隧道路面纵向裂缝产生原因分析及加固处治方案比选
摘要：公路隧道由于地质变化复杂，地质勘察准确性存在不足，施工过程中基底处理不好，或围岩水系变化等多种因素影响，导致软弱围岩遇水承载力下降、岩体遇水膨胀，以致路面产生裂缝，以纵向裂缝为主要病害特征。根据隧道路面病害情况不同，主要有增设仰拱、增设微型钢管桩、增设锁脚锚管、增厚路面水泥混凝土层等多种处治方案。根据现场隧道病害实际情况选取适宜的处治工艺是方案设计的重点，以此提高隧道处治效率，提升处治效果。确保运营期隧道使用的安全性。
关键词：隧道路面裂缝、软弱围岩、微型钢管桩、锁脚锚管、增厚路面水泥混凝土层
1  工程概况
1.1  隧道概况及病害情况
某隧道为双向四车道分离式隧道，左右线间距为15.6m～24.8m～18.0m，进、出口段为小净距隧道，沥青混凝土路面，设计荷载等级：公路-Ⅰ级，隧道起止桩号为：K73+925~K74+752，长827.00m，属中隧道。整个隧道超高-4%～+4%。隧道双洞纵断面设
计为单面坡，左洞为+2.9%；右洞为+2.9%。隧道出口段分布有一鱼塘，面积约2500m2，位于隧道出口段左侧20m，对隧道地质状况影响较大。
运营过程中，该隧道在一定范围内出现路面纵向开裂、路面不均匀沉降变形等病害，危及隧道行车安全。局部段落边墙脚衬砌开裂，衬砌拱部纵向、环向、斜向裂缝较多，但裂缝宽度未超限。
       
图1隧道路面路缘带纵向开裂 图2隧道路面行车道斜向开裂
1.2  隧道工程地质构造
某隧道区位于属四川盆地中部平缓褶皱区、龙女寺半环状旋转构造体系之大石桥背斜南翼，为单斜构造，岩层产状为350°∠4°，隧址区岩体受地质构造的影响，岩体中主要发育两组优
势节理裂隙，经在隧址区进出口及洞身段岩体露头上进行产状及裂隙量测，隧道进出口及洞身段岩体中裂隙特征如下：①组裂隙，其产状为41°∠66°，节理面多较平直，延伸可达10～20m，切穿洞顶的砂岩层，张开度5～20mm，局部泥质充填，发育间距2～3m，结合程度差；②组裂隙，产状为316°∠72°，节理面多较平直，张开度小于3mm，无充填，节理间距一般1～2m，延伸可达2～4m，结合程度一般。
某隧道埋深30～134m，斜坡地带表层主要为第四系全新统残坡积层粉质粘土、含砾粉质粘土，围岩岩性为侏罗系上统遂宁组泥岩，属软岩。节理较发育、岩体较完整、为薄层-中厚层状构造、层间结合一般，拱部及侧壁无支护时，自稳能力差，易产生洞顶坍塌及侧壁小规模塌方。段落内无断层，存在滑坡、危岩。
2  隧道路面病害原因分析
为探明隧道仰拱、仰拱填充层及基底围岩的情况，为病害处治提供依据，采取钻孔取芯的方式进行检测。
钻孔取芯共布置3个钻孔，钻孔深度约1m。根据施工图设计图纸，钻孔岩芯应包含以下结构
cracks什么意思中文层：(1)沥青面层10cm；(2)水泥混凝土面层26cm；(3)C20素混凝土基层15cm。通过钻取芯样检测结果显示：
（1）实际施工路面结构层与设计图纸一致，路面开裂区段与隧道不设仰拱区段高度重合，为未设仰拱的S4c的衬砌类型段落。
（2）隧道路面底部基岩（粉质泥岩）遇水软化，部分呈泥浆状。
       
图3  隧道路面行车道裂缝钻孔 图4  隧道路面行车道裂缝芯样
经分析，隧道路面产生纵向裂缝的原因有：
