土質(zhì)隧道襯砌裂縫產(chǎn)生原因分析及預(yù)防措施(一)

　　摘要：我國已建成的隧道工程中有很大一部分屬于土質(zhì)隧道，土質(zhì)隧道由于其介質(zhì)的特殊性及施工過程易于發(fā)生塌方等原因，使建成的土質(zhì)隧道或多或少都存在大大小小的裂縫，給正常的運(yùn)營管理帶來很大的困難。如何預(yù)防或減少土質(zhì)隧道的裂縫是廣大隧道工作者的責(zé)任，本文從土質(zhì)隧道受力變化及設(shè)計施工等各個方面分析了土質(zhì)隧道產(chǎn)生裂縫的原因，并在此基礎(chǔ)上提出了預(yù)防或減少土質(zhì)隧道裂縫的方法。 
　　主題詞：土質(zhì)隧道，裂縫分析及預(yù)防 
　　1．前言 
　　近幾十年來我國在各種工程中修建了數(shù)以千計的隧道工程，其中土質(zhì)隧道占了很大的比重。本文所說的土質(zhì)隧道包含公路、鐵路、地下鐵道工程中在土質(zhì)圍巖中修建的隧道工程。經(jīng)過國家有關(guān)部門對運(yùn)營隧道的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大部分已建成運(yùn)營的土質(zhì)隧道或多或少都存在襯砌開裂的現(xiàn)象，嚴(yán)重的經(jīng)常影響到運(yùn)營安全。許多工程剛剛完工還未交付使用就已經(jīng)出現(xiàn)裂縫，這一現(xiàn)象在鐵路隧道中尤為常見。如果是個別土質(zhì)隧道出現(xiàn)一些襯砌開裂的現(xiàn)象，也不值得大驚小怪，問題是，近年來土質(zhì)隧道襯砌發(fā)生襯砌裂縫幾乎已成了普遍現(xiàn)象。神木至延安鐵路的十幾座土質(zhì)隧道在施工過程中都曾出現(xiàn)大大小小的裂縫，陜西境內(nèi)的多座公路隧道在投入使用后幾年時間都曾進(jìn)行過裂縫防水整治。全國其它地方關(guān)于土質(zhì)隧道病害的事例更是不勝枚舉，以上實例充分說明，土質(zhì)隧道發(fā)生裂縫已不是個別現(xiàn)象，隧道工程技術(shù)人員對此應(yīng)予以足夠的重視。本文從土質(zhì)隧道受力變化機(jī)理、及設(shè)計施工等方面談一點看法，旨在拋磚引玉。 
　　2．土質(zhì)圍巖中開挖洞室后洞周應(yīng)力演變 
　　2.1土的認(rèn)識土是巖石經(jīng)風(fēng)化作用（包括物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化及生物風(fēng)化），然后以不同的搬運(yùn)方式在不同的地點堆積下開的歷史產(chǎn)物。土是多相介質(zhì)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(jìn)一步細(xì)分為陸地流水沉積土、陸地靜水沉積土、冰川沉積土、風(fēng)成沉積土、海相沉積土）、土壤層。土的結(jié)構(gòu)一般有單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)等，土的工程性質(zhì)主要取決于土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分、粒度成分及孔隙中水溶液的性質(zhì)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(xué)性質(zhì)很復(fù)雜。目前還沒有一種嚴(yán)格的理論來表達(dá)土的力學(xué)性質(zhì)，工程上還在把土當(dāng)成簡單的彈性體或理想的彈塑性體，在土力學(xué)中大量的應(yīng)用彈性理論或彈塑性理論，這種近似的方法不能準(zhǔn)確的反映實際情況。 
　　2.2土層中開挖洞室后洞周應(yīng)力的變化過程大量的隧道工程就修建在由各種不同結(jié)構(gòu)不同性質(zhì)的土層構(gòu)成的土質(zhì)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(tài)，但這種平衡狀態(tài)并不是一成不變的，隨著自然界的地殼運(yùn)動，隨著風(fēng)吹日曬，雨水滲透，地層中的應(yīng)力變化無時無刻不在進(jìn)行著。當(dāng)?shù)叵露词议_挖后，地層中的應(yīng)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(xué)的方法，它徹底改變了很久以來人們對地下洞室開挖支護(hù)的認(rèn)識，把圍巖作為受力結(jié)構(gòu)的一部分，這是一個聰明而又科學(xué)的想法。 
　　在我們?yōu)檫@個科學(xué)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(shè)計施工的隧道工程出現(xiàn)許多裂縫的事實。為什么會出現(xiàn)這種問題呢？設(shè)計者們翻來覆去的檢查了他們采用的原始數(shù)據(jù)及計算過程，都沒有發(fā)現(xiàn)有什么差錯，可就是按此方法設(shè)計的土質(zhì)隧道越來越多的出現(xiàn)裂縫。其實，這其中最大的原因就在于我們把自然界動態(tài)的過程當(dāng)成靜態(tài)過程來進(jìn)行設(shè)計。試想一想，我們在設(shè)計中采用的反映圍巖特性的重要指標(biāo)γ、C、φ值，是不是從我們設(shè)計隧道開始就不會再有變化，我們在淺埋隧道設(shè)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(shè)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(shè)計中采用的坍落拱計算高度是否在我們設(shè)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(shè)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(yīng)地層中的應(yīng)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(chǎn)生裂縫的。 
　　土質(zhì)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(yīng)力重分配就重新開始，如果是按新奧法原理設(shè)計，在初襯達(dá)到變形穩(wěn)定后只能說是達(dá)到了一次暫時的平衡，二襯施工后，不論是設(shè)計者還是施工者都會確信工程已經(jīng)高質(zhì)量的完工了。實際并非如此，在大家毫不關(guān)心的情況下，在自然界降水的作用下，或在土層被擾動后進(jìn)行的長期的固結(jié)作用下，洞周地層中的應(yīng)力已經(jīng)和隧道設(shè)計或剛建成時發(fā)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(yīng)力，如果初襯和二襯的強(qiáng)度足夠大，能夠應(yīng)付后來發(fā)生的應(yīng)力變化，那末這個工程在很長的時間內(nèi)可以放心地使用。如果不能夠抵抗后期發(fā)生的應(yīng)力變化，隧道襯砌就會用各種各樣的裂縫表現(xiàn)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(zhì)圍巖中的洞室開挖后，應(yīng)力的變化是一直在進(jìn)行著的，施工過程中初襯的穩(wěn)定并不表示圍巖變形的完成及應(yīng)力分配的終結(jié)。土層被擾動以后的再次固結(jié)是一個相當(dāng)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(dāng)長的過程，在這個過程中，洞周地層中的應(yīng)力時刻都在發(fā)生著變化。因此，對于許多土質(zhì)隧道建成后多年才出現(xiàn)裂縫就不難理解了。

?2008年全國注冊巖土工程師考試交流回饋
?2009年注冊土木工程師（巖土）考試輔導(dǎo)招生簡章
?09年巖土工程師老師輔導(dǎo)，現(xiàn)在報名可贈07、08年課程！
?老師輔導(dǎo)每天24小時不限時間隨時反復(fù)學(xué)習(xí)……