【正文】 水受凍，也是最常見的腐蝕部位。而 經(jīng)常干燥無水，則不會發(fā)生這種腐蝕。 1 94 (2)石塊腐蝕 石塊發(fā)生腐蝕，一般發(fā)生薄層剝落，襯砌厚度日益變薄，而不至發(fā)生大塊落石，但若灰縫 與石塊同時發(fā)生腐蝕，則其危害較大。在防蝕的措施中，堅 持運用以排為主，排、堵、 截并用，綜合治水仍是主導(dǎo)思想。 (3)結(jié)構(gòu)層防蝕 在各種腐蝕病害較為集中的地段，特別是水中 so一含量較高，滲水壓較大的段落，除 采取排水降低水壓外，同時用抗侵蝕材料作襯砌，使防水、防蝕與結(jié)構(gòu)合為一體。 (4)伸縮縫、施工縫防蝕 為了達到防水、防滲目的，目前在高速公路隧道中的伸縮縫、變形縫和施工縫間都設(shè)有 止水帶，從而達 到了防蝕目的。由于受技術(shù)和資金條件的限制，一些因素在設(shè)計前是難以準(zhǔn)確確 定的，所以在隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計中常帶有一定的盲目性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度不夠或與圍巖壓力不 協(xié)調(diào)，造成襯砌結(jié)構(gòu)開裂、破壞。 新奧法原本是種動態(tài)設(shè)計理論，根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)施工，在施工中完善設(shè)計，它需要設(shè)計、施工緊 密接合，及時溝通。 而我國目前的工程管理辦法很難適應(yīng) 這一要求，導(dǎo)致設(shè)計與工程實際不符，不是設(shè)計過于保守，就是存在不安全因素，造成采用新 奧法設(shè)計，用老辦法施工，各種施工環(huán)節(jié)很難按新奧法的要求銜接。 當(dāng)然，工程上出現(xiàn)的襯砌開裂更多的則是由于施工管理不當(dāng)或是因為襯砌厚度不足，或 是因為混凝土強度不夠造成的。在 1500m 范圍內(nèi)有 5 段裂縫發(fā)育區(qū)，其中一條 連續(xù)縱向裂縫長達 33m，裂縫的最大寬度達 20mm，最大水平錯距達 40mm。 1 95 陜西境內(nèi)某黃土隧道，由于土壓力較大，施工中襯砌混凝土 存在質(zhì)量問題，隧道尚未通車，襯砌便先由局部開裂發(fā)展為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，最終導(dǎo)致大范圍的塌 方。 1．常見的襯砌開裂病害 1)襯砌開裂及其危害 襯砌開裂破損是隧道中主要的病害之一，其危害主要表現(xiàn)為： (1)隧道凈 空變小，界限受侵，影響貨物的運輸； (2)襯砌對圍巖的支護能力降低，不能有效地約束巖體變形與保持圍巖穩(wěn)定； (3)襯砌碎裂失去整體性，隨時可能發(fā)生掉塊，打車傷人，嚴(yán)重者會突然發(fā)生坍塌而中斷 行車，并存在造成交通事故的隱患； (4)沿裂縫漏水，帶來其它病害； (5)仰拱或路面開裂破損，直接影響隧道的穩(wěn)固狀態(tài)，危及行車安全； (6)修建在含瓦斯地層中的隧道，襯砌開裂破損容易出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸蕖? (2)拱腳 以拱腳內(nèi)移為主。 2．襯砌開裂原因分析 1)施工過程中形成的開裂 、 (1)與混凝土收縮有關(guān)。 (4)拆模過早，圬工沒有達到一定強度即發(fā)生超限應(yīng)力； (5)模型拱架下沉變形或剛度不足； (6)支撐倒換次數(shù)太多，引起局部 地壓增大，或施工中遇到坍方，或遇膨脹性圍巖等引起 山體壓力的不均勻分布和增長速度過快； (7)地下水處理不當(dāng)，造成巖體有較大含水量； (8)施工工藝或材料檢驗發(fā)生漏洞，造成圬工強度不足； (9)回填不及時，漏回填，或回填質(zhì)量不好，使襯砌的支承條件與受力情況出現(xiàn)不利的組 厶 合。