輕型鋼軌背拱在隧道病害處置中的應(yīng)用

寇 帥

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710016）

我國(guó)隧道正式起步至今已有30多年時(shí)間，許多隧道設(shè)計(jì)使用年限還未到就出現(xiàn)了滲漏水、襯砌裂損、變形等質(zhì)量病害，如果不及時(shí)修復(fù)或?qū)⒃斐呻y以估量的損失。例如2018年4月1日央視曝光甘肅折達(dá)公路考勒隧道問(wèn)題后，甘肅全省乃至全國(guó)都掀起了隧道質(zhì)量排查的颶風(fēng)。因此，對(duì)隧道病害排查與處治已成為當(dāng)前較為緊迫的一項(xiàng)任務(wù)，同時(shí)隧道維修加固工程在今后的工程建設(shè)中也將占有很大的比重。

文章依托折達(dá)公路隧道的維修加固工程，針對(duì)隧道病害處治作業(yè)空間小、施工時(shí)間緊等各種不利條件，結(jié)合隧道維修加固實(shí)際情況，在保證隧道施工質(zhì)量和安全的前提下，采用輕質(zhì)鋼軌背拱施工取得較好的效果，以下對(duì)施工工藝進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 施工特點(diǎn)

在隧道維修加固中，二次襯砌厚度為設(shè)計(jì)厚度的1/2～3/4、隧底結(jié)構(gòu)缺陷等將導(dǎo)致襯砌發(fā)生嚴(yán)重裂損等情況，因隧道的設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓與建筑限界之間有一定的空間富余量，所以可以采用背拱的方式進(jìn)行加固。但由于襯砌內(nèi)輪廓富余空間有限，為避免侵限采用截面高度為7.9cm的輕質(zhì)鋼軌，同時(shí)為保證混凝土強(qiáng)度采用濕噴鋼纖維混凝土進(jìn)行加固。

2 工藝原理

考慮選取二襯厚度最不利情況為設(shè)計(jì)的1/2時(shí)，襯砌內(nèi)無(wú)鋼筋，采用輕質(zhì)鋼軌噴射鋼纖維混凝土加固。根據(jù)病害程度和原圍巖地質(zhì)情況，選取不同的鋼軌間距，鋼軌之間采用縱向鋼筋連接。采用濕噴工藝噴射C25鋼纖維混凝土，厚度15cm。在背拱加固后，襯砌和背拱形成一個(gè)變形協(xié)調(diào)的整體，即按照整體受力進(jìn)行計(jì)算考慮，將輕質(zhì)鋼軌與鋼纖維混凝土等效為梁?jiǎn)卧囟群筒此杀鹊戎笜?biāo)不變。計(jì)算背拱加固后的各襯砌單元安全系數(shù)均大于規(guī)范要求，證明襯砌結(jié)構(gòu)安全，方案可行。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 內(nèi)輪廓復(fù)測(cè)

對(duì)加固段落按5m間距進(jìn)行內(nèi)輪廓施工復(fù)測(cè)，對(duì)曲線段應(yīng)按2m間距加密輪廓復(fù)測(cè)，保證輕質(zhì)鋼軌加固空間，避免侵入隧道建筑限界。

3.2 輕質(zhì)鋼軌加工

因輕質(zhì)鋼軌材質(zhì)較脆，在加工鋼軌前需對(duì)冷彎?rùn)C(jī)進(jìn)行改裝，調(diào)整壓軸滾輪位置，增加頂滾間距并保證兩側(cè)完全對(duì)稱。在輕軌彎曲之前采用炭火加溫，提高鋼材的塑性，防止鋼材折斷。同時(shí)增加氣泵，在鋼材焊接完成后迅速降低焊接點(diǎn)溫度，防止焊接點(diǎn)受力斷開(kāi)。

3.3 二襯墻腳鑿除

在背拱施工段落按圖紙要求間距在邊墻上標(biāo)記出拱架位置，采用改裝后增加底座的切墻機(jī)對(duì)原有襯砌墻腳位置進(jìn)行切割、鑿除，鑿除高度75cm，保證背拱有足夠的施工空間。

