公路隧道二襯開裂原因分析

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1、公路隧道二襯開裂原因分析二襯開裂現(xiàn)象在我國公路隧道中屢見不鮮，導致二襯開裂的原因亦各種各樣,前人在這方面做了大量研究，以下總結前人的研究成果，列舉二襯開裂的原因。1二襯開裂的原因1.1溫度應力對二襯開裂的影響隧道襯砌混凝土存在干縮與熱脹冷縮,它們都將導致混凝土的變形。1.1.1混凝土的干燥收縮變形混凝土的干燥收縮變形受到混凝土環(huán)境(如空氣濕度)、混凝土構件形狀、尺寸和混凝土原材料及配合比等因素的制約?；炷猎诔睗耩B(yǎng)護中其內部孔隙濕度可保持100%,在結束濕養(yǎng)并裸露于大氣中后開始從表面蒸發(fā)脫水并引發(fā)干縮。因此,大氣濕度是制約混凝土干縮的重要因素。同時

2、,與隧道內溫度高低、通風強弱等也有一定影響?；炷羶炔克质菑穆懵侗砻嬲舭l(fā)散失的。所以,混凝土體積（v）愈大,而裸露表面面積（S）愈小,即體表比(V/S)愈大時,混凝土干縮愈小,否則混凝土干縮愈大。水泥石中的可蒸發(fā)水存在于大孔洞、毛細孔及凝膠孔中。脫水干燥時,首先是大孔洞里的水蒸發(fā)但這不至于引起收縮;隨后是較粗毛細孔水蒸發(fā),脫水量較多而收縮較小;再后依次是較細、更細孔里的水蒸發(fā),脫水量依次減少,但收縮量依次增大。在強烈干燥下,凝膠孔里的吸附水也能解析蒸發(fā)并引起收縮?？梢?混凝土的干燥收縮,在體內將主要受制于水泥石的細孔含量和孔徑分布,亦即是要受制于

3、混凝土用水量以及水泥水化度(水化齡期)。延長混凝土的潮濕養(yǎng)護時間和增加混凝土中骨料含量,都可減小混凝土的干縮率。1.1.2混凝土的溫度升降變形混凝土隨溫度升降要發(fā)生脹縮變形,這種脹縮應變()決定于溫度變化量()和混凝土熱脹系數(shù)()。二者的關系為:(1)混凝土的熱脹系數(shù)()通常取為10x10-6℃,但實際上會因原材料的不同,而有一個較大的變化?；炷翢崦浵禂?shù)取決于水泥石熱脹系數(shù)和骨料熱脹系數(shù),通常水泥石熱脹系數(shù)（10~20）x10-6℃大于骨料熱脹系數(shù)（5~13）x10-6℃,水泥骨料比可影響值大小,試驗資料證明:減小水泥用量,可降低混凝土熱脹系數(shù)。

4、混凝土的溫度變化起因于兩個因素,即周圍環(huán)境溫度變化和水泥水化放熱。環(huán)境溫度變化視不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同天氣各不相同,需根據(jù)工程所在地的具體條件確定。水泥水化熱的多少取決于水泥的礦物組分、混合材料和細度?；炷翜囟壬叻瓤赏ㄟ^計算混凝土的絕熱溫升和散熱降溫速率求得,但需測得很多相關數(shù)據(jù),準確計算難度較大。若混凝土在干縮或者溫升與溫降階段不受外界約束,能夠自由伸縮,混凝土內部將不會產生引起貫穿性裂縫的拉應力。而實際工程中,由于襯砌外側圍巖阻礙了襯砌的自由脹縮,所以在襯砌混凝土內部產生溫度應力,隧道溫度應力的影響因素是多方面的,包括有溫差、混凝土的膨

5、脹系數(shù)、襯砌的厚度、隧道的長度、混凝土的彈模、襯砌受約束的程度等。混凝土是抗拉強度遠遠低于抗壓強度的材料,故常能抵抗升溫時產生的壓應力,而難以抵抗降溫時產生的拉應力。當襯砌內部的拉應力超過隧道襯砌混凝土的抗拉強度時,隧道襯砌發(fā)生開裂,這種開裂一般先從隧道的中部開始。1.2偏壓對二襯開裂的影響偏壓是產生隧道結構性裂縫的主要原因,偏壓可能是由于地質和地形條件不對稱、結構不對稱、襯砌回填不密實等引起。在復雜的地質地形條件下修建隧洞,隧道受力出現(xiàn)偏壓十分普遍,特別是在洞口段、滑坡段、斷層帶、地層分界線及其他地質突變段。對于地形偏壓隧道，開挖后，圍巖應力發(fā)生

6、了較大改變，在開挖擾動前,主應力(σ1)方向平行于山坡面,其在水平方向的分力產生偏壓;當隧道開挖以后,巖體中應力重分布導致主應力方向偏轉至σ1′方向,則隧道斷面右上角應力最大，且偏壓角度越大，埋深越深,這種現(xiàn)象越為嚴重。開挖前后主應力方向及開挖后斷面上應力分布情況(見圖1)。偏壓還會導致切向應力在巖壁附近出現(xiàn)局部集中，使巖土體發(fā)生剪切破壞，進而在軟巖膨脹、流變的影響下，將巖土體擠出，大變形的發(fā)生。此外由于隧道埋深淺，在隧道開挖的切腳效應下，靠山體一側圍巖卸荷，使得圍巖壓力發(fā)生偏移，進一步加劇了隧道的偏應力集中。偏壓產生的應力集中過渡到支護結構上，支

7、護受偏壓荷載的影響，產生局部應力集中，當二襯混凝土上的應力超過其強度時，產生開裂。圖1隧道開挖后應力大小分布示意圖1.3隧道的不均勻沉降對二襯開裂的影響山嶺隧道所處的地質和地形環(huán)境都很復雜,處在不同圍巖和不同覆蓋層情況的隧道襯砌所受的壓力也是不同的,相對于比較均勻的隧道襯砌,圍巖壓力千變萬化,這是造成縱向沉降差的主要原因；其次,同一隧道中不同襯砌類型,其在圍巖壓力作用下的反映是不同的,即抵抗變形的能力是不同的,因此在兩種襯砌的交接處很容易產生縱向沉降差,從而形成剪切裂縫；此外由于襯砌背后回填不對稱,以及不同斷面的襯砌抗不均勻性變形能力的差異性等原因

8、,都可能導致隧道縱向的不均勻沉降,引起縱向彎矩,產生裂縫。從本質上看,縱向沉降差也是一種偏壓,它是沿隧道軸線方向的偏壓,而