它們的成因 與多種因素有關(guān)，情況非常復(fù)雜，但最基本的成因是：引起襯砌變形、移動和 開裂的外部條件發(fā)生了不利的變化，以及襯砌抵抗變形、移動和開裂的能力不足以適應(yīng)外部 荷載的變化。目前，所應(yīng)用的設(shè)計理論不夠完善，不能正 確反映巖層變化、移動對地層壓力大小、分布及增長規(guī)律的影響，同時，襯砌對隧道的支承能 力大小及作用狀況對地壓的大小、分布和增長都有一定的反作用，這也是現(xiàn)行的理論 與方法 所沒有反應(yīng)的?？傊?，目前的設(shè)計方法具有很大的經(jīng)驗性和工程類比性。 ②圍巖種類劃分不準(zhǔn)。在現(xiàn)場運用時，準(zhǔn)確劃分圍巖類別有時非常困難，導(dǎo)致圍巖種類劃分不準(zhǔn)確。有的襯砌節(jié)段，實際埋深并不大，或者隧道頂上的覆蓋 層是由 多層多種巖層組織，且層含水量大，巖性相關(guān)懸殊，或者地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，根本不能形成卸 載拱。 ④隧道開挖的實際斷面形狀和尺寸與設(shè)計采用的數(shù)值差別較大。若某一段落 竣工后的開挖斷面的形狀尺寸與此出入很大，這就不僅對地壓的大小產(chǎn)生重要影響，而且對 地壓沿襯砌周邊的分布圖形都會帶來根本變化。 設(shè)計中所采用的地壓分布圖形，是通過大量工程實踐與試驗總結(jié)出來的經(jīng)驗圖形。 1 97 ①地形偏壓。 ②地質(zhì)構(gòu)造偏壓。主要是巖層在一定部位沿層面下滑形成，或巖層沿層面局部坍塌而 形成。但要結(jié) 合巖石強度、巖體結(jié)構(gòu)的切割狀況、地下水活動、施 r． yl： t~f~狀和回填狀況來分析。一般向斜較背斜更不利。由于斷裂面巖層較為破碎，一般呈塊石、角礫、斷層泥狀或夾雜其他充填 物，而地下水發(fā)育，巖體強度低，圍巖壓力大，易坍塌。軟硬及彈性抗力不均，主動荷載與被動抗力分布不均勻，凍脹性、膨 脹性、軟化性巖層的厚度不等，分布不均形成的偏壓，要結(jié)合有無地下水作用來分析。在運營后仍發(fā)生影響者主要 是隧道開挖的實際形狀 (包括超挖和坍方 )、 回填狀況等因素決定。通過對山體滑坡、變形和裂縫與洞內(nèi)襯砌開裂動 態(tài)的對應(yīng)觀測可以判斷。如膨脹、凍脹、壓縮變形或被沖空等。 (6)出現(xiàn)了地下水的動、靜壓力作用。 (8)襯砌的厚度和圬工的實際強度不足。 (10)襯砌的整體性不夠強。 3．襯砌開裂的預(yù)防與整治 1)防治原則及準(zhǔn)備工作 裂損的預(yù)防包括對未裂損者怎樣防止裂損發(fā)生，已裂損者怎樣控制裂損部位的增加、范 圍的擴大及其危害程度的加劇。無 論是預(yù)防或整治都必須采取以穩(wěn)定圍巖為主，穩(wěn)固巖體與加固襯砌相結(jié)合的綜合治理措施。有些節(jié) 段雖然尚未出現(xiàn)開裂，也要判明它是否存在最易發(fā)生開裂的條件。 1 98 對已發(fā)生明顯的變形和移動，但尚未開裂的 節(jié)段和部位也要作定期觀測和記述，掌握其變化動態(tài)，必要時尚可作山體變形觀測、山體壓 力大小分布規(guī)律的量測、襯砌應(yīng)力與應(yīng)變的量測以進行監(jiān)視。 ‘ (4)根據(jù)實地觀測調(diào)查，利用已有的技術(shù)資料 (設(shè)計文件、竣工文件、隧道卷字、病害調(diào)查 及有關(guān)科研試驗成果、過去的觀測記錄等 )，對裂損病害的原因作具體分析，必要時可通過鉆 探、鑿探以及采用雷達探測等手段輔助查找病害原因。 (6)在前述基礎(chǔ)上制訂預(yù)防與整治的具體方案，作出整治工程設(shè)計并付諸實踐。 ②改變地壓的分布圖形，削弱其不利分布，或變不利為有利。 ④對巖體的整體滑移、錯落或局部沿軟弱結(jié)構(gòu)面和層面的滑動加以有效的控制。 ⑥消除圍巖體內(nèi)的洞穴和廢置坑道對隧道圍巖的變形和失穩(wěn)的不利影響。通過疏干圍巖含水，堅決地采取 治水措施是穩(wěn)固巖體的根本措施之一。 (4)充填洞穴和洞穴支護 隧道襯砌外周圍如果存在各種大小的超挖而沒有回填的空隙，不僅使地層壓力分布圖 形產(chǎn)生不利影響，而且使得襯砌結(jié) 構(gòu)失去周邊的有利支承條件，不能使襯砌的承載能力得到 充分發(fā)揮利用。小的洞穴可以采取壓漿，稍大的洞穴可以開洞進內(nèi)用人 工砌筑或用混凝土輸送泵灌注填充。 1 99 (5)錨桿加固巖體 自襯砌內(nèi)向圍巖體內(nèi)打人一定數(shù)量和深度的金屬錨桿、鋼筋砂漿錨桿或砂漿錨桿，可以 起到三種作用：一是把不穩(wěn)定的巖塊固定在穩(wěn) 定的巖體上；二是在水平層狀的巖石中把數(shù)層 巖層串聯(lián)成一個組合梁；三是通過錨桿加固，使松散巖體的內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力有所增強，形 成一定厚度的承載拱作用。但必須保證巖體不被地下水的軟化泥化等有害作用所破壞。 (6)換填與跨越 如果隧道底存在厚度較大的軟弱不穩(wěn)固的巖體， 或者隧道底洞穴中有不穩(wěn)固的充填物， 因而造成襯砌節(jié)段下沉、轉(zhuǎn)動或失穩(wěn)而發(fā)生開裂，可以采取換填方法。 (7)支擋 由于山體滑動引起巖體失穩(wěn)而造成的襯砌裂損除治水穩(wěn)固山體外，尚可采用支擋措施， 包括支擋墻、錨固樁等。 3)加固襯砌與更換襯砌的工程措施 已開裂的襯砌一般均有相當(dāng)大的支護潛力，可以充分利用， 僅在沒有加固的可能條件與 經(jīng)濟上不合理的情形下，或者根據(jù)長遠技術(shù)改造規(guī)劃的要求才宜于采取更換襯砌的辦法。襯砌裂損發(fā)展非常緩慢，趨于穩(wěn)定或者已呈穩(wěn)定，可以進行圬工 體內(nèi)壓漿。本措施主要針對襯砌外鼓、整體側(cè)移而采用。 (2)嵌補 已呈穩(wěn)定暫不發(fā)展的裂縫，如果不能采取壓漿加固，要采取嵌補。鋼拱架與被加固的襯砌之間的 縫隙，應(yīng)用密排木楔楔緊，保證拱腳不會發(fā)生下沉和移動。 第五章隧道工程質(zhì)量通病防治 ———————————————————————————————— 一一 (4)錨桿加固 裂損襯砌的所有內(nèi)鼓變形和向 內(nèi)移動的裂損部位，采用錨桿加固是有效的，可以連同錨 桿加固巖體一并考慮決定錨桿的類型、直徑、間距、深度和布置等。 (5)噴混凝土加固 噴混凝土用來代替灌注混凝土作為隧道永久襯砌，用來柘為裂損襯砌的加固工程措施。 (6)噴錨結(jié)合加固 把錨桿加固與噴射混凝土聯(lián)合用于加固裂損襯砌，要以使錨桿、噴層、鋼筋網(wǎng)三者互相 發(fā)揮其優(yōu)點，彌補缺點，加固效果更 好，對增加裂損襯砌的剛度、穩(wěn)定性，提高其承載能力則 特別顯著，而且可以較原襯砌沒有裂損前大為提高。 (7)加套拱 如果隧道內(nèi)凈空條件不足，可以采取落道加套拱的辦法，為了使新舊襯砌連結(jié)牢固，使 用預(yù)埋件及向拱頂空隙壓漿處理。 (9)增設(shè)混凝土支撐 當(dāng)僅有墻腳內(nèi)移而無下沉及隧道底巖土隆起者，可以在邊墻基礎(chǔ)加設(shè)混凝土支撐。若原有仰拱已經(jīng)破裂，說明強度 不足，可更換為鋼筋混凝土仰拱。 (12)跨越 有的墻基下為溶洞或其它不穩(wěn)固的洞穴，洞穴坍塌，引起襯砌開裂，又不能對溶洞加以 頂撐，可以用 鋼筋混凝土梁跨越，使墻基及隧道路面置于鋼筋混凝土梁之上。 (1)掛冰。其危害是侵 入限界，如不及時清除會增多變粗，越冷越堅硬，危及行車安全。隧道內(nèi)排水設(shè)備如果沒有可靠的防凍措施，就可能在某一處先行結(jié)冰，逐漸 造成堵塞。