雪峰山隧道二次衬砌、仰拱开裂及方案处理

摘要:雪峰山隧道是一座单线双洞隧道,进口开挖时,仰拱及拱墙二次衬砌开裂,通过沉降开裂数据,结合结构计算分析出开裂原因,选取加固基底等处理方案,提出对施工仰拱及基础的重要性。

关键词:铁路隧道 二次衬砌 仰拱 裂缝 1 工程概况 1.1 概述

雪峰山隧道为单线双洞隧道,全长17796m。进口里程DK300+896,明暗分界里程为DK300+957,隧道二次衬砌开裂发生于DK300+957～DK301+370段。本段两隧道中心线间距为11m～24m变化。

1.2 工程地质 1.2.1 地形地貌

雪峰山隧道系属武夷山山脉。进口二次衬砌开裂段位于低山地段,线路左右侧各发育一冲沟。2007年当地修建水泥厂填平了右侧冲沟。

1.2.2 地层岩性

该段位于NE侧斜坡上,表层发育第四系坡残积、冲洪积层卵石土、漂石、黏土及粉质粘土夹碎石,厚度一般5m～6m,其下为元古界震旦系下统丁屋岭组下段的全风化石英片岩、千枚岩及变粒岩组合,

厚度超过20m。自然坡度10°～16°,该段均为浅埋及偏压地段,岩石节理裂隙发育,岩体较破碎,质地较软,洞身稳定性差,围岩分级为Ⅴ级。

1.3 隧道二次衬砌断面

雪峰山隧道为单线铁路隧道,设计时速200km/h,隧道内净空面积(轨面以上)为58.21m2。隧道二次衬砌厚度50cm,采用C35钢筋混凝土。雪峰山隧道二次衬砌断面见图1。

1.4 二次衬砌开裂情况

裂缝主要出现于隧道左线:DK301+122.5 ～DK301+264,缝宽0.5mm～17mm,其中主裂缝位于DK301+148～DK301+255、DK301+225～DK301+251、DK301+245～DK301+264段。二衬拱顶、拱腰、拱脚部位也出现了一些细小裂纹。

裂缝特性:(1)通过芯样分析,仰拱裂缝上宽下窄,局部发育斜向发展,多数芯样裂缝均未贯穿仰拱。(2)裂缝基本位于隧道仰拱,且以中线附近居多。

2 裂缝原因分析

隧道的二衬衬砌为隧道最后的安全保障,对二次衬砌的处理必须彻底,以免对运营造成安全隐患。我们发现隧道仰拱开裂的原因是由

几个因素共同造成的,主要体现在地质因素,施工工艺及施工管理。

2.1 隧道地质方面

地方建设水泥厂的原因,将隧道右上侧冲沟填平,彻底改变了原有地形地貌,地表径流发生根本性变化,抬升了地下水位,造成地下水发育,围岩含水量增加,C、ф值急剧降低,地质条件恶化。加大了结构的受力。

2.2 施工工艺

为了方便施工及隧道台车等关系的影响,施工方对二次衬砌的施工工艺进行了调整,并将隧道仰拱及仰拱填充一次浇筑完成。违背了设计的理念,改变了结构的受力。设计施工工艺与施工时施工工艺比较图见图2。

2.3 隧道施工管理

从隧道出现沉降,且隧道仰拱中心出张拉性裂缝,由此可以分析,隧道底部的承载力出现不均匀的现象。隧道地下水发育,隧道仰拱施工又处于基坑施工中,很容易造成隧道地下水的淤积,造成基底承载力的下降。隧道仰拱的开挖为圆弧形开挖,存在一定的施工难度,隧道两侧的超挖在所难免,处理不当,这就造成了隧道的基底承载力不均匀,从而导致了二次衬砌的沉降及仰拱的开裂。

2.4 仰拱开裂模拟分析

仰拱的裂缝是张性裂缝,仰拱的弯矩是引起裂缝的第一原因,下面就从同一受力环境下对以上条件进行受力比较。

围岩压力的选取:隧道选取更不利的浅埋受力。隧道为单线隧道,但左右两条隧道相距较近,选取更为接近的双线隧道浅埋条件。

利用SAP84软件对隧道二次衬砌进行弯矩分析,图3左侧为设计二次衬砌处于基底承载力一致的条件下的弯矩图,仰拱因为拱形的原因,弯矩比较平均,最大弯矩287kN·m。隧道由于基底承载力不均,模拟采用基底两侧各3m范围内的基底承载力减少至原承载力的1/3,图3右侧为该环境下的弯矩图,仰拱跨中最大弯矩1462kN·m。由此看出,两侧承载力的降低为仰拱裂缝产生的原因之一。

现将二次衬砌的仰拱与仰拱填充合并进入模拟。图4左侧为设计断面仰拱与填充合并进入结构的弯矩图,仰拱最大弯矩2957kN·m。图4右侧为施工方的二次衬砌(图2)在同一条件下的结构弯矩图,最大弯矩3740kN·m。由此可以看出,结构的变化加剧了仰拱裂缝的产生。

综上,基底承载力不均匀及施工工艺的问题影响了仰拱弯矩,其中基底承载力不均匀是导致仰拱开裂的主要原因。

3 建议处理方案

(1)对仰拱底部设置孔径φ89深3m,间距1.5m×1.5m,注浆孔进行基底注浆加固。

(2)左右墙脚部位各设置两排微型桩,中间设置2～3排微型桩,桩径127mm,深约10m,内设钢筋束。

(3)底板原设计30cm素混凝土垫层改为30cm钢筋砼,并与原结构形成叠合结构。

(4)拱部二衬裂缝段采用压注环氧树脂进行补强后,在衬砌内侧设置25cm厚钢筋砼衬套(保证限界),与原结构形成叠合结构。

(5)处理效果。

根据处理后二衬量测数据,处理后隧道沉降已趋于稳定状态。 4 结语

隧道仰拱的开裂在隧道施工中相对少见,隧道仰拱的施工及基底的处理往往不被重视,分析看出,仰拱在隧道结构中起着比较大的作用。施工工艺的微小改变在隧道施工中可谓随处可见,分析看出,微小的改变,加剧了隧道衬砌结构的破坏。严格的施工管理,合理的施工工艺才是工程的安全及质量的保证。

参考文献 [1] [2] [3] 社,2005.

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至福州段站前工程施工图-雪峰山隧道设计图.武汉,2009.