裂缝发生位置 裂缝类别
竖横 向裂 缝
d ≥0. 3mm
0. 3mm > d ≥0. 2mm
d﹤ 0. 2mm
纵向裂缝
小计
Байду номын сангаас共计
上行线 (条 )
左 边 墙
右 边 墙
拱 顶
176 93 60
49 104 60
29 202 /
6
110
260 399 170
829
下行线 (条 )
左 边 墙
右 边 墙
拱 顶
190 153 43
由表 1可知 ,双洞拱墙部各类裂缝 (不含施工 缝 )共计 1724 条 ,其中上行线墙部各类裂缝共计
黄土地区隧道病害是多种因素综合作用的结 果 。通过对该黄土隧道病害发展的情况调查分析 , 造成隧道衬砌开裂和沉降的主要原因有 : 3. 2. 1 黄土工程特性
该隧道穿越地层为第四系中更新冲积老黄土 , 灰黄 、褐黄色 ,为粉质亚粘土 ,土质均匀 ,结构局部较 疏松 ,层理和柱状节理发育 。黄土的孔隙率大 ,渗透 性强 ,地表水宜下渗 ,垂直节理的发育 ,使垂直方向 渗透系数远大于水平方向 ,地表水以垂直入渗为主 , 水平向围压较小而无竖向摩擦力 ,黄土将以垂直节 理切割的土柱形式完全将其全部自重作用于衬砌 上 ,使衬砌发生竖向开裂 。
J ou rna l of Eng ineering Geology 工程地质学报 1004 - 9665 /2009 /17 (1) 20138207
某黄土隧道病害原因分析及处治措施3
丁兆民 ①② 杨晓华 ①
( ①长安大学公路学院 西安 710064) ( ②甘肃省交通科学研究所有限公司 兰州 730050)
73 97 43
45 124 / 62 108
308 436 151 895
某黄土公路隧道是上下行线分离式长隧道 。上 行线 全 长 1455m , 纵 坡 + 1. 62% ; 下 行 线 全 长 1422m ,纵坡 + 1. 348%。该隧道穿越两山 ,在两山 间“V ”形冲沟处隧道埋深仅为 17m ,隧道埋深最高 为 110m。该隧道穿越地层为第四系中更新冲积老 黄土 ,灰黄 、褐黄色 ,为粉质亚粘土 ,土质均匀 ,结构 局部较疏松 ,层理和柱状节理发育 。山顶为水浇地 , 隧道洞身土体含水量较大 ,结构稳定性较差 。洞口 浅埋段覆盖层为第四系上更新统风积黄土 ,层厚 15 ～35m ,浅黄色 ,土质较松散 ,大孔隙 、垂直节理发 育 ,其中自重湿陷性黄土层厚 24m。
3. 2 原因分析
3 病害类型及原因分析
3. 1 病害调查
通过对该黄土隧道病害的详细调查 ,衬砌开裂 和隧道沉降是该黄土隧道的主要病害 。 3. 1. 1 衬砌开裂
该黄土隧道内裂缝主要发生在隧道两侧边墙及 拱顶 ,其中边墙裂缝按竖向裂缝和纵向裂缝进行统 计 ,拱顶裂缝按横向裂缝和纵向裂缝进行统计 ,并按 裂缝的宽度大小对裂缝进行分类 (表 1) 。
3. 1. 2 隧道沉降 隧道出现下沉范围较大 ,除洞口附近外其他路
段沉降基本上大于 2cm ,长度在 1. 2km 左右 ,且上下 行隧道基本对应 。其中上行线 SK61 + 180～SK61 + 480、SK61 + 800～SK62 + 020 与下行线 XK61 + 280 ～XK61 + 580、XK61 + 780～XK62 + 020段沉降大 , 路线内侧 (行驶方向左侧 )隧道边墙最大沉降值 :上 行线 11. 7cm ,下行线 13. 3cm;路线外侧隧道边墙最 大沉降值 :上行线 9. 5cm ,下行线 11. 4cm ,隧道内侧 边墙沉降大于外侧边墙沉降 ,隧道断面倾斜 。
图 1 地表水 、地表裂缝及黄土陷穴对隧道破坏模式 Fig. 1 Failure mode of tunnel by Surface W ater、 surface crack and loess sinking
3. 2. 3 隧道埋深 该黄土隧道穿越两山 ,在两山间“V ”形冲沟处
隧道埋深为 17m ,隧道埋深最高达 110m。在黄土隧 道浅埋段 ,考虑隧道轴线位置自重应力不大 ,黄土在 较低的围压下固结程度较差 ,加之垂直节理发育 ,承 载力较低 ,自撑能力差的特性 ,隧道衬砌和仰拱为钢 筋混凝土 ,拱脚与仰拱刚度联结大 。而在黄土隧道 深埋段 ,隧道衬砌为素混凝土 ,仰拱为花拱架钢筋构 造 ,拱脚与仰拱联结刚度差 ,山顶黄土受地表水 (大 气降雨 、灌溉 )的影响 ,围岩自重增大 ,且自身承载 力减少 ,使隧道发生沉降变形 。黄土隧道深埋段拱 脚与仰拱刚度联结较隧道浅埋段差 ,造成深埋段隧 道沉降大于浅埋段 。同时由于地裂缝导致围岩整体 性破坏 ,处于深浅埋过渡段的隧道病害较为集中 ,隧 道沉降量极值均处于该段落 。
ANALY S IS O F D ISEASE CAUSES AND TREATM ENT M EASURES O F H IGHW AY TUNNEL IN LO ESS
D IN G Zhaom in①② YAN G Xiaohua①
