土質隧道襯砌裂縫產生原因分析及預防措施(二)
發布時間：2010-01-14 共1頁
3．土質隧道裂縫產生原因分析土質隧道中產生的裂縫、滲漏水現象，一方面是由設計原因造成的，另一方面是由于施工管理不當造成的。
它是結構內部受到與設計狀態不同的應力的反映，同時也與施工過程中由于人為的因素改變了洞室的受力狀態有很大關系。
3.1結構設計計算與實際不符，后期變形應力在設計中未能反映在現在的公路鐵路地鐵隧道設計中，一般根據情況將隧道的設計分為淺埋隧道和深埋隧道兩種情況。淺埋情況下以洞頂上所有覆土壓力作為設計荷載；深埋隧道的設計考慮坍落拱效應，只計部分圍巖壓力。在荷載的計算中采用的是經過調查或試驗得到的土的物理力學參數。這樣的設計模式存在以下幾個方面的問題，第一，人為確定的隧道洞室的荷載模式與實際的洞室受力狀況有很大的區別，把受力復雜的地下工程簡單的采用類似受力明確的框架進行計算，忽略了土質圍巖的特殊性，而這些特殊性恰恰是引起地下洞室日后病害的主要原因。第二，設計中采用的許多土層的物理、力學指標在洞室開挖后都會發生變化，但設計計算的過程卻無法反映出以后這方面的變化，以定態的參數設計的結構去適應動態的應力變化，是對結構受力的過程不全面的反映，同時也是對土層中洞室開挖后的應力變化過程認識不透徹的表現。結構設計中長期以來忽略了地下水的影響，在隧道的設計中僅僅是考慮在有水的情況下將圍巖級別予以降低，在沒有水的情況下則對水的因素不加考慮。先說有水時的情況，對土質隧道來說，地下水對工程的影響體現在以下方面，其一影響了土的物理力學指標，這點可從圍巖級別的降低上得到部分的反映，其二影響了土層中洞室開挖后的應力狀態。土質圍巖中有水時，洞室開挖后將破壞原來的賦存環境及水力路徑，在洞室完成后會重新形成新的水力路徑，在這個過程中，由于水的影響，必然導致洞室周圍土壓力狀態與設計時有很大的不同，而提高圍巖級別卻不能反映出這種影響，故從根本上說，設計時對土質圍巖中水的因素是沒有考慮的。在勘察未見地下水的情況下，修成的洞室卻往往存在漏水的情況，這說明土質圍巖中的水力路徑會隨著洞室的開挖而變化，從而使開挖時干燥的洞室在運營后數年出現漏水的現象。
3.2設計粗糙，結構形式與受力不協調由于土質圍巖組成狀態的不同，導致洞室周圍各處受力狀態的不同，而現在的設計卻存在著設計粗糙、結構形式單一，盲目類比不加深究的現象。從土質隧道的病害情況看，公路隧道的病害比鐵路隧道的病害少，病害的程度也比較輕。其中很重要的原因是，公路隧道的斷面形式在受力方面比鐵路隧道的斷面合理。公路隧道的斷面一般采用三心圓或割圓，而鐵路隧道的斷面一般采用馬蹄形斷面。三心圓或割圓的斷面形式在圍巖壓力的作用下壓力拱軸線一般比較接近于斷面軸線，而馬蹄形的斷面在圍巖壓力作用下的壓力拱軸線與襯砌斷面的軸線相差較大，由此就會在襯砌斷面上產生很大的附加應力。
設計中對于圍巖變化處未做有效的處理，當存在不均勻沉降時導致襯砌的破裂；長大段落的隧道結構未按要求設置伸縮縫，在長期的溫度變化作用下導致襯砌產生裂縫。
3.3施工過程中未嚴格按新奧法要求施工，使襯砌產生裂縫雖然在前文的論述中曾談過新奧法設計有其不足之處，但從現階段的理論和實際來看，新奧法理論仍是目前地下洞室設計和施工的最好的指導理論。但在大量的土質隧道施工過程中，新奧法并未被正確完整的貫徹，大多數工程的施工并未按新奧法的要求進行動態的設計和施工管理。尤其在施工的過程中沒有認真的對待量測環節，當然也就不能以量測資料指導設計和施工。有的工程在最關鍵的收斂穩定的判別上也往往以人眼觀察代替量測，這些對新奧法的斷章取義或認識不清最終導致了各種各樣的工程事故的發生，也導致了最終的工程質量問題。
3.4施工管理方面不善，工程質量不高施工過程的管理未嚴格按國家的有關規范規程辦理，具體表現在混凝土配合比達不到強度要求；施工振搗不密實導致襯砌中有蜂窩使混凝土強度降低；坍方處理不當襯砌背后留有孔洞；超挖回填不密實、欠挖不修整導致的襯砌受力與設計不符；背棄新奧法思想，在初襯變形未收斂的情況下施做二襯；拆模時間過早導致襯砌早期強度不足；冬季施工管理不善導致混凝土達不到強度要求；施工用水管理不善，導致基底被水浸泡，使襯砌產生不均勻沉降等。
4．預防及減少土質隧道裂縫的措施
4.1加強土質圍巖中洞室開挖后初期穩定與長期受力變化特點的研究，更好的指導設計與施工加強地下洞室應力變化基礎方面的研究，弄清各類地下結構在土層中的受力特點，研究土質圍巖中地下洞室長期應力的變化情況及各種不同情況下土中應力的相應變化。著重研究在新奧法后階段土層中應力的變化情況，明確在各種不同的地質條件下，土的物理力學參數隨時間的變化情況，以此指導設計。
4.2有針對性的進行精細設計針對不同的受力特點在斷面形狀、局部受力強度等方面進行深入細化設計，使結構與應力達到協調統一。
4.3加強施工管理，保證工程質量在洞室開挖管理、混凝土質量管理、量測控制管理、施工工序等方面加強管理，杜絕塌方事故的發生，以嚴格的管理制度保證工程質量。
5．結論
土質圍巖中開挖洞室雖然有很長的歷史，但我們對土質圍巖中的應力變化至今仍不清楚，由此導致的工程設計不是太保守就是不安全。今后應在這個方面進行廣泛的基礎研究，特別是應加強對土質圍巖在洞室修成后的長期應力變化的研究，加強洞室修成后在自然降水作用下洞周應力的研究，搞清洞室修成后土中物理、力學參數的變化規律，對現行的設計進行指導。在設計中一定要針對不同的地層情況、不同的地層參數進行細化設計，使結構能適應應力的變化；加強施工管理，實現信息化施工。總之，應采取各種措施減少地下洞室產生裂縫，減少財產的浪費，改善地下洞室的應用環境。
