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(jié)構(gòu)檢測技術(shù)有限公司，廣西 柳州 545036)

某隧道拱頂縱向開裂及斷面變形監(jiān)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(jié)構(gòu)檢測技術(shù)有限公司，廣西 柳州 545036)

隧道的安全性對(duì)保證高速公路的暢通運(yùn)行至關(guān)重要，針對(duì)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(duì)其襯砌開裂情況進(jìn)行檢測和分析，指出開裂原因主要為襯砌材質(zhì)不合理、構(gòu)造不滿足設(shè)計(jì)要求和圍巖偏壓三個(gè)因素，采用注漿法對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，取得了良好的效果，并對(duì)裂縫的長度和寬度進(jìn)行監(jiān)測，建立了隧道斷面變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)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(shí)時(shí)監(jiān)測提供借鑒和參考。

隧道，縱向裂縫，成因，處治，變形監(jiān)測

1 概述

近年來，我國的高速公路建設(shè)取得巨大發(fā)展，作為高速公路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，隧道的安全性對(duì)高速公路的暢通運(yùn)行至關(guān)重要，隨著時(shí)間的推移一些早期修建的隧道出現(xiàn)了不同類型和程度的病害，其中比較典型的便是裂縫，對(duì)隧道的安全性構(gòu)成了嚴(yán)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(yè)界的研究熱點(diǎn)之一，有學(xué)者為評(píng)判公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫的穩(wěn)定性，建立了一種基于斷裂力學(xué)的公路隧道素混凝土襯砌裂縫穩(wěn)定性理論分析方法[2]，也有學(xué)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(duì)隧道襯砌的開裂過程進(jìn)行數(shù)值分析[4]，這些研究都為揭示隧道的開裂機(jī)理提供了理論支撐，針對(duì)隧道裂縫的智能檢測研究也應(yīng)運(yùn)而生，例如隧道襯砌裂縫自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)等[5,6]。目前針對(duì)隧道裂縫的修補(bǔ)，主要有埋管注漿法和鋼拱架+注漿錨桿法[7]，也有學(xué)者提出了早強(qiáng)纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)混凝土(TRC)加固法[8]，此外采用環(huán)氧樹脂對(duì)裂縫進(jìn)行充填、環(huán)向鋼板箍貼二襯進(jìn)行處治[9]，采用型鋼網(wǎng)格混凝土加固[10]，地表旋噴樁加固綜合治理[11]等，也應(yīng)用的比較多，這些方法各有特點(diǎn)及適用工況。本文以某高速公路上的隧道為工程依托，針對(duì)其裂縫開裂進(jìn)行檢測、分析和處治，并建立監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道斷面變形，可為國內(nèi)同類型隧道開裂的處治和斷面變形實(shí)時(shí)監(jiān)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(fā)現(xiàn)的裂縫位于拱頂，縱向，起伏狀，2010年7月檢測時(shí)裂縫長度為8 m，寬度為1.6 mm，深度約43 mm，兩點(diǎn)滲水，2016年檢測時(shí)，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(fā)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(kuò)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(duì)策

3.1裂縫成因分析

根據(jù)檢測結(jié)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(jīng)雷達(dá)掃描發(fā)現(xiàn)該段拱頂部位實(shí)測二襯混凝土厚度小于設(shè)計(jì)厚度，不滿足設(shè)計(jì)要求，局部形成薄弱區(qū)域，易出現(xiàn)裂縫，檢測結(jié)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(chǎn)生變形裂縫。

表1 右線隧道設(shè)計(jì)參數(shù)表

表2 隧道右線地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果表

表3 隧道右線襯砌厚度表 cm

綜上所述，通過對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行分析可知，隧道拱頂縱向開裂的主要原因?yàn)橐r砌材質(zhì)不合理、構(gòu)造不滿足設(shè)計(jì)要求和圍巖偏壓三個(gè)因素。

