摘要：近年来，我国基础设施的建设如火如荼地开展，尤其是交通事业，为当地经济发展带来重大机遇。然而随着我国高速公路数量的增多，在一些山区修建道路时，需要克服的困难也越来越多，隧道结构也愈发复杂，施工难度升高，也产生了许多后续问题，这就对隧道的养护和管理工作提出了新的要求。本文结合实际情况，提出高速公路隧道边墙开裂下沉机理的分析及处治措施。
关键词：高速公路；隧道边墙；开裂下沉；机理分析
引言：
如今中国的基建事业发展迅猛，许多高速公路穿山而建，为居民们的出行提供了便利，因而高速公路隧道的数量也逐渐增多，规模也越来越大。但随着运营时间的增长，隧道逐渐出现了一些问题，其中，边墙的开裂和下沉是一种十分典型的病害，严重影响到隧道的安全性，为往来车辆埋下安全隐患，并使得隧道耐久性大大降低，使用寿命缩短。本文就高速公路隧道边墙出现的开裂和下沉问题进行分析，并据此提出解决措施。
一、高速公路隧道边墙裂缝产生原因与下沉机理
1、施工问题
1.1地基问题
地基结构不够紧密、承载力较低，或者在建造隧道时，未能彻底清理地基中的浮渣和虚土，都会导致隧道边墙出现下沉，继而给边墙结构施加较大的拉力，将其拉裂。在修建长度较大的隧道时，若是穿越较多软弱夹层，不同区域地基承载力差异也较大，就容易出现边墙裂缝。
1.2混凝土问题
边墙裂缝有很大一部分都产生于混凝土材料本身，施工时，浇筑混凝土过程未能控制好温度，造成混凝土内外温差大，就容易导致隧道建成后边墙产生裂缝，另外未能严格对其进行管理、及时清理浮渣，也会使得个别部位承载力低，而导致下陷和开裂。
1.3隧道结构的设计
无数施工实践经验表明：隧道结构的设计会对其稳定性造成十分重要的影响，一般来说，隧道的跨度越大，内部岩体破碎的程度越高，稳定性越差，更容易出现边墙裂缝和下沉问题。
1.4施工技术
在隧道开挖时，施工技术的选择也会影响隧道边墙的稳定性，例如，在实际处理隧道边墙的岩石时，采用控制爆破法能够显著降低岩石的破碎程度，从而提高隧道边墙的稳定性，减少投入使用后裂缝的产生和坍塌、下陷事故的发生。
2、围岩与围岩应力
2.1分类
所谓围岩，指的是隧道中一定范围内，对于隧道的稳定性和安全性造成较大影响的岩石，围岩问题往往是引发高速公路隧道边墙开裂和下沉的主要原因，我国高速公路修建的地点广泛，因此围岩也具有多个种类：
2.1.1极度破碎型
这类型的围岩的地质结构面发育情况良好，从外观上看整体性较强，较为安全，但实际上内部岩体破碎程度很高，稳定性很差，不容易控制，往往会在隧道使用过程中出现裂缝，影响其安全性。
2.1.2低强度型
顾名思义，这种围岩强度低、容易破碎，而且在修建隧道的过程中，由于受到挖掘作业的影响，会发生应力大小和方向的改变，因而容易发生坍塌和下陷。它有两个明显特征：首先，这种围岩呈现高度破碎的状态，相互交织，没有明确的方向性，因此很难进行判断或者整体的推测，或者由于结构面强度较低，岩体间相互作用不明显，导致不同类型的应力都由地质结构面来传递和分散，在不承受拉力的状态下，近似于类连续体。其次，这种类型的岩体抗压能力极差，很容易由于突发的外力而导致形变和破碎，在隧道开挖过程中就很容易出现局部坍塌问题，发生落石，甚至造成隧道整体围岩丧失稳定性、洞室大面积塌陷的严重事故。
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2.2围岩应力
在高速公路隧道围岩中，地应力乃是破坏围岩并使之发生形变和滑移的根本缘由，也是造成围岩开裂的罪魁祸首。所谓地应力，指的是存在于地壳中、不受外界因素干扰的、天然存在的作用力，地应力并非单一的力，其来源有许多种，但最主要的是围岩自身受到地心引力而具备的重力和构造运动产生的力，构造运动具有高度不确定性，导致地应力也变化多端，难以进行统一概述。实践表明，最大水平和最小水平的主应力分布离散度较高，即使在隧道中的同一深度，不同位置上的地应力大小也存在较大的差异，这说明地应力受到构造的影响程度还与其所处位置有关，也因此为高速公路隧道中围岩的控制带来了许多变数，使其难度大大增加。
