某隧道拱頂縱向開裂及斷面變形監測研究

歐陽景峰 周庠天

(1.江西贛粵高速公路股份有限公司九景管理處，江西 九江 332000； 2.柳州歐維姆結構檢測技術有限公司，廣西 柳州 545036)

某隧道拱頂縱向開裂及斷面變形監測研究

歐陽景峰1周庠天2

(1.江西贛粵高速公路股份有限公司九景管理處，江西 九江 332000； 2.柳州歐維姆結構檢測技術有限公司，廣西 柳州 545036)

隧道的安全性對保證高速公路的暢通運行至關重要，針對某高速公路隧道拱頂縱向開裂，為了研究隧道拱頂開裂成因，對其襯砌開裂情況進行檢測和分析，指出開裂原因主要為襯砌材質不合理、構造不滿足設計要求和圍巖偏壓三個因素，采用注漿法對裂縫進行修補，取得了良好的效果，并對裂縫的長度和寬度進行監測，建立了隧道斷面變形的實時監測系統，實時監測隧道的拱頂下沉和凈空收斂，可為同類型隧道裂縫的處治與實時監測提供借鑒和參考。

隧道，縱向裂縫，成因，處治，變形監測

1 概述

近年來，我國的高速公路建設取得巨大發展，作為高速公路的關鍵節點，隧道的安全性對高速公路的暢通運行至關重要，隨著時間的推移一些早期修建的隧道出現了不同類型和程度的病害，其中比較典型的便是裂縫，對隧道的安全性構成了嚴重的威脅，造成其開裂的主要原因有偏壓、局部空洞和不均勻沉降等因素[1]，成為業界的研究熱點之一，有學者為評判公路隧道襯砌結構裂縫的穩定性，建立了一種基于斷裂力學的公路隧道素混凝土襯砌裂縫穩定性理論分析方法[2]，也有學者基于灰色突變理論建立了隧道襯砌裂縫診斷模型[3]，基于雜交有限元—離散元法FDEM針對隧道襯砌的開裂過程進行數值分析[4]，這些研究都為揭示隧道的開裂機理提供了理論支撐，針對隧道裂縫的智能檢測研究也應運而生，例如隧道襯砌裂縫自動監測系統等[5,6]。目前針對隧道裂縫的修補，主要有埋管注漿法和鋼拱架+注漿錨桿法[7]，也有學者提出了早強纖維編織網增強混凝土(TRC)加固法[8]，此外采用環氧樹脂對裂縫進行充填、環向鋼板箍貼二襯進行處治[9]，采用型鋼網格混凝土加固[10]，地表旋噴樁加固綜合治理[11]等，也應用的比較多，這些方法各有特點及適用工況。本文以某高速公路上的隧道為工程依托，針對其裂縫開裂進行檢測、分析和處治，并建立監測系統實時監測隧道斷面變形，可為國內同類型隧道開裂的處治和斷面變形實時監測提供借鑒和參考。

2 依托工程

隧道為雙向兩車道，單洞凈寬×凈高：10.25 m×7.425 m，洞身襯砌采用三心圓曲墻式。檢測發現的裂縫位于拱頂，縱向，起伏狀，2010年7月檢測時裂縫長度為8 m，寬度為1.6 mm，深度約43 mm，兩點滲水，2016年檢測時，裂縫長度為19.5 m，約2 mm，深度約45 mm，有白色晶體析出，可知裂縫存在一定程度的發展，長度約以2 m/年的速度朝隧道縱向延伸，寬度及深度也存在一定程度的擴展，2010年和2016年的裂縫分別見圖1,圖2。

3 裂縫成因分析及處治對策

3.1裂縫成因分析

根據檢測結果，隧道裂縫段洞口襯砌類型為素混凝土，抗折能力較差，見表1，經雷達掃描發現該段拱頂部位實測二襯混凝土厚度小于設計厚度，不滿足設計要求，局部形成薄弱區域，易出現裂縫，檢測結果見表2,表3，其次該隧道洞口段屬圍巖偏壓段，圍巖偏壓不利于二襯受力，易產生變形裂縫。