3.2裂縫處治對(duì)策

基于裂縫的檢測、監(jiān)測結(jié)果和成因分析，裂縫的處治對(duì)策如下，采用低壓注射法修補(bǔ)裂縫，流程如下：

1)使用壓縮空氣對(duì)裂縫進(jìn)行清理。

2)使用封口膠在裂縫兩側(cè)每固定間隔黏接注射筒底座，對(duì)裂縫全長進(jìn)行封縫。

3)待封口膠固化后，進(jìn)行注膠，待膠液固化后，進(jìn)行表面清理，整平混凝土表面。

4)進(jìn)行薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)。

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(xù)發(fā)展可能，對(duì)裂縫長度和寬度變化規(guī)律進(jìn)行長期監(jiān)測，裂縫長度監(jiān)測主要有尖端標(biāo)記法和砂漿涂抹法，本次采用尖端標(biāo)記法進(jìn)行裂縫長度的監(jiān)測。裂縫寬度監(jiān)測主要有標(biāo)點(diǎn)量測法和裂縫計(jì)測量法，本次采用裂縫計(jì)測量法進(jìn)行裂縫寬度的監(jiān)測。監(jiān)測位置布置：距洞口約15 m和25 m兩個(gè)斷面，每半小時(shí)采集一次。

4 隧道斷面變形實(shí)時(shí)監(jiān)測

為了掌握隧道裂縫的發(fā)展，分析隧道拱頂沉降和凈空收斂之間關(guān)系，以便及時(shí)有效進(jìn)行處治以確保安全，對(duì)該隧道拱頂沉降和凈空收斂進(jìn)行監(jiān)測，每代表性地段1個(gè)～2個(gè)斷面，每斷面1個(gè)測點(diǎn)。

4.1系統(tǒng)架構(gòu)與功能

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化、實(shí)時(shí)性等效果，基于隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立隧道監(jiān)測系統(tǒng)，架構(gòu)圖見圖3，拱頂沉降和凈空收斂監(jiān)測的布置圖見圖4。

1)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測和無線傳輸。

2)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測信息化管理，不同人員具有不同的訪問權(quán)限，可以查看不同的內(nèi)容。

3)系統(tǒng)自動(dòng)分析監(jiān)測的數(shù)據(jù)及其變化規(guī)律，判斷隧道結(jié)構(gòu)的安全狀況。

4)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)監(jiān)測異常的數(shù)據(jù)報(bào)警，并實(shí)時(shí)通知相關(guān)人員處理。

4.2系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

4.3拱頂下沉監(jiān)測

1)監(jiān)測原理。

采用等比法對(duì)拱頂沉降監(jiān)測，監(jiān)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(jì)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(jì)拱頂沉降量。

2)測點(diǎn)布設(shè)。

在距洞口10 m和20 m兩個(gè)斷面布設(shè)測點(diǎn)，設(shè)2套監(jiān)測設(shè)備，拱頂沉降/收斂監(jiān)測采用FTM-50S激光測距儀，配套FS-D04數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)V1.0。

4.4凈空收斂監(jiān)測

通過激光測距儀監(jiān)測拱腰處凈空收斂，根據(jù)拱腰凈空收斂測量隧道圍巖的凈空收斂，監(jiān)測斷面和監(jiān)測設(shè)備與拱頂沉降監(jiān)測項(xiàng)一致。

5 結(jié)語

針對(duì)某高速公路隧道拱頂縱向開裂，對(duì)其隧道拱頂縱向開裂進(jìn)行監(jiān)測和成因分析，并對(duì)隧道斷面的拱頂下沉和凈空收斂進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，結(jié)論如下：

1)隧道拱頂縱向開裂原因主要為襯砌材質(zhì)差、構(gòu)造不滿足設(shè)計(jì)要求和圍巖偏壓三個(gè)因素，隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)重視襯砌的材質(zhì)選擇和構(gòu)造要求，同時(shí)對(duì)隧道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，盡量減少圍巖偏壓對(duì)隧道開裂的影響；

2)隧道拱頂出現(xiàn)裂縫后，對(duì)隧道的拱頂下沉和凈空收斂監(jiān)測至關(guān)重要，可為以后隧道裂縫的成因分析、處治和健康監(jiān)測系統(tǒng)提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

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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(jí)工程師

U457

A