摘要：仰拱是隧道衬砌支护体系重要的组成部分，仰拱的支护性能与隧道衬砌整体支护体系有着密切关系。仰拱结构包括仰拱和仰拱填充２部分，仰拱可以定义为隧道底部设置的与上部衬砌闭合成环、能够约束围岩变形、增加围岩稳定性的反拱形结构。
关键词：高速公路；隧道仰拱；破坏机理；处治措施
前言
在隧道衬砌结构中仰拱是其中重要组成部分，其主要作用是改善上部支护结构的受理条件而对隧道的底部进行反向拱形结构的设置。对于隧道仰拱来说可以有效的提高隧道结构的承载力，同时也可以很好的抑制岩内塑性区发生扩展，在一定程度上也约束了隧道洞口周围的位移，对于提高衬砌结构的安全性有非常重大的意义。一方面在隧道的上部所承载的地层压力会通过隧道边墙结构或者是路面上所承载的负荷有效的将其传递到地下，同时也能有效的抵御从地下所产来的反作用力。所以说在隧道工程中进行仰拱的设置对于维护隧道的整体结构的稳定性意义重大，尤其是对于部分隧道的侧压力比较大的膨胀性岩体中，这种作用发挥的尤为突出。但是就目前的隧道工程建筑施工来看对于仰拱的重要性仍然没有得到充分的认识，并且在仰拱结构设计以及施工过程中由于操作不当可能会导致仰拱底鼓开裂、衬砌结构遭到破坏以及路面出现翻浆冒泥等情况对于整个工程建筑施工产生了严重的阻碍。
1隧道仰拱病害发生的原因
1.1隧道排水严重不畅
隧道发生病害的地段在穿越煤系地层的时候受到苗寨向斜的影响，隧道的地下水会不断的积累，如果在隧道建设中排水设施不够完善，会导致地下水严重堵塞，出现隧道排水不畅，导致在隧道仰拱的底部围岩会在地下水中长期浸泡，最终围岩在水中有严重的软化现象。
1.2隧道施工质量严重不足
在进行隧道施工中如果无法进行合理科学的施工管理，在施工过程中出现严重的偷工减料，尤其是在隧道仰拱施工过程中没有完全按照设计要求进行施工则会导致严重的安全问题、质量问题等，主要体现在以下几个方面：
（1）在进行Va衬砌段隧道仰拱的施工时初期阶段其支护没有按照设计要求进行封闭处理，以及I20型的刚型拱架没有设置或者是设置不合理。
（2）在隧道仰拱施工中其深度设计没有完全达到设计要求的深度，导致仰拱深度严重不足，其稳定性受到很大的影响。
（3）在进行钢筋混凝土仰拱的施工时没有按照施工设计达到C30防腐蚀气密性，仅仅在仰拱的填充层浇筑了C15混凝土，导致在仰拱的底部基本没有钢筋支撑，因此混凝土被严重污染，出现严重的离析现象
（4）隧道在进行二次衬砌的时候仰拱部分局部出现浇筑不满的情况，导致在衬砌之后其背部存在脱空的现象，而二次衬砌的厚度要求也不达标，导致部分位置和实际设计厚度之间有严重的偏差。
（5）在进行隧道二次衬砌时钢筋的不规范布置导致内外层的钢筋保护层之间的距离相差太大，部分钢筋的位置处于衬砌的中部，导致钢筋没有完全发挥其作用。
２隧道仰拱病害处治措施
根据仰拱病害产生的原因分析，其处治措施主要有拱脚锁脚、仰拱拆换、基底加固、地下水引排等。
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２.１拱脚锁脚
拱脚锁脚为仰拱病害出现之后对隧道拱脚施做锁脚注浆钢花管，通过加固拱脚处的围岩，从而减小拱脚处塑性区范围并通过钢花管自身刚度以减小侧向水平力对仰拱基底的挤压作用，进而改善仰拱处的受力状态，避免因基底软化、地下水作用及仰拱结构缺陷等因素导致的仰拱病害的进一步扩展，同时对隧道上部结构起到一定的加强保护作用，在仰拱拆换时为隧道上部结构提供一定的基底支撑。拱脚锁脚一般为在隧道边墙底部施做２～３排较大直径的注浆钢花管，沿隧道纵向排距为５０～１００ｃｍ，隧道左右侧对称设置。钢花管采用规格为直径×壁厚＝７６ｍｍ×６ｍ或１０８ｍｍ×６ｍ热轧无缝钢管，管壁设置注浆孔，管体长度为４．５～６ｍ，为提高其抗弯刚度，内部加设钢筋笼，注浆浆液水灰质量比０．４～０．５，注浆压力１．５～２．０ＭＰａ，对于富水区段落可采用水泥－水玻璃混合双液浆，注浆后钢管内采用Ｍ３０水泥砂浆填充。
