公路隧道衬砌混凝土开裂的外水压力原因分析

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发布时间：2021-09-16

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公路隧道衬砌混凝土开裂的外水压力原因分析
杨英云。，赵春荣，唐明
( 山东省招远新盛交通工程有限公司。山东招远265400；北京工业职业技术学院，北京100042；
山东省平安路桥监理检测有限公司。山东招远265400)
【摘要] 在公路隧道检修时，发现衬砌混凝土产生多处纵向裂缝，开裂较为严重。由于该隧道处在地下水丰富的地层中，
文章采用三维有限元法、应用渗流应力耦合理论，对可能导致衬砌混凝土开裂的水荷载原因进行分析研究，并从降低渗流荷
载引起衬砌拉应力的角度，提出了修补建议。
[关键词】隧道；水压力；有限元
[中图分类号]U459．2 [文献标识码]A [文章编号]1005-6270(2011)04-0038-03
The Crack Reason Analysis of a Tunnel’S Concrete Liner
Caused by External W ater Pressure
YANG Ying-yun ZHAO Chun-rong2 TANG Ming3
(1．Zhaoyuan XinSheng Traffic Engineering Co．，Ltd，Zhaoyuan Shandong 265400 China；
2．Beijing Polytechnic College．Beijing 100042 China；
3．Pingan Road＆Bridge Supervision Detection Co．，Ltd，Zhaoyuan Shandong 265400 China)
Abstract：When a road tunnel is checked，serious longitudinal cracks are detected in the liner concrete．For
the tunnel is embedded in water-rich ground，the external water pressure is considered and analyzed as a main
reason to cause the cracks． In this paper， the Finite Element Me~od and seepage—stress coupling theory are
印plied in the calculating procedure． To decrease the tensile stress caused by seepage load， a serious of sug—
gestions are put forward．
Key words：tunnel；water pressure；finite element method
O 引盲
以往公路隧道设计在确定衬砌结构外水压力时，通常
采用对地下水从“以排为主”的原则出发，不考虑衬砌外水
压力[1】。随着人们对工程认识的逐步深化，富水地层的隧道
建设已逐渐摈弃“以排为主”的理念．开始实施“以堵为主、
防排结合”的原则，即采用控制排放的隧道防排水技术闭。在
隧道设计中，外水压力一般是以面力的形式施加在衬砌上[1 。
事实上。衬砌外水压力是由水在围岩和衬砌中的渗流引起
的，其本质是体积力H。过大的隧道衬砌外水压力可能造成
衬砌混凝土结构失效。本文采用三维有限元法、应用渗流应
力耦合理论，以富水区隧道为研究对象，对可能导致隧道衬
砌混凝土开裂的水荷载原因进行分析．并从减小水压荷载
的角度提出了修补建议。
1 工程概况
某公路交通隧道位于丘陵区，植被茂密。隧道最大埋深
80 m，最小埋深20 nl，大部分洞段埋深在20 nl～60 m，地下
水位线超出洞顶之上60余m。工程区断层发育。主要出露
地层为石炭系地层，岩性主要为粉砂岩、泥岩和炭质页岩。
隧道围岩岩体破碎。易风化，风化层较深。隧道所处的岩层
走向与隧道轴线方向近于平行，倾向30。～50。。地表水系发
育，地下水主要为基岩裂隙水，水的补给来源主要靠大气降
水垂直补给，通过断层、节理裂隙的形式埋藏、循环与排泄。
工程区雨量充沛．多年平均降雨量为1 900 mm。隧道施工
中涌水量为4 O0om3，d。
隧道断面为城门洞型，内净空尺寸为4．3 mx5．4 m，纵
坡为1／2500．地震设计烈度6度。施工中采用的一次支护为
间距为1 m 的钢拱架，挂网喷C20混凝土12 cm厚，二次
支护为30 elll厚的C20素混凝土衬砌，在边墙打设2排排
水孔，间距4 m，呈梅花形布置。施工期对围岩条件较差的
洞段进行过围岩固结灌浆处理。
2 衬砌裂缝情况
隧道竣工运行后．检修期间发现衬砌出现大量长度超
过5 m的纵向裂缝。具有以下特点：绝大部分裂缝为纵向裂
[收稿日~1201 1—03—31
【作者简介】杨英云，(1971一)，山东省招远市新盛交通工程有限公
司，工程师，总工程师。