（1）无仰拱的路段，衬砌结构为开口环形结构，拱脚约束相对较弱，边墙向中间收敛，致使路面隆起开裂变形。
（2）隧道围岩以粉质泥岩为主，岩体完整性及强度较低，在建成运营后，隧道整体发生了沉降。由于Ⅳ类复合衬砌未设置仰拱，整体稳定性相对较差。因此，当隧道发生整体沉降时，在未设置仰拱的Ⅳ类复合衬砌区段内，路面出现了开裂、起拱。
（3）隧道岩体完整性及强度较低，节理较发育、为薄层-中厚层状构造、层间结合一般，拱部及侧壁无支护时，自稳能力差，在应力和地下水作用下，衬砌下沉、下承层泥岩软化膨胀，导致路面开裂[1]，此为隧道路面开裂的主要原因。
3  隧道路面裂缝处治方案比选
3.1  方案一：增设仰拱
由于路面下方存在软弱围岩、地质资料中表明含有膨胀性围岩（石膏），从长远来看，需对隧道底部进行加固，对无仰拱段按照邻近仰拱设计方案施做仰拱，以提高对膨胀围岩和偏压压力的抵抗力，具体布设见图1。该方案优点：可以根治，且整体效果较好；缺点：运营期间，施工难度大、成本较高。
图1  隧道增设仰拱示意图
3.2  方案二：增设微型钢管桩
为防止无仰拱段路面隆起，在路面结构层下部增设微型钢管桩，钢管顶部采用工字钢焊接连接并与隧道衬砌骨架形成一个整体[2]。工字钢嵌入隧道混凝土路面达到整体受力的效果，具体布设见图2。该方案优点：施工影响较小，处治效果较好。缺点：运营期间，施工难度大、成本较高。
图2  隧道增设微型钢管桩示意图
3.3  方案三：增设锁脚锚管
隧道电缆沟边部采用打入锁脚锚管进行注浆加固的方法提高隧道拱脚承载能力。防止衬砌底部进一步向中间收敛[3]，具体布设见图3。优点：施工占道可以分左右幅进行，可实现通车状况下施工，费用适中；缺点：不能根治路面病害。
图3  隧道增设锁脚锚管示意图
3.4  方案四：增厚路面水泥混凝土层
对开裂路段凿除路面原沥青面层、混凝土板及破损开裂的混凝土调平层（含基岩），重新浇筑调平层及基层混凝土，最后铺设沥青面层。其中，处治段落需重新施做电缆沟和边沟，确保边沟、电缆沟及水泥混凝土路面与衬砌混凝土整体受力。优点：费用适中，处治效果好，可以根治。缺点：施工影响大。
图4  隧道增厚路面水泥混凝土层示意图
4  隧道路面裂缝处治方案选取原则
结合隧道地质构造及现场实际施工情况，隧道路面裂缝可采用增设仰拱、增设微型钢管桩、增设锁脚锚管、增厚路面水泥混凝土层等处治方案进行加固，能够有效地控制隧道继续变形，保证隧道的使用安全。结合本工程及类似的工程经验，得出以下结论：
（1）针对路面开裂较为严重，特别是无仰拱路面发生通长开裂，缝宽已超限，路段交通量较小的情况，可根据实际情况可选用增设仰拱或增厚路面水泥混凝土层的方案进行处治。
（2）针对路面开裂较为严重，特别是无仰拱路面发生通长开裂，缝宽已超限，路段交通量较大的，无法单封闭交通的情况，可采用增设微型钢管桩的方案进行处治。
（3）针对隧道路面轻微开裂路段，可采用增设锁脚锚管进行加固处治。
5 结语
由于该路段交通量较小，经综合比选，该隧道最终选择增厚路面水泥混凝土层的处治方案进行处治。处治完成后在近6个月的路面裂缝及沉降观测中，没有发生类似的病害，说明该处治方案能较好解决隧道路面存在的裂缝问题及衬砌总体稳定性问题。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。