中铁第一勘察设计院集团有限公司，桥隧处一所 710043
摘要: 近些年来，我国建筑行业的发展随着经济的加快也不断地壮大，特别是交通建设领域迎来了新一轮的建设高潮期，隧道建设数量也随着公路、铁路建设标准的提高比例不断增多。然而隧道建设过程中出现的病害也尤为突出，本文着重对隧道仰拱上鼓问题进行分析，并提出应对措施，希望对后续隧道建设有促进作用。
关键词:隧道 仰拱上鼓 软岩 矢跨比
一、隧道仰拱上鼓及原因
西部某在建铁路某隧道,隧道全长约8000 m,为双线隧道,采用无砟轨道，线间距4.6m,洞身最大埋深约600m。该隧道不良地质为岩溶、顺层、危岩落石,特殊岩土为盐溶角砾岩及含石膏地层;暗河在隧道附近穿过,暗河发育长度5.5公里,暗河沿线地表串珠状发育洼地、漏斗、落水洞等,其恶劣的施工环境给现场生产带来极大的安全风险。
隧道施工完成后，仰拱局部段落出现上鼓现象，严重影响后续无砟轨道铺设，经初步分析判断，造成该隧道无砟轨道上拱的主要原因是隧址区地质条件复杂，隧道开挖后围岩二次应力调整造成局部应力集中，使底部软岩发生蠕变引起。施工过程中选择支护型式和参数不合理，仰拱厚度及曲率不满足设计要求引起的支护抗力不足，也对轨道上拱产生一定影响。
二、病害原因
为了吸取经验教训，避免在其他隧道出现类似问题，现从隧道围岩、仰拱结构、施工情况，多角度剖析事故原因。
1、隧道围岩
从工程地质分析，隧道仰拱上鼓主要发生在软岩中，代表性的岩石有全风化的各种岩石，强风化的坚硬岩，弱风化的较坚硬岩，未风化至微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥质砂岩、泥灰岩、粉砂岩、页岩等。
隧道开挖后，围岩初始应力平衡状态被打破，围岩应力出现二次重分布，在一定时间段内围岩变形收敛，寻求新的平衡点，锚杆、钢筋网、喷射混凝土、钢架等一系列支护手段，进一步抑制了变形收敛的速率使其达到新的平衡，这种平衡状态根据围岩级别的不同，开挖洞室规模大小等因素，持续时间会有所不同，通过隧道拱顶及边墙的监控量测数据会有所反应。通常，软弱及膨胀性围岩，开挖后变形量大，且持续时间较长，其中膨胀围岩常作用较大的膨胀侧压力和底压力，有时侧压力还大于垂直压力，从而导致边墙变形大而底鼓，因而不宜一次完成永久衬砌，宜用复合衬砌，并宜用带仰拱的圆形或按近圆形的马蹄形断面。初期支护可及时提供一定的支护抗力，使围岩不至发生松散，同时又允许基岩的塑性变形有一定发展，以充分发挥围岩的自承作用，二次衬砌作为永久结构物，可保证隧道长期稳定。
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针对各类软岩，隧道开挖过程中受地应力影响，围岩收敛变形较大，存在仰拱底部上鼓的风险，隧道开挖后初支应及早封闭成环，适时施做二衬，确保隧道结构安全。
2、结构设计
单线隧道IV～VI级围岩、双线III～VI级围岩地段，岩层一般受地质构造影响严重，风化破碎，侧压力较大，基础易产生沉陷；土质则承载力低，稳定性较差，开挖后易产生隆起等变形，故采用曲墙有仰拱的衬砌。为保证仰拱的作用，仰拱的矢跨比，单线隧道宜取1/6~1/8，双线隧道宜取1/10~1/12。
仰拱矢跨比选用合理，既能稳定围岩，又能改善仰拱受力条件，围岩越差矢跨比应越大，但将增加土石开挖量及回填混凝土数量，增加成本，所以应选用适当的矢跨比。
三、应对措施及结论
1、应对措施
此次质量事故中隧道仰拱上鼓的原因是多方面的，地质条件复杂、设计参数有待优化、施工不到位，监理单位监管不到位，建设单位疏于管理等。如何在后续隧道建设过程中避免类似事故的发生成为当前急需解决的问题。
1.1、重视对隧道围岩的认知，特别对软岩的认知。软质岩大体分为较软岩、软岩和极软岩。较软岩，锤击声不清脆，无回弹，较易击碎，浸入水后，指甲可刻出印痕；软岩，锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎，浸入水后，手可掰开；极软岩，锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎，浸入水后，可捏成团。摸清软岩的工程性质，对软岩地段隧道措施适度加强，运用超前支护手段，预加固地层；预留较大变形量，防止初支变形超限侵占二衬；特别是对隧道基底加强设计，初期支护有钢架地段，尽量使用型钢钢架，并及时封闭成环。
1.2、通过对隧道仰拱上鼓原因分析可知，在隧道仰拱衬砌厚度一定的情况下，矢跨比的选择在满足隧道设计规范的要求下，根据地质情况预留一定的安全储备，对于抵抗仰拱基底上鼓力起到重要作用。矢跨比单线隧道不宜小于1/8，双线隧道不宜小于1/12。
1.3、严把施工质量关，仰拱施工做到不欠挖，保证仰拱设计厚度及曲率，做到事前控制，过程控制，重视监控量测分析，把隧道仰拱填充面沉降观测纳入监控量测必测项，及时发现问题，解决问题，把隐患消灭在萌芽状态。
1.4、加强监理单位管控，避免监理单位监管缺失，严格建设管理程序，仰拱施工不到位，严禁进行下一道工序。
1.5、建设单位统筹管理，建立信息化管理平台，对工地实时监控，发现问题，及时处理，责任落实到人。
2、结论
通过多角度对隧道病害的原因剖析，吸取相关的经验教训，对于深化隧道围岩岩性认知，合理选择设计参数，提醒施工过程中的重点把控，具有现实指导意义。
参考文献:
1、《土木工程地质》/胡厚田主编。----北京： 高等教育出版社，2001（2004重印）
2、《铁路隧道极限状态法设计暂行规范》/中铁二院工程集团有限责任公司主编 中国铁路总公司 2015-07-04发布
论文作者:徐勇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/2
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