( ①S chool of H ighw ay, Chang′an U n iversity, X i′an 710064) ( ②T ransporta tion R esea rch Institu te of Gansu P rovince, L anzhou 730050)
2 工程概况
829条 ,下行线拱墙部各类裂缝共计 895条 ,双洞裂 缝宽度大于 0. 2mm 的结构裂缝共计 885 条 。其中 边墙裂缝以竖向裂缝为主 ,拱顶裂缝以纵向裂缝为 主 ,通过对大于 0. 2mm 深度的裂缝进行抽检 ,发现 裂缝最大深度可达 26cm ,平均深度在 10～15cm。
表 1 某黄土隧道裂缝统计表 Table 1 Cracks of loess tunnel statistics
摘 要 某黄土公路隧道在通车运营几年后出现了衬砌开裂及隧道沉降病害 。通过对该黄土公路隧道病害的监测及其发展 过程的分析 ,得出黄土工程特性 、地表水及黄土隧道埋深是造成隧道病害的主要影响因素 。针对上述隧道病害 ,本文提出用 有限元计算分析方法对 4种不同工况下的加固方案进行分析 ,结果表明对结构的局部补强和对地表水的处理 ,结构与土体之 间应力的传递和消散作用使得应力逐步得到调整与改善 ,最后对拱脚的加固使得隧道结构的整体性进一步加强 ,应力分布更 加合理 ,承受荷载的能力进一步提高 。故而本文提出 ,该隧道衬砌裂缝应进行修补加固 ,同时对拱脚地基采用树根桩和夯扩 桩加固的方法可以提高隧道安全通行能力 。 关键词 黄土隧道 衬砌开裂 隧道沉降 处治措施 中图分类号 : U452. 1 + 1 文献标识码 : A
(1)洞顶地表裂缝及陷穴 、落水洞应立即抓紧 时间处理 ,防止地表水 (农灌水 、雨水 )灌入对隧道 造成危害 。对地表裂缝采用“开挖 —夯实 —铺防渗 层 —逐层回填夯实 ”的方法进行处治 ; 对地表陷穴 的处治采用由陷穴坑的逐层夯实回填的方法 ,回填 高度应高于地面 0. 2m ,防止水入渗后再次形成陷 穴。
Abstract After having been operated for several years, a highway tunnel p roduces the diseases of lining cracks and tunnel settlem ent in loess area. Analysis of the development p rocess of the diseases indicates that the main cau2 ses are loess characteristics, surface water and the dep th of loess tunnel. In response to the diseases, a finite ele2 ment analysis is conducted for four different conditions of the reinforcement measures. The num erical results show that the local structural reinforcem ent, surface water treatment, and the soil - structure interaction can reduce stress concentration and imp rove the tunnel stress distribution. The reinforcement at the bottom corners of tunnel arch structures can strengthen the overall stress distribution more reasonable and enhance the tunnel ability to undertake external loading. Hence, the tunnel lining cracks should be repaired and strengthened. A t the sam e time, the arch foot foundation should be reinforced w ith root p ile and ramm ed - pedestal p ile. These m easures would imp rove the safety of the tunnel capacity. Key words Loess, H ighway tunnel, L ining cracks, Tunnel settlem ent, Treating measurement
Jou rna l of Eng ineering Geology 工程地质学报 2009