２.２基底加固
仰拱基底加固为仰拱病害处治中运用最为广泛的方法，主要是采用注浆钢化管对仰拱以下基底进行注浆加固，在隧道底部纵、横向形成密集的小型钢管桩，从而提高整个基底的力学参数和改善隧道仰拱的受力环境，解决因基底软化导致的仰拱病害。基底加固从仰拱填充顶面施做注浆钢花管，纵、横向排距为１００ｃｍ左右，将仰拱填充、仰拱、基底围岩连接在一起，从而形成一个整体受力结构。其中，钢化管采用直径×壁厚＝４２ｍｍ×４ｍｍ或７６ｍｍ×６ｍｍ热轧无缝钢管，管壁设置注浆孔，管体长度根据仰拱结构厚度和基底软化程度而定，长度一般为４．５～９ｍ，注浆浆液水灰质量比０．５～０．６，注浆压力应根据现场具体情况进行调整，一般为０．２～０．５ＭＰａ，注浆过程除控制压力外，还应根据注浆时间和注浆量进行控制，以免造成浆液流失。
２.３仰拱拆换
仰拱拆换主要针对隧道仰拱结构已无法满足隧道结构受力的要求下，进而对病害段仰拱、仰拱填充、路面结构等进行拆除并重新修筑，同时对仰拱下部已遭受破坏软化的软弱基底进行清除换填或注浆加固，以达到彻底解决因基底软化、仰拱结构缺陷等因素导致的仰拱病害的目的。仰拱拆换一般分段落间隔实施拆换，一次沿隧道纵向拆换长度２ｍ左右，隧道整幅拆除整幅重新浇筑，拆除过程应采用人工手持式小型器具（切割机、风镐等）对拆换段落进行拆除开挖，严禁爆破，同时清理仰拱基槽，对基底积水、虚渣、软基等清除，特别是对于已被地下水浸泡软化的基底应向下清除，以挖到新鲜岩面为准，若软化深度较深，应采用如注浆加固的其他加固方式。若基底存在地下水渗漏点应进行封堵处理，避免地下水再次对基底软化破坏。为提高仰拱受力性能，可在仰拱底部设置型钢拱架使初支封闭成环，仰拱应采用钢筋混凝土结构，并在浇筑之前在两侧边墙基础内置入连接钢筋，以加强仰拱和整个衬砌结构的完整性，最后施做防排水、仰拱填充、路面结构等。仰拱换拆过程，可对相邻段落采用临时型钢拱架进行临时加固支撑，以免发生较大变形。
２.４地下水引排
地下水为仰拱发生病害的诱因或直接原因，因此，对地下水引排对于处治仰拱病害至关重要。在病害处治中应全面清通隧道排水设施，特别确保隧道排水暗沟和排水管的通畅，以将隧道洞周积水排除洞外，从而减少隧道底部外水压力，避免仰拱基底进一步软化。对于地下水丰富的段落可在隧道边墙下部钻设泄水孔，钻孔穿透二衬和初支进入围岩，内设透水管引排至排水沟内，通过加强排水降压方式，减少地下水的汇集对衬砌结构的影响。在衬砌结构中隧道仰拱是其中重要的组成部分之一，尤其是在软弱的围岩段，对于提高隧道整体结构的承载力、避免围岩内的塑性区持续出现扩展，同时对隧道洞口周围位移的发展进行约束以及对于提高衬砌结构的安全度等都有着十分重要的意义。因此在进行隧道建设的过程中应该充分的认识到隧道仰拱对于整个工程施工的重要性
参考文献：
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[3]张亚兴，李鹏，林义.京珠高速公路隧道病害检测与处治对策研究[J].山东交通科技，2008（4）：60-62.
论文作者:何坤龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：隧道论文; 基底论文; 病害论文; 结构论文; 地下水论文; 围岩论文; 注浆论文; 《基层建设》2019年第26期论文;