鋼管錨筋樁在隧道仰拱缺陷修復二襯加固中的應用

侯 圓，羅 貴，唐 誠，李 培

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰 611830)

1 工程概述

渝蓉高速公路四川段是四川省高速公路網布局規劃中23個出川通道之一，是直接連接成渝經濟雙核路程最短、線路最優、技術標準最高的高速公路。項目總長約175 km，其中資陽段約154 km，成都段約21 km。該項目技術標準采用雙向六車道，路基寬 33.5 m，設計速度為120 km/h，隧道設計速度為100 km/h，設置橋梁 224 座(其中特大橋 2 座/12 252 m)，橋路比為19.06%；隧道 4 座(8 430 m)，隧占比為3.78%；互通式立交14 座。

復工時經檢測單位采用地質雷達和鉆孔取芯檢測，4條隧道存在不同程度的缺陷，其缺陷主要為二次襯砌裂縫、二次襯砌施工縫錯臺、電纜溝蓋板破損、二次襯砌鋼筋保護層厚度不夠、裂縫滲水鈣化、仰拱未施做或厚度不足、洞渣回填。其中仰拱及仰拱回填缺陷長度達6 009 m，缺陷占比為71.28%。

2 結構分析

隧道仰拱是為改善上部支護結構受力條件而設置在隧道底部的反向拱形結構，是隧道結構的主要組成部分之一，其作用是將隧道上部四周的圍巖壓力和路面荷載通過隧道二次襯砌和仰拱有效地傳遞到地下，而且還有效地抵抗隧道下部地層傳來的反力。

仰拱破除前，隧道已經過開挖、臨時支護、永久支護三個應力階段，隧道停工2 a多時間，隧道應力場已經趨于穩定平衡。仰拱破除后二次襯砌結構邊墻墻腳懸空，周邊圍巖在仰拱破除后應力場重新分布，特別是圍巖在水的作用下會加劇仰拱破除后的應力分布，二次襯砌結構可能會在局部位置受到應力集中而剪切破壞，可能會出現二次襯砌結構脫空、開裂、破損掉塊等新病害。

3 處置方案

國內對不拆除仰拱及仰拱回填的二次襯砌結構加固通常采用增加截面、型鋼內襯、粘貼鋼板(帶)、粘貼碳纖維復合型材料、錨桿(索)、水泥注漿、化學灌漿等加固方式，以上加固方式主要針對二次襯砌結構開裂、滲水、墻背后空洞、襯砌厚度不足、鋼筋保護層厚度不足、施工縫錯臺等缺陷，通過采取以上處置措施，基本上都能夠達到加固補強、堵漏和提高耐久性的要求。

渝蓉高速公路龍泉山隧道因施工和停工后長期無人管理等原因造成隧道缺陷多、范圍廣，仰拱及仰拱回填缺陷需破除后重新施做。為了保證仰拱及仰拱回填破除后二次襯砌結構的穩定性和安全性，充分利用二次襯砌結構自身承受圍巖應力的能力，避免加固施工與后續工作產生交叉干擾和占用后續工作面，采用鋼管錨筋樁對二次襯砌結構邊墻墻腳進行加固，以達到加固圍巖和二次襯砌結構的目的，抵消二次襯砌結構自重和圍巖的作用力，保護二次襯砌結構不產生新的病害。鋼管錨筋樁布置情況見圖1。

4 施工過程

4.1 二襯鋼筋混凝土鉆孔

鉆機底座用膨脹螺栓與二襯鋼筋混凝土結構固定牢固，接通水源，安裝φ90鉆頭。鉆孔深度超過二襯厚度，鉆孔縱向間距為50 cm。

4.2 圍巖鉆孔

鉆孔采用潛孔鉆，按照電動鉆孔取芯機已完成的孔位定位，用角度尺對鉆桿角度進行復核后鉆孔。在鉆孔過程中，觀察圍巖地質情況并對鉆孔角度勤復核。若遇圍巖松動破碎時，應采用跟進套管的鉆進技術；如遇坍孔，應立即停鉆，回填水泥砂漿后重新鉆孔。

圖1 鋼管錨筋樁布置示意圖(虛線為仰拱破除)

