的負荷。但是大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，混凝土中的水泥水化熱釋放比較集中，熱量聚集在結構內部不易散失，內部升溫比較快。外界降溫時產生的拉應力可能在隧道襯砌內產生縱向裂縫，會使混凝土產生溫度裂縫。體積澆注混凝土所產生變形裂縫相對位移的變化較小，裂縫較為穩定，如圖1是某地大體積澆注混凝土所產生變形裂縫相對位移的變化情況。

1.2 地基不均勻沉降裂縫

公路連拱隧道上部荷載分布不均勻，造成持力層地基土的附加應力不均勻；持力層地基土厚度分布不均勻，造成不同部位土體不均勻壓縮變形；持力層地基土下臥層分布不均勻，造成土體總壓縮變形的不均勻；基礎持力層未選定在同一土層上，都會造成地基不均勻沉降現象的發生，會導致隧道的仰拱和邊墻底部出現裂縫。可能會導致整個隧道結構嚴重傾斜，影響隧道使用，對公路行車安全造成不利影響；其次，公路連拱隧道的施工工序較為復雜，在具體施工的過程中，隧道的地基和圍巖會受到施工的擾動，隧道結構的內部會產生較大的內力，并且砌體的抗拉、抗彎能力較弱，過大的內力，導致側壁的圍巖或者地基發生不均勻的沉降，造成隧道軸向產生不均勻沉降裂縫。

1.3 荷載裂縫

隧道均勻荷載是單位面積上承受的均布荷載，其可以引發路連拱隧道拱部出現裂縫，裂縫的主要類型包括抗彎裂縫和剪切裂縫。主要是因為在混凝土澆筑施工完成后，混凝土結構逐漸凝結硬化，但是早期混凝土結構的強度較低，不能承受較大的荷載，容易導致隧道拱部開裂。其中，抗彎裂縫是因為襯砌兩側受壓，拱頂上升，襯砌內側受壓產生劈裂破壞，裂縫主要出現在拱部的拱頂、拱腰、拱腳等部位；剪切裂縫是隧道襯砌縱截面為雙向受壓，拱腰處襯砌的混凝土不足以抵抗剪應力產生裂縫，裂縫主要出現在拱腰和中隔墻等部位。

1.4 施工工序引發的裂縫

公路連拱隧道的施工工序較為復雜，具體的施工操作很多情況下會與隧道施工力學原理發生沖突，由施工工序的問題引發隧道變形或者荷載過大。其次，在回填施工中，由于施工不夠密實，襯砌拱圈將其承受的部分圍巖壓力傳遞給中隔墻后，拱腳承受的壓力過大，中隔墻結合部的混凝土鋼筋容易發生彎曲，引發拱部裂縫，甚至會導致隧道結構遭到傾覆，嚴重影響公路連拱隧道的質量和安全。

2 公路連拱隧道拱部縱向裂縫防治措施

2.1 注意混凝土原材料的選取和配比問題

混凝土中水泥材料選取的時候應該選用水化熱低、凝結時間長的水泥。例如，中熱硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。同時需要注意的是水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大，在公路連拱隧道施工的過程中容易發生析水現象，對工程施工進度和施工質量帶來較大的影響。所以在選用水化熱低的水泥時要盡量選擇泌水性的品種，并應在混凝土配制的過程中摻入減水劑，并且及時排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實后，澆筑上一層混凝土。

2.2 做好不均勻沉降的處理工作

連拱隧道的拱墻是主要的承重結構，所以拱墻地基的加強和處理是公路梁工隧道施工的關鍵。一般地基的不均勻會引發不均勻的沉降裂縫，所以在拱墻施工之前要對隧道地基進行清理，并且采用注漿補強等方法控制不均勻沉降的問題。對于側壁支撐巖體的卸除而在平行隧道軸向產生的不均勻沉降裂縫，應該封閉拱部二襯，在跳做部位形成雙連拱的整體受力，還可以加強上部結構的剛度，提高墻體抗剪強度。由于上部結構剛度較強，可以適當調整地基的不均勻下沉。采用樁基托換加固方法來加固，即沿基礎兩側布置灌注樁，上設抬梁，將原基礎圈梁托起，防止地不均勻下沉裂縫的發生。

2.3 加強荷載裂縫的防治控制

首先，在連拱隧道設計和施工階段應該注意對拱部支座處砌體進行局部受壓承載力驗算，得到砌體結構具有足夠的抗力，控制砌體的強度、外形及厚度，砂漿的強度、可塑性、彈性模量，緩解各種荷載的作用。其次，控制使用荷載和確定修補加固措施。對于產生裂縫的拱部位置首先應做好觀察工作，注意裂縫開展的規律。根據裂縫的部位、方向、特征、寬度大小、分布情況等分析裂縫的類型，及時進行承載力和穩定性加固。

2.4 加強監控量測工作

在公路連拱隧道施工的過程中，經常會遇到復雜的地形情況和地質條件，這也是造成公路連拱隧道拱部出現縱向裂縫的客觀原因，所以在施工之前和在施工的過程中加強監控量測工作，將測量得到的數據作為隧道施工、加固等工作的參數依據，并且加強對物理力學知識的研究，科學的分析公路連拱隧道拱部縱向裂縫的客觀因素，針對性的采取措施，消除裂縫對隧道施工和使用帶來的不良影響。

3 結語

綜上所述，連拱隧道在布線、洞口接線等方面的優點，在我國公路中短隧道的建設中得到了廣泛采用。但是連拱隧道結構復雜、施工工序多，在修建過程中容易出現襯砌的裂縫問題，導致滲水、整體受力性變差，對公路形行車安全埋下了較大的安全隱患。所以應該注意混凝土原材料的選取和配比問題，做好不均勻沉降的處理工作，加強荷載裂縫的防治控制和監控量測工作，消除裂縫對隧道施工和使用帶來的不良影響。

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