土質隧道襯砌裂縫產生原因分析及預防措施(一)
發布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：我國已建成的隧道工程中有很大一部分屬于土質隧道，土質隧道由于其介質的特殊性及施工過程易于發生塌方等原因，使建成的土質隧道或多或少都存在大大小小的裂縫，給正常的運營管理帶來很大的困難。如何預防或減少土質隧道的裂縫是廣大隧道工作者的責任，本文從土質隧道受力變化及設計施工等各個方面分析了土質隧道產生裂縫的原因，并在此基礎上提出了預防或減少土質隧道裂縫的方法。
主題詞：土質隧道，裂縫分析及預防
1．前言
近幾十年來我國在各種工程中修建了數以千計的隧道工程，其中土質隧道占了很大的比重。本文所說的土質隧道包含公路、鐵路、地下鐵道工程中在土質圍巖中修建的隧道工程。經過國家有關部門對運營隧道的調查，發現大部分已建成運營的土質隧道或多或少都存在襯砌開裂的現象，嚴重的經常影響到運營安全。許多工程剛剛完工還未交付使用就已經出現裂縫，這一現象在鐵路隧道中尤為常見。如果是個別土質隧道出現一些襯砌開裂的現象，也不值得大驚小怪，問題是，近年來土質隧道襯砌發生襯砌裂縫幾乎已成了普遍現象。神木至延安鐵路的十幾座土質隧道在施工過程中都曾出現大大小小的裂縫，陜西境內的多座公路隧道在投入使用后幾年時間都曾進行過裂縫防水整治。全國其它地方關于土質隧道病害的事例更是不勝枚舉，以上實例充分說明，土質隧道發生裂縫已不是個別現象，隧道工程技術人員對此應予以足夠的重視。本文從土質隧道受力變化機理、及設計施工等方面談一點看法，旨在拋磚引玉。
2．土質圍巖中開挖洞室后洞周應力演變
2.1土的認識土是巖石經風化作用（包括物理風化、化學風化及生物風化），然后以不同的搬運方式在不同的地點堆積下開的歷史產物。土是多相介質的堆積物，它的種類繁多，按成因不同從大的方面可分為殘積土、沉積土（沉積土可進一步細分為陸地流水沉積土、陸地靜水沉積土、冰川沉積土、風成沉積土、海相沉積土）、土壤層。土的結構一般有單粒結構、蜂窩結構、絮狀結構等，土的工程性質主要取決于土的結構構造、礦物成分、粒度成分及孔隙中水溶液的性質等，另一方面也取決于生成年代的長短、地理條件的變遷等。土體的固體顆粒之間及顆粒與水之間的相互作用，使土的物理力學性質很復雜。目前還沒有一種嚴格的理論來表達土的力學性質，工程上還在把土當成簡單的彈性體或理想的彈塑性體，在土力學中大量的應用彈性理論或彈塑性理論，這種近似的方法不能準確的反映實際情況。
2.2土層中開挖洞室后洞周應力的變化過程大量的隧道工程就修建在由各種不同結構不同性質的土層構成的土質圍巖中，在地下洞室開挖以前，土層中的各點均處于三向受力的平衡狀態，但這種平衡狀態并不是一成不變的，隨著自然界的地殼運動，隨著風吹日曬，雨水滲透，地層中的應力變化無時無刻不在進行著。當地下洞室開挖后，地層中的應力平衡就遭到破壞，為了維持新的平衡，人們采取了各種各樣的方法，在多種方法中，新奧法（NATM）的理論無非是最新穎，最科學的方法，它徹底改變了很久以來人們對地下洞室開挖支護的認識，把圍巖作為受力結構的一部分，這是一個聰明而又科學的想法。
在我們為這個科學的方法而欣喜，以為新奧法可以解決地下工程中的所有問題時，我們卻不得不面對許多完全按新奧法原理設計施工的隧道工程出現許多裂縫的事實。為什么會出現這種問題呢？設計者們翻來覆去的檢查了他們采用的原始數據及計算過程，都沒有發現有什么差錯，可就是按此方法設計的土質隧道越來越多的出現裂縫。其實，這其中最大的原因就在于我們把自然界動態的過程當成靜態過程來進行設計。試想一想，我們在設計中采用的反映圍巖特性的重要指標γ、C、φ值，是不是從我們設計隧道開始就不會再有變化，我們在淺埋隧道設計中采用的計算圍巖壓力的方程中的滑移面是否在我們設計完隧道后就不會再有變化，由此計算出的淺埋隧道的圍巖壓力是否就不會再有變化，我們在深埋隧道的設計中采用的坍落拱計算高度是否在我們設計后就不會再有變化，由此計算出的深埋隧道的圍巖壓力是否就不會再有變化，我們在隧道設計中采用的各種荷載形式是否就與實際一致？我們所采用的各種襯砌形式是否適應地層中的應力變化，如果我們對以上問題都能有明確肯定的回答，我想隧道襯砌肯定是不會產生裂縫的。
土質圍巖中修建的隧道自從洞室被開挖的那一刻起，圍巖中的應力重分配就重新開始，如果是按新奧法原理設計，在初襯達到變形穩定后只能說是達到了一次暫時的平衡，二襯施工后，不論是設計者還是施工者都會確信工程已經高質量的完工了。實際并非如此，在大家毫不關心的情況下，在自然界降水的作用下，或在土層被擾動后進行的長期的固結作用下，洞周地層中的應力已經和隧道設計或剛建成時發生了很大的變化，初襯和二襯卻還在努力的抵抗著不斷變化的地層應力，如果初襯和二襯的強度足夠大，能夠應付后來發生的應力變化，那末這個工程在很長的時間內可以放心地使用。如果不能夠抵抗后期發生的應力變化，隧道襯砌就會用各種各樣的裂縫表現出它所遭受的各種無法承受的壓力。以上主要是想說明，土質圍巖中的洞室開挖后，應力的變化是一直在進行著的，施工過程中初襯的穩定并不表示圍巖變形的完成及應力分配的終結。土層被擾動以后的再次固結是一個相當漫長的過程，洞室開挖后引起地層中水流路徑的變化也是一個相當長的過程，在這個過程中，洞周地層中的應力時刻都在發生著變化。因此，對于許多土質隧道建成后多年才出現裂縫就不難理解了。