隧道滲漏、水流滲漏到隧道內(nèi)路面上結(jié)冰，逐 漸覆蓋全部路面，形成“冰 湖”，“冰湖”一旦形成，消融需要很長時間，嚴(yán)重危及行車安全。當(dāng)隧道周圍巖體自身沒有凍脹性，純屬由于襯砌背后積水，結(jié)凍后體積膨脹， 對襯砌產(chǎn)生冰劈作用或冰壓力，造成實砌變形破壞。隧道周圍巖體具有凍脹性時，在受凍后自身體積膨脹。襯砌的孔隙被圍巖地下水充滿，經(jīng)反復(fù)凍融，材質(zhì)結(jié)構(gòu)遭受破 壞作用，變得酥松破碎，剝落破壞。隧道襯砌構(gòu)筑和合龍時的氣溫，一般多高于 O~C，建成后遇到較低 的負(fù)溫，襯砌必然發(fā)生較大的冷縮，當(dāng)收縮達到一定限度時，襯砌發(fā)生冷縮開裂。在隧道兩端各有 一段長度，每年均可能出現(xiàn)低于 O~C的氣溫，即負(fù)溫段。 沿襯砌周圍各最大凍深點形成一個圈，叫做季節(jié)凍結(jié)圈。202隧道內(nèi)的凍結(jié)圈只有通過實際觀測來確定。同一座隧道內(nèi)季節(jié)凍結(jié)段的長度，恒小于洞內(nèi)季節(jié)負(fù)溫段的長度。在凍結(jié)圈范圍的巖土，由于受 強烈頻繁的凍融破壞，風(fēng)化破碎程度與日俱增，導(dǎo)致巖體的強度和穩(wěn)定性降低，對襯砌的主 動壓強會逐年增大。 (3)圍巖含水與圍巖凍脹的關(guān)系 凍害的作用過程是從含水結(jié)冰開始，到冰的融化構(gòu)成一次循環(huán)。因此，凍害的形成、分布范圍、輕重程度、變化規(guī)律均與圍巖冬季的含水情況、圍巖內(nèi)地 下水的性質(zhì)和運動規(guī)律有直接關(guān)系。當(dāng)含水量大 于起始凍脹含水量時，就足以產(chǎn)生凍脹。 ② 當(dāng)凍結(jié)圈外的水分不能透過凍結(jié)圈滲漏出來時，如凍結(jié)圈內(nèi)巖體已成細(xì)粒土狀，則可 能發(fā)生凍結(jié)圈外的水分向凍結(jié)面轉(zhuǎn)移，得到外來水分補給，就形成開敞型凍脹。 ③凍結(jié)圈內(nèi)的巖體若存在節(jié)理裂隙和孑 L隙，或地下水的水量很大，水溫較高，使凍結(jié)圈 中存在局部不凍的滲流通道，凍結(jié)圈實際上起不到防水幕的作用，冬季照樣漏水就發(fā)生掛冰 和“冰湖”病害。初冬，往往洞口附近先漏，隨著氣溫下降，近洞口開始排冰，漸而被冰封住，地下水 就向洞內(nèi)另找出路，不論隧道向內(nèi)上坡還是下坡，漏水掛冰的范圍逐漸向洞內(nèi)擴大和轉(zhuǎn)移， 直至氣候轉(zhuǎn)暖為止。 ⑤冬季漏水集中，水量大，水溫較高或僅有濕潤和滴水情形，容易被結(jié)凍封住的地點不 會形成掛冰。水量的多少，初始 溫度 的高低，以及水在集滲排出洞外的全過程中，熱交換條件如何，是決定水能否引起凍害，在哪 些部位產(chǎn)生凍害，以及凍害的輕重程度的主要因素。凍結(jié)圈內(nèi)凍土的分 布情況就決定了那些部位會發(fā)生凍脹病害，而凍土的性質(zhì)決定了病害的種類及其輕重程度。但也有由于凍脹性土與非凍脹土成互層狀，并且其形狀與隧道位 置的組合關(guān)系不同，就 可能出現(xiàn)凍脹部位不對稱和非均勻分布。有 的隧道洞 12I 附近不發(fā)生凍脹病害，在距洞口相當(dāng)遠處反而發(fā)生凍脹破壞。有的段落盡管冬季不見漏水也無掛冰現(xiàn)象，卻發(fā)現(xiàn)襯砌被 凍鼓開裂。如果圍巖中含有可溶鹽的成份，則水中 含 有不同含量的鹽類介質(zhì)而冰點降低。或者在同樣負(fù)溫條件下，其凍脹作用小。先是冷卻和過冷段，土中水過冷后，只要一開 始結(jié)晶，就放出潛熱，該處土溫迅速上升，就是溫度突變段，升溫穩(wěn)定，孔隙水開始發(fā)生凍結(jié)， 隨后土溫繼續(xù)下降，最后轉(zhuǎn)為融化時逐