季節(jié)性凍土隧道襯砌開裂機理及整治措施研究.pdf

1、隧道襯砌裂縫在季節(jié)性凍土隧道中的大量存在，嚴重影響了隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、適用性、耐久性，且襯砌裂縫的進一步發(fā)展同時會誘發(fā)其它隧道病害，影響到隧道的安全性。本文以梁家坪2＃隧道工程為依托，從現(xiàn)場的試驗監(jiān)測出發(fā)，通過運用大型通用有限元軟件ANSYS，對季節(jié)性凍土隧道溫度場、應(yīng)力場進行計算和分析。并對季節(jié)性凍土隧道襯砌開裂機理進行研究分析，為預(yù)防和治理此類病害隧道提供理論參考。主要結(jié)論如下:
　　(1)由梁家坪2＃隧道室內(nèi)實驗可得:圍

2、巖含水量約為10.8％，飽和原狀土樣的含水量則約為12.3％，圍巖飽水自由凍脹率約為1.41％，泥巖自由膨脹率為15％，砂巖自由膨脹率為8％，根據(jù)規(guī)范圍巖屬非膨脹土。
　　(2)在對能夠造成襯砌開裂的可能性原因分析的基礎(chǔ)上，排除了由高地應(yīng)力、水壓力、膨脹土壓力、圍巖壓力等因素導致該隧道開裂的可能性。通過對梁家坪2＃隧道進行現(xiàn)場試驗監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)邊墻縱向裂縫的變化規(guī)律符合由圍巖凍脹導致襯砌開裂的變化規(guī)律。因此，初步判斷該隧道襯砌開裂

3、的主要原因是由于圍巖的季節(jié)性凍脹所引起。
　　(3)通過對該地區(qū)的氣溫、降雨統(tǒng)計分析可知，近幾年該地區(qū)夏季雨量比較豐富，冬季氣溫比較低，負溫持續(xù)時間達4個月左右，最冷月份平均氣溫在-10℃左右。
　　(4)隧道溫度場數(shù)值計算結(jié)果表明圍巖凍結(jié)圈深度為104cm，與實測100cm基本相符合，且最大凍結(jié)深度發(fā)生的時間均在次年的1月19日前后。
　　(5)由凍脹力計算結(jié)果可知，梁家坪2＃隧道在凍脹力作用下隧道邊墻處拉應(yīng)力大于混

4、凝土極限抗拉強度，與實際病害相符。
　　(6)通過對不同圍巖凍結(jié)圈下隧道襯砌配筋設(shè)計得出，隧道襯砌配筋面積與圍巖凍結(jié)圈深度呈線性關(guān)系。因此對于在季節(jié)性凍土區(qū)修建隧道應(yīng)考慮凍脹設(shè)防。
　　(7)通過對三種不同方案的配筋加固方案設(shè)計，建議采用第三種方案即切槽放鋼筋籠，并在隧道邊墻受拉區(qū)范圍內(nèi)上下各打設(shè)3根Φ25錨桿，以抵抗季節(jié)凍脹力，抑制邊墻向隧道內(nèi)擠出，防止襯砌進一步開裂。同時在隧道襯砌背后進行注漿（其注漿范圍為0.6m～0.