研究隧道仰拱的常见病害原因及处治措施

黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI

No.6,2019 (Sum No.304)

2019年第6期

(总第304期)

研究隧道仰拱的常见病害原因及处治措施

杨毅

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳550001)

摘要:针对在隧道及其衬砌体系中具有重要作用和意义的仰拱结构,在简单介绍其常见病害与病害产生原因的基础上，提出目前较为常用的拱脚锁脚、基底加固、仰拱拆换和地下水引排四种处治措施，明确不同处治措施的要点、特征与效果，以此为实际的隧道仰拱施工、检查和病害处治工作提供理论参考，从根本上保证隧道施工与运营安全。

关键词：隧道仰拱;仰拱常见病害;病害成因;病害处治措施

中图分类号：U457S2文献标识码：A文章编号：1008-3383(2019)06-0166-02

在隧道的围岩衬砌体系中，仰拱是一个十分重要的部分,其支护性能直接影响到整个衬砌的性能。对于仰拱结构，主要由填充与仰拱构成，其中，仰拱是由隧道底部和上部衬砌两部分形成的，可对围岩发生的位移与变形进行约束，且能提高围岩整体稳定性的结构。在当前的隧道工程施工中，很多施工单位都没对仰拱引起重视，导致在施工中和运营后仰拱产生各类病害，对施工与运营安全都造成很大的影响。因此,必须重视并加强仰拱病害的处治。

1隧道仰拱常见病害和产生原因

1.1常见病害

仰拱是隧道主要部分之一，对隧道稳定性及长期运行有直接影响。而新建与已经长时间运营的隧道，其底部结构都产生裂缝和错台，对行车安全造成严重影响。仰拱部分的病害包括:底板开裂和变形、侧沟开裂和变形、底板沉陷、面层翻浆、隆起。无论仰拱结构产生哪一种病害,都有可能使其处在不稳定状态，因此，必须认真对待和处理所有类型的病害。

1.2产生原因

(1)基底软化

主要由两方面因素造成:其一，围岩，仰拱产生病害的部位主要为围岩情况较差的部位，其岩性偏软，这种岩性在遇水后将发生软化，导致围岩进一步劣化，出现塑性变形，围岩技术参数大幅降低，导致承载力减小，受到侧向压力后，边墙产生内侧挤压，荷载因此进一步增大。局部隧道在高地应力等因素的影响下，还会产生更加严重的病害。

(2)人为因素影响

仰拱围岩受施工扰动后出现裂隙，从3D受力变成2D受力，受人为因素影响后，没有及时进行封闭处理，岩体长期暴露，产生风化，或被水长时间浸泡，力学参数显著降低，使基底发生软化。另外，仰拱底部存在的松渣没有及时处理，直接进行结构施工,产生人为软基，此时地下水进入后，将形成大片的富水层，加快了基底的软化速度。

(3)地下水作用

地下水影响往往在所难免，对拱顶同样有严重影响。不仅会使基底软化，而且还会增加塑性区大小。隧道施工中都会设置排水设施,但这些排水设施会因为外界因素影响而堵塞，无法发挥正常的作用，导致地下水无法及时排出，使水压力升高，加重了其对仰拱的影响。

(4)仰拱自身结构存在缺陷

这主要是由于施工单位没有对仰拱引起足够重视产生的，如质量差、管理不严和施工中偷工减料。具体表现为以下几个方面:仰拱深度与弧度不满足要求、底部松散结构大量堆积、厚度不足、内部钢筋实际布置不合理。

相关研究结果表明，仰拱在承载力上有10%的贡献率，能有效减小位移与塑性区深度，无论是改善隧道整体受力，还是保证稳定性，都有积极作用。因此,必须重视并有效解决其病害问题。

2隧道仰拱病害处治措施分析

2.1拱脚锁脚

仰拱结构产生病害以后在拱脚处采用注浆钢花管设置锁脚，对拱脚部位围岩进行有效加固，缩小该处塑性区，同时依靠钢花管较大的刚度，避免仰拱基底受到太大挤压，从而对仰拱实际受力状态予以有效改善，防止新病害发生和旧病害扩展。此外，这样还能起到加固上部结构重要作用，为其提供可靠支撑。

