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公路连拱隧道拱部纵向裂缝原因讨论
万 里
江西省公路工程有限责任公司 江西 南昌 330006
摘 要：我国在公路建设的过程中,对环保性的要求越来越高,在公路路线中的中短隧道数量在逐渐增多.其中连拱隧道在布线、洞口接线等方面的优点,在我国公路中短隧道的建设中得到了广泛采用.但是连拱公路隧道施工工序复杂,会导致隧道围岩遭受多次扰动,因为施工工序或者地质条件的影响,会导致衬砌裂缝的出现,对隧道的整体结构和防水能力产生了不利的影响.本文主要通过分析我国连拱公路隧道裂缝成因,探讨连拱隧道裂缝的防治措施.
关键词：公路；连拱隧道；拱部纵向裂缝；原因；防治措施
连拱隧道在短隧道中避免洞口分幅、线路布线方便、洞口占地面积较少,可保持路线线型流畅,便于和隧道外的桥梁或特殊工程的相连,连拱隧道可以大大减少拆迁,降低工程造价,优点明显.所以在2000年后,在我国高速公路的建设中,连拱隧道数量所占隧道总数量的比例逐渐增高.但是连拱隧道结构复杂、施工工序多,洞口的边仰坡处理较困难.尤其在修建过程中也出现了衬砌的裂缝问题,导致渗水、衬砌钢筋锈蚀、双连拱结构整体受力性变差,直接破坏了隧道的整体结构,对公路行车安全埋下了较大的隐患.文章就公路连拱隧道拱部纵向裂缝的原因展开分析,对如何防治连拱隧道裂缝进行探讨.
1 连拱隧道拱部纵向裂缝的原因
1.1 大体积混凝土浇注产生的温度裂缝
我国公路连拱隧道建设中通常使用现浇的大体积混凝土架构,因为这种混凝土结构厚实,能够承受较大的负荷.但是大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,混凝土中的水泥水化热释放比较集中,热量聚集在结构内部不易散失,内部升温比较快.外界降温时产生的拉应力可能在隧道衬砌内产生纵向裂缝,会使混凝土产生温度裂缝.体积浇注混凝土所产生变形裂缝相对位移的变化较小,裂缝较为稳定,如图1是某地大体积浇注混凝土所产生变形裂缝相对位移的变化情况.
1.2 地基不均匀沉降裂缝
公路连拱隧道上部荷载分布不均匀,造成持力层地基土的附加应力不均匀；持力层地基土厚度分布不均匀,造成不同部位土体不均匀压缩变形；持力层地基土下卧层分布不均匀,造成土体总压缩变形的不均匀；基础持力层未选定在同一土层上,都会造成地基不均匀沉降现象的发生,会导致隧道的仰拱和边墙底部出现裂缝.可能会导致整个隧道结构严重倾斜,影响隧道使用,对公路行车安全造成不利影响；其次,公路连拱隧道的施工工序较为复杂,在具体施工的过程中,隧道的地基和围岩会受到施工的扰动,隧道结构的内部会产生较大的内力,并且砌体的抗拉、抗弯能力较弱,过大的内力,导致侧壁的围岩或者地基发生不均匀的沉降,造成隧道轴向产生不均匀沉降裂缝.
1.3 荷载裂缝
隧道均匀荷载是单位面积上承受的均布荷载,其可以引发路连拱隧道拱部出现裂缝,裂缝的主要类型包括抗弯裂缝和剪切裂缝.主要是因为在混凝土浇筑施工完成后,混凝土结构逐渐凝结硬化,但是早期混凝土结构的强度较低,不能承受较大的荷载,容易导致隧道拱部开裂.其中,抗弯裂缝是因为衬砌两侧受压,拱顶上升,衬砌内侧受压产生劈裂破坏,裂缝主要出现在拱部的拱顶、拱腰、拱脚等部位；剪切裂缝是隧道衬砌纵截面为双向受压,拱腰处衬砌的混凝土不足以抵抗剪应力产生裂缝,裂缝主要出现在拱腰和中隔墙等部位.