表1 右線隧道設計參數表

表2 隧道右線地質雷達檢測結果表

表3 隧道右線襯砌厚度表 cm

綜上所述，通過對檢測結果進行分析可知，隧道拱頂縱向開裂的主要原因為襯砌材質不合理、構造不滿足設計要求和圍巖偏壓三個因素。

3.2裂縫處治對策

基于裂縫的檢測、監測結果和成因分析，裂縫的處治對策如下，采用低壓注射法修補裂縫，流程如下：

1)使用壓縮空氣對裂縫進行清理。

2)使用封口膠在裂縫兩側每固定間隔黏接注射筒底座，對裂縫全長進行封縫。

3)待封口膠固化后，進行注膠，待膠液固化后，進行表面清理，整平混凝土表面。

4)進行薄膜覆蓋養護。

由于隧道襯砌在荷載和其他外界因素作用下，該處裂縫病害存在繼續發展可能，對裂縫長度和寬度變化規律進行長期監測，裂縫長度監測主要有尖端標記法和砂漿涂抹法，本次采用尖端標記法進行裂縫長度的監測。裂縫寬度監測主要有標點量測法和裂縫計測量法，本次采用裂縫計測量法進行裂縫寬度的監測。監測位置布置：距洞口約15 m和25 m兩個斷面，每半小時采集一次。

4 隧道斷面變形實時監測

為了掌握隧道裂縫的發展，分析隧道拱頂沉降和凈空收斂之間關系，以便及時有效進行處治以確保安全，對該隧道拱頂沉降和凈空收斂進行監測，每代表性地段1個～2個斷面，每斷面1個測點。

4.1系統架構與功能

為了實現自動化、信息化、實時性等效果，基于隧道結構特點，建立隧道監測系統，架構圖見圖3，拱頂沉降和凈空收斂監測的布置圖見圖4。

1)實現遠程自動化監測和無線傳輸。

2)實現監測信息化管理，不同人員具有不同的訪問權限，可以查看不同的內容。

3)系統自動分析監測的數據及其變化規律，判斷隧道結構的安全狀況。

4)系統會自動對監測異常的數據報警，并實時通知相關人員處理。

4.2系統技術指標

系統技術指標見表4。

表4 系統技術指標

4.3拱頂下沉監測

1)監測原理。

采用等比法對拱頂沉降監測，監測布置圖見圖5，距離AB和距離AC分別由激光測距儀和全站儀測得，拱頂沉降計算示意圖如圖6所示，由等比法可得式(1)，式(2)。

=

(1)

(2)

其中，AF=AB-BF；Δh為累計拱頂沉降量。

2)測點布設。

在距洞口10 m和20 m兩個斷面布設測點，設2套監測設備，拱頂沉降/收斂監測采用FTM-50S激光測距儀，配套FS-D04數據采集系統V1.0。

4.4凈空收斂監測

通過激光測距儀監測拱腰處凈空收斂，根據拱腰凈空收斂測量隧道圍巖的凈空收斂，監測斷面和監測設備與拱頂沉降監測項一致。

5 結語

針對某高速公路隧道拱頂縱向開裂，對其隧道拱頂縱向開裂進行監測和成因分析，并對隧道斷面的拱頂下沉和凈空收斂進行實時監測，結論如下：

1)隧道拱頂縱向開裂原因主要為襯砌材質差、構造不滿足設計要求和圍巖偏壓三個因素，隧道結構設計中應重視襯砌的材質選擇和構造要求，同時對隧道的結構進行優化，盡量減少圍巖偏壓對隧道開裂的影響；

2)隧道拱頂出現裂縫后，對隧道的拱頂下沉和凈空收斂監測至關重要，可為以后隧道裂縫的成因分析、處治和健康監測系統提供基礎研究數據。

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Longitudinalcrackandsectiondeformationmonitoringofatunnelvault

OuyangJingfeng1ZhouXiangtian2

(1.JiujingManagementOffice,JiangxiGanyueHighwayJointStockLimitedCompany,Jiujiang332000,China; 2.LiuzhouOVMStructuralDetectionTechnologyCo.,Ltd,Liuzhou545036,China)

Tunnel safety is crucial important to ensure operation safety of highway. Based on longitudinal cracking in a highway tunnel, in order to study causes of vault cracks in tunnel, lining cracking was detected and analyzed, three main reasons of tunnel vault cracking were pointed out as follows: lining material adopted was unreasonable, structure can’t meet design requirements, and rock mass bias, grouting method was used to repair cracks, good effects were achieved, length and width of crack were monitored, real-time monitoring system of tunnel deformation was established, tunnel vault sink and lateral convergence were monitored real time, which can provide reference for the same type of tunnel crack treatment and real-time monitoring.

tunnel, longitudinal crack, cause, treatment, real-time monitoring

1009-6825(2017)32-0161-03

2017-09-04

歐陽景峰(1969- )，男，工程師; 周庠天(1973- )，男，高級工程師

U457

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