公路隧道二次衬砌顶部脱空结构的分析及处理措施

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1、公路隧道二次衬砌顶部脱空结构的受力分析及处理措施【摘要】本文指出公路隧道二次衬砌顶部脱空现象产生的主要原因，用结构力学方法分析了公路隧道二次衬砌顶部脱空结构的受力和位移，并提出处理措施，供监理和施工单位在实际工作中参考。关键词公路隧道二次衬砌顶部脱空受力分析处理措施1前言随着高等级公路的修建，公路隧道在路线中的比重日趋增大。同时在公路隧道公路施工中，存在的质量问题也逐步显露出来，其中二次衬砌顶部脱空现象已成为较为严重的质量通病。通过近年来的调查，几乎所有的公路隧道均存在不同程度的二次衬砌顶部脱空现象。据最近对四座公路隧道的抽样检查，共抽查29点，拱顶脱空15点，占51.

2、7%，平均脱空高度14.5cm，其中最大脱空高度79cm。最为严重的一座隧道由于二次衬砌顶部脱空，出现了数条长达10余米的纵向裂缝，最大裂缝宽度达2mm左右。对于如此严重的质量通病问题，必须引起公路建设者的高度重视。本文初步分析了公路隧道二次衬砌顶部脱空产生的主要原因，用结构力学方法推导出典型二次衬砌结构的受力计算公式，进而提出预防和处理措施，供公路隧道施工、监理人员参考。2二次衬砌顶部脱空的主要原因用“新奥法”施工的公路隧道，虽然锚喷结构作为支护的一种主要手段，二次衬砌作为结构受力的一个组成部分也起到承受围岩压力的辅助作用。同时二次衬砌对于洞内设备的支承、防腐蚀、防水

3、和增加洞内美观、照明效果和通风流畅起了重要作用。因此，提高公路隧道二次衬砌的施工质量是十分必要的。目前，公路隧道二次衬砌一般用模注砼施工。据了解，造成公路隧道二次衬砌顶部脱空现象的主要原因是施工工艺、砼收缩、围岩压力等方面。2.1施工工艺由于对公路隧道二次衬砌存在着片面认识，认为围岩压力是由锚喷砼承受的，二次衬砌仅仅起到装饰作用。错误的施工指导思想导致了施工马虎，拱顶部分衬砌砼厚度不足，超挖部分空间未填实，这是造成二次衬砌拱顶部分脱空的主要原因。其次是模板支架底部不坚实，或支架疏松，以致顶部模板下沉量过大，造成顶部衬砌砼下沉脱空。2.2砼收缩施工时对原材料质量控制不严，

4、砂粒过细，水泥用量过大；其次是砼水灰比过大，特别是泵送砼施工时极易造成砼水灰比过大；温差和隧道内通风状况对砼收缩也有一定的影响。2.3围岩压力7公路隧道地质变化频繁发生，局部地段围岩性状变化和地下水富集，对锚喷结构产生不利影响，进而影响二次衬砌。对于二次衬砌后未及时浇筑砼路面的立墙底部，立墙可能产生相对内移，以致拱顶下沉。1二次衬砌的受力分析3.1力学模型公路隧道二次衬砌力学模型主要有拱架结构、无铰拱、带拉杆的两铰拱、封闭环、薄型圆环、三铰拱等[1、2]。为了适合现场监理和施工人员的实际情况，本文用概念明确、计算便利的解析法建立力学模型。假定如下：a.二次衬砌为直墙圆拱

5、结构。b.两直墙底部为铰接。因二次衬砌模注砼时路面一般没有浇筑，直墙底部与基底铰接较为符合实际情况。c.二次衬砌的荷载按文献[3]取用。当二次衬砌拱顶部分衬砌脱空时，拱部仅受拱圈恒载作用，未脱空时受恒载和围岩压力共同作用。不计立墙自重。3.2二次衬砌的内力分析3.2.1二次衬砌顶部密实时的内力计算二次衬砌的受力图式如图1所示。在图1中，q1为围岩压力qw与拱圈自重qz之和，q2为围岩侧压力。力法方程为（1）式中—赘余力。在图1（b）、（c）中，直墙BC（AD）和拱部CE（DE）的弯矩（刚构外侧为正，内侧为负）分别为(2)(3)在CE(DE)段，将代入（2）、（3）式，令

6、7，得（4）（5）将式（4）、（5）代入式（1），可解得赘余力，并用叠加法求得任一截面的弯矩：（6）同理，可用截面法求出任一截面的剪力和轴力。拱顶、拱脚、处截面的轴力、剪力和弯矩分别为（7）（8）7（9）3.2.2二次衬砌顶部脱空时的内力计算二次衬砌顶部脱空时，最保守的算法是假设拱顶的围岩压力为零，则拱顶荷载仅为拱圈自重，既；拱圈部分侧压力在高度段为零，即围岩侧压力在高度段为零。于是同式（4）；为（10）将式（9）、（10）代入式（1），可解得赘余力，并用叠加法由式（6）求得任一截面的弯矩。同理，可用截面法求出任一截面的剪力和轴力。拱顶、拱脚、处截面的轴力、剪力和弯矩分

7、别为（11）7（12）（13）3.1.1算例某公路隧道计算数据为：,,,拱顶厚立墙厚砼。三类围岩0.45×，拱圈，于是，。每延米宽度计算结果见表1：截面内力计算表表1截面位置拱顶密实拱顶脱空Rx(KN)N(KN)Q(KN)M(KN.m)Rx(KN)N(KN)Q(KN)M(KN.m)拱顶91.680326.3420-323.214-55.728107.3950146.817处400.581435.261-354.938113.09173.152374.659拱脚687.068670.371817.70056.12553.685121.935