1.4 施工工序引发的裂缝
公路连拱隧道的施工工序较为复杂,具体的施工操作很多情况下会与隧道施工力学原理发生冲突,由施工工序的问题引发隧道变形或者荷载过大.其次,在回填施工中,由于施工不够密实,衬砌拱圈将其承受的部分围岩压力传递给中隔墙后,拱脚承受的压力过大,中隔墙结合部的混凝土钢筋容易发生弯曲,引发拱部裂缝,甚至会导致隧道结构遭到倾覆,严重影响公路连拱隧道的质量和安全.
2 公路连拱隧道拱部纵向裂缝防治措施
2.1 注意混凝土原材料的选取和配比问题
混凝土中水泥材料选取的时候应该选用水化热低、凝结时间长的水泥.例如,中热硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等.同时需要注意的是水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大,在公路连拱隧道施工的过程中容易发生析水现象,对工程施工进度和施工质量带来较大的影响.所以在选用水化热低的水泥时要尽量选择泌水性的品种,并应在混凝土配制的过程中掺入减水剂,并且及时排出析水或拌制一些干硬性混凝土均匀浇筑在析水处,用振捣器振实后,浇筑上一层混凝土.
2.2 做好不均匀沉降的处理工作
连拱隧道的拱墙是主要的承重结构,所以拱墙地基的加强和处理是公路梁工隧道施工的关键.一般地基的不均匀会引发不均匀的沉降裂缝,所以在拱墙施工之前要对隧道地基进行清理,并且采用注浆补强等方法控制不均匀沉降的问题.对于侧壁支撑岩体的卸除而在平行隧道轴向产生的不均匀沉降裂缝,应该封闭拱部二衬,在跳做部位形成双连拱的整体受力,还可以加强上部结构的刚度,提高墙体抗剪强度.由于上部结构刚度较强,可以适当调整地基的不均匀下沉.采用桩基托换加固方法来加固,即沿基础两侧布置灌注桩,上设抬梁,将原基础圈梁托起,防止地不均匀下沉裂缝的发生.
2.3 加强荷载裂缝的防治控制
首先,在连拱隧道设计和施工阶段应该注意对拱部支座处砌体进行局部受压承载力验算,得到砌体结构具有足够的抗力,控制砌体的强度、外形及厚度,砂浆的强度、可塑性、弹性模量,缓解各种荷载的作用.其次,控制使用荷载和确定修补加固措施.对于产生裂缝的拱部位置首先应做好观察工作,注意裂缝开展的规律.根据裂缝的部位、方向、特征、宽度大小、分布情况等分析裂缝的类型,及时进行承载力和稳定性加固.
2.4 加强监控量测工作
在公路连拱隧道施工的过程中,经常会遇到复杂的地形情况和地质条件,这也是造成公路连拱隧道拱部出现纵向裂缝的客观原因,所以在施工之前和在施工的过程中加强监控量测工作,将测量得到的数据作为隧道施工、加固等工作的参数依据,并且加强对物理力学知识的研究,科学的分析公路连拱隧道拱部纵向裂缝的客观因素,针对性的采取措施,消除裂缝对隧道施工和使用带来的不良影响.
3 结语
综上所述,连拱隧道在布线、洞口接线等方面的优点,在我国公路中短隧道的建设中得到了广泛采用.但是连拱隧道结构复杂、施工工序多,在修建过程中容易出现衬砌的裂缝问题,导致渗水、整体受力性变差,对公路形行车安全埋下了较大的安全隐患.所以应该注意混凝土原材料的选取和配比问题,做好不均匀沉降的处理工作,加强荷载裂缝的防治控制和监控量测工作,消除裂缝对隧道施工和使用带来的不良影响.
参考文献
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