隧道衬砌裂拱机理分析及整治 (2).doc

隧道衬砌裂拱机理分析及整治1、引言1、隧道裂拱是隧道衬砌常见病害之一。神延线（神木－延安）某隧道在施工过程中于1999年9月发现已成洞衬砌在距进口约27m处发生沿隧道纵轴方向的裂缝并向出口方向延伸约24m.裂缝位置大致在两侧拱腰处大致对称于隧道断面中线除了两条主裂缝外还伴有若干次生斜向小裂缝。裂缝发现时的宽度为3.3mm随后的裂缝宽度监测表明两侧拱腰处的主裂缝仍在发展。在其后的7天时间内裂缝宽度发展至5.7mm.如果不及时整治很可能会影响隧道安全。由设计、施工单位组成科研小组对隧道裂拱原因进行分析及提出加固整治措施以迅速遏制裂缝发展确保隧道安全。2、工程概况该隧道开挖高度H=8.26m开挖宽度B=6.30m发生裂拱段的隧道最大埋深37m最小埋深22m.山坡植被覆盖较少拱顶地面附近有一水沟流向与隧道走向近似平行。该段隧道穿越地层主要为砂岩、灰黄色泥岩、碳质泥岩与煤岩互层。岩层产状接近水平。围岩工程地质特性描述如下：⑴、砂岩：灰白、灰黄色中细至粗粒结构钙质胶结中厚至厚层状风化较为严重节理较发育节理间距0.5～1.0m砂岩属于Ⅳ类围岩隧道拱顶侵入砂岩约0.6m.⑵、灰黄色泥岩位于砂岩下方泥质、粉砂质结构节理较发育风化较为严重含有大量粘土类矿物（如伊利石、蒙脱石）属Ⅱ、Ⅲ类围岩。⑶碳质泥岩与煤岩互层碳质泥岩：灰黑、黑色不能染黑手指位于泥岩下方泥质、粉砂质结构节理较发育风化较为严重属Ⅲ类围岩。煤岩：黑色节理较发育风化较严重属Ⅲ类围岩在隧道开挖过程中未见有地下水但砂岩节理发育砂岩露头能很好的接受大气降水的补给故砂岩裂隙水发育在现场发现拱顶上方地表有水沟走向近似平行于隧道走向。科研小组选取处于不同施工段的三个断面进行各种测试及分析。3、隧道测量3.1隧道断面测量为了检测隧道断面发生裂拱后衬砌变形是否侵入隧道限界用瑞士产的Profiler4000断面仪对三个选定的典型断面净空进行了测量量测结果表明裂拱段衬砌未侵入隧道限界。3.2隧道衬砌与围岩的接触状态及衬砌厚度为了了解衬砌与围岩的接触情况特别是拱部衬砌与围岩的接触状态对所选择的三个断面在拱顶、拱腰及拱脚处钻孔检查。由于泥岩含有大量粘土矿物如蒙脱石、伊利石和高岭石等前二者都能吸水膨胀吸水膨胀能力蒙脱石最强伊利石次之而高岭石遇水比较稳定。为了弄清该泥岩中各种粘土矿物的含量对钻孔时取出的泥岩岩芯对其所含上述三中矿物的含量及其膨胀物理力学性质进行了测试．3.4隧道混凝土当前抗压强度及抗拉强度该隧道衬砌混凝土的设计强度等级为C20对钻孔取下的衬砌混凝土岩芯将其加工成10cm×10cm×10cm的立方体试件进行抗压强度测试抗压强度（已乘以折减系数1.05）测试结果列入表3.表中龄期T1、T2分别指发现裂缝时及取样时的衬砌混凝土的龄期龄期为T1及28d时的抗压强度是由强度与龄期的关系换算出来的[1].从表中数据可以看出衬砌混凝土强度达到了设计强度等级。