2.3气候问题
某些高速公路的隧道处于断层破裂带，因此受到当地气候影响较为明显，例如我国2013年底建成的某条单线电气化隧道，处于地温较高、强富水的地区，另外还有岩爆、软岩变形等诸多因素，隧道中围岩的稳定性本就较差，再加上地下水流动的影响，一些含水量较高、结构松散的物质会发生松动和下沉，作用在隧道边墙的作用力逐渐增加，其压力超出边墙结构的承载能力，因此导致裂缝和沉降问题的发生。另外，由地下水引起的病害也十分严重，例如渗漏问题造成的地面和墙体结冰，还有温度过低造成混凝土劣化和开裂等。
2.4有害气体因素
在高速公路上行驶的有许多大型运输车辆，其中很多车辆都会运输有害气体，而电气设备、瓦斯隧道本身也会释放微量的腐蚀性气体，过路车辆在隧道中随手抛弃的垃圾若没能得到及时清理，也会在长期降解的过程中释放特殊气体，还有偶然发生的火灾中冒出的烟气，也会含有二氧化硫、二氧化氮等多种复杂气体，而隧道是一个通风情况不良、较为封闭、仅有进出口与外界大气相连的结构，上述有害气体不能迅速消散，而是在隧道内积聚，长期对隧道边墙和顶处造成腐蚀，其中的结构物和金属制品都会受到一定影响，并造成边墙上出现裂缝等问题。
二、处治措施
1、严格管理施工过程
在修建隧道的施工过程中，必须加强管理，成立专门的检查小组，对各项细节进行排查，并逐一检查各个区域地基的承载能力和边墙材料的稳定性，注意区分围岩的种类，并按照相关方法计算围岩应力的大致方向与大小，将所有数据进行详细的分类与汇总，作为施工依据。此外，必须严格要求施工人员，按照国家规定的相关政策标准进行操作，浇筑混凝土时注意采取有效措施减小其内外温差，并做好养护工作，避免裂缝的产生。
2、做好围岩控制
在高速公路隧道中发生的多起坍塌事故，都是由于围岩破碎或者掉落，例如我国某二级公路的隧道工程，曾发生多起围岩掉落、边墙开裂事件。施工时，应当采用有效的围岩控制技术，提高其稳定性，从而保障边墙的安全，避免裂缝和沉降问题的出现。常用的是锚杆支护法，由于深部构造应力会导致隧道围岩发生低围压和高应力差的问题，从而对其造成破坏，因此可采用锚杆轴向作用提高固体围压，以提升围岩的稳定性。实际操作时，可采用高强度和大直径的锚杆，并密集设置，取得更好的效果。对于较高处的围岩，还可采取锚杆和锚索联合使用的方式，增加破断荷载，并能够对高处围岩进行有效防护。
3、及时排水
在隧道设计阶段，应当对该地水文情况进行详尽的调查，认清地下水的运动规律，并在隧道中设计较高标准的防水工程，附加防水层的接缝要进行彻底、精心的处理，防止其发生漏水，另外，当隧道中由于突发暴雨和降雪而发生积水时，应当及时将该段道路封停，排除积水后再使用。
4、及时引出有害气体
在修建隧道时，应当构建较为科学的排气通风结构，或者增加排气设备，尤其是在较长的隧道，要保持良好的通风条件，并根据该隧道中有害气体的成分与相应成分浓度和占比、分布区域等进行统计与调查，据此选择适宜的通风方式和相关参数。
三、结束语
高速公路隧道边墙产生的裂缝和下沉问题是多种因素共同作用的结果，为保证隧道的安全性与稳定性，并提升其使用寿命，必须在施工和养护的过程中采取有效措施，保障往来车辆的安全，方便我国居民出行。
参考文献：
[1]邓少军,苟德明,春军伟.高速公路隧道边墙开裂下沉机理分析及处治措施[J/OL].公路,2020(02):301-307[2020-02-28].
[2]邓少军,苟德明,春军伟.高速公路隧道边墙开裂下沉机理分析及处治措施[J].科学技术与工程,2019,19(34):361-368.
论文作者: 于磊
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年3期
论文发表时间:2020/4/3
标签：隧道论文; 围岩论文; 应力论文; 高速公路论文; 裂缝论文; 稳定性论文; 结构论文; 《工程管理前沿》2020年3期论文;