三仙岽隧道衬砌裂缝检测与安全评价

2010-05-24袁成海

山西建筑 2010年13期

袁成海

三仙岽隧道位于宁都县固村镇三仙岽山东端,为上下行分离式隧道,长1 750 m左右,属长隧道。处于赣中南中低山与丘陵区,区内水文地质条件简单,隧道所处的深度范围内没有连续地下水体。隧道进出口均为沟谷盆地,东洞口段围岩主要为松散碎石土及含砾亚黏土,碎裂结构的全～强风化层,厚度较大,岩体极破碎;西洞口段主要为松散含砾亚黏土,碎石土及碎裂结构为主的全～强风化变余砂岩,结构面结合差,岩体破碎;洞身围岩以弱风化变余砂岩为主,局部夹有弱风化花岗岩,顶板厚度较大,坚硬岩,较破碎～较完整,中厚层状结构为主,碎裂结构及块状整体结构次之,侧壁基本稳定。隧道按“新奥法”原理设计施工。设计车速：100 km/h。二次模筑采用泵送混凝土,施工时对围岩和锚喷支护的变形进行监控量测。主要工序采用机械化作业,Ⅴ级围岩采用上下台阶法施工,Ⅳ级围岩采用台阶法施工。

1 衬砌质量无损检测

检测内容主要为：衬砌蜂窝、振捣不密实、空洞及杂物等缺陷检测。检测执行的标准和依据：JTG F80/1-2004公路工程质量检验评定标准。本次衬砌质量无损检测采用仪器为瑞典mala公司生产的RAMAC探地雷达。

针对石吉高速公路三仙岽隧道裂缝处的质量所做的无损检测,测线布置在左右边墙及拱顶共三条,见图1。

检测结果表明：拱顶测线YK21+092发现局部脱空及不密实缺陷,其他测线边墙YK21+045断面(左拱腰)、YK21+095断面(左拱腰)、YK21+511断面(左拱腰)等处也发现局部脱空缺陷。考虑到脱空区范围不大,且二衬厚度基本满足要求,可能是由于混凝土收缩或其他环境因素等影响,经过注浆处理可以认为三仙岽隧道衬砌间脱空不实等缺陷对结构稳定性无影响。

2 裂缝调查与成因分析

所用仪器：皮卷尺测量裂缝位置,量角器或罗盘测量裂缝倾角,钢卷尺测量裂缝长度,游标卡尺或裂缝计测量宽度。裂缝深度检测采用武汉中科智创岩土技术有限公司所研制的 RSMSY5N超声波检测仪。

2.1 裂缝调查

裂缝调查结果见表1,表2。

表1 三仙岽隧道右线裂缝调查表

2.2 裂缝调查结果与成因分析

调查结果显示：裂缝均发育在二衬施工缝附近,为环向圆弧状拱形起伏裂缝,与施工缝闭合成环,均发生在二衬施工前进方向,与下板二衬搭接部位,裂缝最大长度6 m左右,宽度最大1.8 mm,大部分裂缝宽度小于1 mm,根据裂缝分级标准,均属于微张开裂缝。最大裂缝深度为31.31 cm,小于实际厚度。

根据对裂缝的观测,裂缝均为施工期产生,未有后续发展。结合变形监测记录,二衬施工前围岩变形已经稳定,二衬所受围岩压力较小,因此,围岩压力不是裂缝产生的原因。由于裂缝的分布均在拱顶施工缝附近,也排除环境或者材料因素所导致的裂缝。二衬施工速度较快,部分段拆模时间较早,下一模衬砌浇筑前模板台车就位过程中,由于模板台车与紧邻已施工二衬有部分搭接,在模板台车千斤顶调试过程中造成模板对紧邻二衬的冲击荷载。由于先浇二衬还没有完全达到设计强度或者二衬背后的空隙,造成二衬小范围开裂。

3 安全评估

综上可以得出以下结论：裂缝均发生在施工方向上一模施工二衬末端施工缝附近,主要由于施工速度快,拆模较早,下一模施工时模板千斤顶顶压压力过大造成拱部出现圆弧状拱形起伏裂缝。裂缝范围较小,缝宽小于3 mm,属于微张开裂缝,且多未贯通,对二衬整体结构承载力影响很小。

表2 右线裂缝深度调查表

综合裂缝调查结果、质量检测及分析,裂缝部位的二衬结构安全,承载力满足设计要求。但是,由于裂缝和施工缝大多已经闭合连通,其存在或发展会危及结构安全,运营期可能会产生混凝土掉块现象,影响隧道的正常使用。鉴于此,需要对裂缝进行修补或者补强。

4 病害处治建议

4.1 裂缝修补措施

从三仙岽隧道工程实际出发,修补措施如下：

1)灌注高分子化学材料对裂缝进行粘结填充。采用灌浆法修补裂缝时,先将结构物的裂缝封闭,仅留出进浆口及排气孔,然后将配制好的较低粘度的浆液通过压浆泵将浆液压入裂缝内,浆液扩散并固化后便能将混凝土周围的混凝土联结成整体,达到恢复原结构强度的目的。

2)表面粘贴碳纤维板以防止剥落掉块。本次修复所用日本东丽碳纤维布抗拉强度3 500 N/mm2,钢筋抗拉强度以300 N/mm2计。以公式换算可知断面YK21+510在2 000 mm内有3道环向碳纤维布(忽略跨过施工缝的一道碳纤维布),合计长度600 mm,换算成配筋面积为 0.000 3 m2。

3)对裂缝深度超过二衬设计厚度80%的YK21+012断面,及裂缝较发育的YK21+510采取纵横双重碳纤维粘贴措施。

裂缝修补方案：对于裂缝深度小于二衬设计厚度80%的裂缝,采用1)+2)方案;对于裂缝深度大于二衬设计厚度80%的裂缝,采用1)+3)方案。