收稿日期:2019-01-02

作者简介:杨毅(1975-),男，贵州习水人，副高级工程师，研究方向：公路、桥梁、隧道、路面。•166•

第6期杨毅:研究隧道仰拱的常见病害原因及处治措施总第304期

施工中，在边墙底部设置直径相对较大的中空钢花管(图1),其在隧道纵向上的排距按50~ 100cm严格控制，在左右两侧应保持对称。钢管的直径为76m叫壁厚为6mm,也可使用热轧无缝钢管，其直径为108mm。为有效提高钢管的抗弯强度，需在其内部进行注浆，采用水灰比为0.4~0.5的浆液，将注浆压力控制在1.5~2.0MPa范围内；在富水区应使用双液浆，完成注浆后，要继续填充水泥砂浆。实践表明，通过在边墙处合理应用这一方法,能对仰拱病害产生及其发展进行有效控制。

2.2基底加固

基底加固是现在最为常用的仰拱整治措施，具体是利用钢花管对下部基底实施注浆加固。于隧道底部布置密集管桩，提高其力学参数，对仰拱整体受力环境进行改善，以此从根本上解决由于基底软化产生的各类病害。

在基底加固时，需要从顶面开始设置钢花管，其横向与纵向的排距离按100cm控制,使仰拱和填充及基底形成一体，实现协同受力。根据仰拱的实际情况确定钢花管尺寸，并在布管以前在管壁设置小孔,而长度需要根据结构总厚度，结合基底的实际软化程度来确定，通常在4.5~9.0m范围内，浆液水灰比为0.5~0.6,实际注浆压力需要根据实际情况来调整，通常处于0.2-0.5MPa范围内。在注浆过程中,不仅要对压力进行有效控制，而且还要充分考虑注浆的时间和数量，否则将造成流失。

2.3仰拱拆换

当仰拱结构难以满足实际受力要求，则需要对病害情况较为严重的区段进行拆换处理，并且还要对其下部已经发生破坏的部位实施全面清理，也可进行专门的注浆加固。这样一来，能从根本上解决由于基底软化和结构缺陷造成的实际病害。

在仰拱结构拆换过程中，需要分段落按照一定间隔进行，先沿着隧道的纵向一次性拆换2.0m,然后立即进行浇筑，在拆换的过程中，应有人工采用小型机具实施开挖，禁止进行大规模爆破，做好仰拱基槽深入清理,清理基底中的软基、积水和虚渣，尤其是对已经受到长时间浸泡的基底，应持续向下清理，到开挖至新鲜的基岩表面为止。如果基底有渗漏点，则要立即进行封堵，以免对基底造成严重破坏。此外，为保证仰拱结构受力性能，需要在其底部采用拱架保证初期支护能够封闭成环，对仰拱进行浇筑前，需要在边墙的基础中放置保持连续的钢筋，用于保证结构整体性，最后一步是做好防排水。如果仰拱结构附近围岩不稳定，则要在对仰拱实施拆换时，采用搭设临时支架等方式提供可靠支撑，避免产生较大的变形引发坍塌事故。通过实践可知，采用这一处治措施，能有效解决包含底鼓开裂等严重病害的隧道仰拱，使仰拱保持在理想的稳定状态。

2.4地下水引排

通过上述分析可知,地下水是引起仰拱病害主要原因之一，需要引起相关人员的高度重视，做好引排,以此保证仰拱安全，避免病害的发生。实际的病害处治过程中，需要对区域内所有排水设施进行清理，尤其要保证暗沟及管道的畅通性，使隧道中的积水可以快速排放至隧道以外，减少或防止在底部产生水压力，避免仰拱基底在水的作用下软化。针对地下水资源较为丰富的区段，可在边墙以下布置泄水孔，使钻孔穿透围岩的二次衬砌结构与初期支护结果，进入到围岩的深度应能满足设计要求，在内部设置的透水管需要引排到最近的排水沟当中。通过对排水降压的不断加强,能有效减少或避免地下水大量汇集对隧道衬砌、仰拱等重要结构造成的影响。

3结束语

综上所述,引起隧道仰拱病害的原因是多方面的，而且有些是无法预测的，这就需要在保证仰拱施工质量的基础上，通过检查及时发现仰拱结构病害，并分析病害主要产生原因，然后根据病害严重程度及其可能对隧道后续施工及运营造成的影响，结合现有的设备及技术能力，制定有针对性的处治措施。目前，主要采用拱脚锁脚、基底加固、仰拱拆换和地下水引排四种处治措施，不同处治措施有不同的适用条件和要求，需要在使用前予以充分论证，从而保证所用处治措施发挥应有作用效果。

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