公路隧道襯砌裂縫治理中碳纖維布的應用研究

李 首 峰

(山西運城路橋有限責任公司，山西 運城 044000)

公路隧道襯砌裂縫治理中碳纖維布的應用研究

李 首 峰

(山西運城路橋有限責任公司，山西 運城 044000)

以某隧道工程項目為例，通過調查分析，闡述了該工程項目裂縫形狀及其產生裂縫的原因，并就碳纖維布應用于隧道裂縫治理中的整體施工流程進行了介紹，指出在隧道襯砌裂縫治理中應用碳纖維布，可獲得較理想的效果。

碳纖維布，隧道，治理，裂縫

0 引言

目前在公路隧道襯砌裂縫的治理中，一般采用雙液注漿、粘鋼法、體外預應力法或者二次澆筑混凝土法等，這些方法自身均存在優缺點。碳纖維布化學性質穩定，且所具抗拉強度也比較高，自重輕，目前廣泛應用于工程加固中。本次研究筆者就公路隧道襯砌裂縫治理中碳纖維布的應用進行詳細地論述。

1 工程概況

該工程項目隧道全長為600 m，左右洞軸線間距為12 m，單心圓與中墻直線構成隧道內輪廓線，隧道單洞凈寬和凈高分別為10.5 m和7 m左右。因該隧道洞口位置埋深比較淺，基于該工程項目所處位置的地形以及地質情況的分析，設明洞，所用結構為外直墻鋼筋混凝土，厚度為80 cm；其他暗洞則根據新奧法設計成為復合襯砌，應用規格為C25的鋼筋混凝土進行中隔墻巖體的置換。基于本區地質情況的分析以及圍巖分類情況，暗洞襯砌分別用大小管棚超前支護、噴射混凝土、鋼拱支撐、掛鋼筋網以及錨桿錨固進行第一次支護，而后澆筑型號為C25的混凝土仰拱以及C30混凝土拱墻進行第二次襯砌。該工程建設結束后使用期間發現其襯砌沿著施工縫產生環向裂紋，同時中隔墻沿著施工縫產生豎向裂紋，此外，隧道襯砌于拱頂位置沿著縱向出現裂紋，該裂紋相對較長。

2 碳纖維布的應用

2.1 裂縫分析

基于上文對工程項目概況的分析，利用游標卡尺、鋼卷尺、裂縫深度絲、數碼相機、量角器以及羅盤等對裂縫分布形式、傾角情況、密度、長度以及各裂縫之間的距離等進行調查。其中縱向裂縫大多表現為沿著隧道呈縱軸展開，為水平狀；環向裂縫多表現為和隧道軸線相垂直，沿著隧道襯砌呈環向展開，其分布狀態和縱向裂縫相似。調查發現，該工程項目裂縫形狀大多為弧形，少數為起伏形。此外，斜向裂縫表現形態為與隧道橫截面的隧道縱軸之間存在一定的角度，分布形態和縱向裂縫相似。通過統計分析，該工程以縱向裂縫為主，所占比例為93%左右；其次為斜向裂縫，所占比例為5%左右；最后為環向裂縫，所占比例為2%。

經工程項目調查分析發現，導致隧道襯砌和中隔墻沿著施工縫產生環向裂縫的主要原因為圬工圍巖壓力引起；中隔墻沿著施工縫出現的豎向裂縫則是因襯砌單元長度比中隔墻單元長度長，二者變形處于不協調狀態中，以至于中隔墻出現開裂把襯砌拉裂。由于該工程項目所處地區冬季十分寒冷，氣溫最低可達到零下十幾度，再加上襯砌屬于封閉環，當溫度突然降低時，襯砌內表面就會出現變形自由，而外表面應受密貼圍巖限制，在內外強烈溫差下導致襯砌出現較大拉應力，繼而出現裂縫。除此之外，回填不及時也是引起裂縫的一個主要原因。

2.2 裂縫治理

碳纖維所具可塑性非常好，適合在不規則形狀結構物或者曲面結構物中應用，其重量輕，一般不會使結構自重增加，和普通的碳素鋼相比，其軸向抗拉強度明顯要強，不同碳纖維布物理力學指標如表1所示。將其應用于混凝土結構的修補中，經過自身所具高強度以及高彈性模量等特點的應用，可使構件承載力、延性以及混凝土結構強度等得到明顯的提高，有效改善混凝土受力性能，目前該材料已被廣泛應用于道路橋梁和房屋建筑項目加固中。