4.3 鋼管錨筋樁的制作

鋼管采用φ89無縫鋼管，管壁按30 cm間距、梅花形布置φ10～16注漿孔。錨筋樁鋼筋為3φ20螺紋鋼，固定環采用φ26×4 mm短管節，節長3～5 cm并與主筋焊接，間距按1.5 m布置，長度L=6 m。鋼管錨筋樁結構見圖2。

圖2 鋼管錨筋樁結構圖

4.4 清孔與驗孔

鉆孔完成后，使用高壓風清孔，孔內應干凈、無石屑與石粉，清孔完成后，及時組織對孔徑、孔深、角度進行驗收，驗收合格后進入下一道工序。

4.5 鋼管錨筋樁的安裝

鉆孔驗收合格后，使用簡易自行式安裝臺車安裝鋼管錨筋樁。鋼管安裝過程中遇阻力時重新清孔或在鋼管尾部加墊板施加外力安裝，鋼管安裝完成后，將φ20 PVC注漿管一端與錨筋束一起插入鋼管中，注漿管的出口初始位置距孔底端30 cm。

4.6 注漿封孔

連接注漿管路，啟動注漿泵將攪拌好的M20水泥砂漿注入鉆孔內，水泥砂漿自孔底向外灌注，注漿壓力為0.5 MPa，孔口連續溢漿后停止灌漿，安裝止漿塞防止水泥砂漿溢出，水泥砂漿固化45 min后拆除止漿塞，水泥砂漿達到設計強度后用砂輪機切除露出孔外的鋼管和錨筋。

4.7 監控量測

4.7.1 頂拱下沉觀測

仰拱破除前，在每一個拆除段頂拱植入φ10鋼筋，鋼筋外露2 cm。使用全電子水準儀和電子水準尺觀測，對比開挖前后的測量數據，計算頂拱下沉量。

4.7.2 收斂觀測

收斂觀測點布置于二次襯砌邊墻墻腳，每一個拆除段布置2組，在邊墻墻腳鉆孔埋設φ22水泥砂漿錨桿，砂漿終凝后在錨桿上焊接收斂測點。仰拱破除前先采用收斂儀測量一組數據，記錄收斂儀初始讀數和彈簧拉力。仰拱破除后按監測頻率監測，在彈簧拉力與第一次讀數一致時讀取收斂儀讀數，與原始讀數進行對比并確定二襯結構向內收斂的數值和累計收斂數值。

5 質量控制

5.1 事前控制

制定完整的質量保證計劃和施工方案，編制詳細的技術交底，進行相關質量培訓；鋼管及鋼筋進場時必須有出廠材質合格證明書，且產品批號、型號、規格、生產廠家等標識清楚，鋼管和鋼筋堆放場應防潮、防雨、防銹蝕，原材到場經見證取樣試驗合格后方可使用。

5.2 事中控制

所有操作人員、現場管理人員持證上崗，嚴格執行“三檢制”，鋼管外壁注漿孔采用機械鉆孔，鋼管接長時采用V型坡口焊接；鉆孔孔位按照設計圖紙放樣，鉆孔過程中對鉆孔角度勤復核，鉆孔完成后對鉆孔方位、孔深、孔徑進行驗收；M20水泥砂漿嚴格按照設計配合比進行制漿，灌漿壓力為0.5 MPa，注漿飽滿。

5.3 事后控制

按施工時間和空間對成品進行分批分段質量驗收，按抽檢頻率進行拉拔實驗，對不符合質量驗收規范要求的成品進行返工，及時進行質量工作總結，分析原因、解決問題，提高成品驗收一次合格率。

6 結 語

隧道仰拱及仰拱回填缺陷大部分是由施工質量不合格和設計缺陷造成的，國內通常采用灌漿、錨桿(錨管)注漿或拆除重建進行修復。拆除重建時采用鋼管錨筋樁對二次襯砌結構進行加固，能有效避免仰拱及仰拱回填破除時振動對二次襯砌結構的影響，能有效抵消二次襯砌結構自重和圍巖應力的作用，維持二次襯砌結構的安全性和穩定性，避免二次襯砌結構出現墻背脫空、開裂、掉塊等二次病害，鋼管錨筋樁無外露結構，不影響二襯結構的外觀形狀，施工快速，有利于提高隧道結構的耐久性，在隧道仰拱及仰拱回填拆除重建二次襯砌結構加固工程中具有推廣和借鑒意義。