表1 碳纖維布物理力學指標

在公路隧道裂縫治理中應用碳纖維布，其整體施工流程如圖1所示，治理情況如下：

第一，在施工之前，應綜合考慮結構物周圍的環境以及其自身狀態等，根據裂縫實際情況制定相應的施工計劃，做好準備工作。

第二，利用磨光機或者砂輪機對混凝土表層進行處理，除去其表面劣化層，而后進行打磨，待完成打磨工作后及時除去粉塵和松動物質，保證其充分干燥，一般情況下表面平整度為5 mm/m2，其中油污可利用中性劑將其除去，以防應力過于集中造成補強效果下降，如果施工位置存在凹角，可利用環氧樹脂砂漿進行修整，使其成曲線平滑狀；若凹洞面積比較大，則可借助于無收縮水泥砂漿填補，利用砂輪機磨平不平整位置，若存在裂縫，則需密封以及灌縫。

第三，處理好施工面以后進行底膠水的預涂，結合施工現場實際情況明確涂抹次數，其中底膠干燥時間一般為3 h～12 h，待其干燥后可繼續下道工序。對小面積凹洞進行修補，可于施工現場進行找平膠的配找。當底膠徹底干燥以后，在凹陷位置涂抹相應的修補材料，接著利用研磨機、刮刀或者砂輪機等工具修整施工面，使其平整且光滑。若粘脂施工面出現氣泡，則需等粘脂完全固化以后，才可利用相應的工具除去氣泡，以使其平整。

第四，底膠涂刷結束后應及時粘貼碳纖維布，對混凝土主體進行加固，注意在粘貼之前應用手指明確底膠是否已經完全干燥，以免因粘貼膠過多而使纖維出現滑移或者扭曲等現象，又或者因粘貼膠不足而使碳纖維布粘貼性下降。以平順的形式把碳纖維布貼于涂布面，該面含有浸樹脂，沿著纖維方向利用刮刀將其刮平。當碳纖維布已經粘貼穩妥以后，再次涂抹粘貼膠，在此要注意的是碳纖維布浸漬必須要充分。粘貼半小時后涂抹上層樹脂，在涂抹過程中要注意是否出現錯位或者浮起等現象，如果出現可利用刮刀或者滾輪及時將其壓平修正。在搭接碳纖維布的時候，纖維放線交接位置搭接長度應超過10 cm，如果在施工過程中出現積水，則需及時擦干，在粘結后還需考慮施工環境對于粘結效果可能產生的影響。

第五，完成粘貼工作后，以自然養護的形式養護24 h及以上，一直到其初期固化。在養護過程中注意碳纖維布的保護，初期固化后可在碳纖維表面涂刷相應的防火漆。完成修補治理工作后，應及時對工程進行驗收，根據工藝要求檢查各工序，做好驗收記錄工作，著重就碳纖維布與混凝土間粘貼質量進行驗收，可借助于小錘等工具對碳纖維布表面進行輕敲，通過回音對粘結效果進行評判，若出現空鼓，可借助于針管進行注膠修補。

本次研究所舉例的這一工程項目，因襯砌裂縫多為縱向裂縫，較單一，因此采取了局部加固補強以及局部修補的方式，經修補加固，二襯受力以及圍巖壓力基本處于穩定狀態中，所獲效果良好。

3 結語

在公路隧道襯砌裂縫治療中應用碳纖維布，可獲得較為理想的效果。在今后的研究中，還需進一步對其計算理論方面的知識進行探討分析，以此為碳纖維布應用于公路隧道工程項目提供更為可靠的理論依據，避免隧道結構受到影響或者干擾。

[1] 楊成忠,黃 明,劉新榮，等.碳纖維布用于深埋隧道襯砌裂縫的加固效果[J].解放軍理工大學學報(自然科學版),2010,11(3):322-327.

[2] 沈碧偉.新建隧道混凝土裂縫處理技術[J].建筑技術,2014,45(2):167-169.

[3] 劉德軍,黃宏偉,薛亞東，等.基于灰色關聯的隧道襯砌裂縫致災通道分析[J].同濟大學學報(自然科學版),2013,41(11):1664-1669.

[4] 楊 華,張文正.公路隧道二次襯砌縱向裂縫非線性數值模擬研究[J].現代隧道技術,2011,48(5):46-51.

[5] 程東輝,易亞敏,王天峰，等.碳纖維布加固混凝土連續梁塑性性能試驗及有限元分析[J].中國鐵道科學,2011,32(3):27-32.

[6] 盧亦焱,龔田牛,李 杉，等.預應力碳纖維布加固鋼梁抗彎承載力研究[J].鐵道學報,2013,35(6):104-109.

Research on carbon fiber cloth in crack treatment of lining cracks of roads and tunnels

Li Shoufeng

(ShanxiYunchengRoadandBridgeCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

Taking some tunnel projects as the example, the paper illustrates the cracks shapes of the projects and reasons for cracks according to the investigation analysis, introduces the integrated construction procedure in the application of the carbon fiber cloth in the crack treatment, so as to obtain ideal effect.

carbon fiber cloth, tunnel, treatment, crack

2015-06-24

李首峰(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)25-0175-02

U457.2

A