3.4 襯砌表面鑿毛

因?yàn)樵幸r砌已施工過(guò)防火涂料等裝修工程，所以需對(duì)原襯砌表面進(jìn)行鑿毛處理，并清除掉浮沉、油漬，漏出新鮮堅(jiān)實(shí)的混凝土基面。現(xiàn)場(chǎng)采用鑿毛機(jī)對(duì)襯砌進(jìn)行鑿毛處理。并配合高壓水槍沖洗，將原有襯砌的防火涂料及表面松散物清除干凈，保證新老混凝土之間有良好的黏結(jié)性。

3.5 輕質(zhì)鋼軌安裝

采用立架臺(tái)車(chē)安裝輕型鋼軌，安裝時(shí)采用液壓油缸，頂緊鋼軌保證拱架與原有襯砌密貼，如圖1所示。在鋼軌兩側(cè)緊貼鋼軌間隔打孔，打孔深度為16cm，采用氣泵清孔后在孔內(nèi)打入植筋膠，植入L形鋼筋并與鋼軌焊接牢固。對(duì)于二襯凈空不同造成所需拱架長(zhǎng)度發(fā)生變化的問(wèn)題，在液壓油缸及植筋固定的前提下，可以通過(guò)預(yù)留出每榀單側(cè)最后節(jié)段拱架位置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況量出所需長(zhǎng)度，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工的方法解決。在鋼軌拱架立架用植筋膠固定完成后，拱架之間采用縱向鋼筋進(jìn)行連接。

圖1 液壓油缸安裝輕軌

3.6 鎖腳導(dǎo)管施工

輕型鋼軌立架施工完成后，施做Φ42鎖腳注漿小導(dǎo)管、每榀每側(cè)1根，長(zhǎng)4m。采用1∶1.2的水泥漿進(jìn)行注漿。因在原有襯砌上施工導(dǎo)管，必要時(shí)對(duì)初支鋼架進(jìn)行探測(cè)，明確鋼架位置，避免鎖腳施工時(shí)鉆孔直接鉆到鋼架上。現(xiàn)場(chǎng)采用大功率履帶式潛孔鉆機(jī)打孔。注漿結(jié)束后Ф42注漿小導(dǎo)管采用Φ16的L型鋼筋與拱架焊接形成整體。

3.7 噴射混凝土施工

噴射混凝土前拆除原有燈具、燈架、并將拆除的材料集中保管，存放在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，以備在后期使用完成后恢復(fù)安裝。對(duì)無(wú)法拆除的電線采用彩條布或其他材料進(jìn)行包裹保護(hù)，防止噴射混凝土施工對(duì)其造成損害。在噴射混凝土前也可以在拱架之間布設(shè)鋼筋或鋼絲網(wǎng)片確保噴射混凝土后期不會(huì)開(kāi)裂掉塊，同時(shí)也能有效減小回填量。采用濕噴工藝噴射C25鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土中鋼纖維摻量體積率為1.0%；采用機(jī)械臂提高噴射效率，施工中采用厚度控制線標(biāo)志確保表面平整度。

4 質(zhì)量控制

（1）輕型鋼軌拱架施工重點(diǎn)檢查拱架間距控制在設(shè)計(jì)間距±5cm范圍以內(nèi)；確保拱架豎直度，傾斜度應(yīng)小于2°；確保拱架與原二襯表面密貼；拱架連接板連接4顆螺栓必須全部上緊并騎縫焊接飽滿；拱架拱腳必須落在事先切割留出的基礎(chǔ)上。（2）鎖腳錨管必須符合設(shè)計(jì)要求的長(zhǎng)度、數(shù)量及角度，并保證注漿質(zhì)量。鎖腳錨管采用L型鋼筋與拱架焊接牢固。（3）拱架連接筋需滿足設(shè)計(jì)要求間距，兩榀拱架間連接筋需上下錯(cuò)開(kāi)，與拱架焊接牢固。拱架不穩(wěn)定時(shí)可加設(shè)交叉連接筋。（4）噴射混凝土背拱前，每間隔5m對(duì)襯砌內(nèi)輪廓富余情況進(jìn)行復(fù)測(cè)，尤其是對(duì)隧道左右拱腰位置進(jìn)行核查，防止背拱加固后，侵入隧道建筑限界，存在背拱空間不足時(shí)，可適當(dāng)鑿除原二次襯砌結(jié)構(gòu)。（5）對(duì)原機(jī)電設(shè)施進(jìn)行保護(hù)，必要時(shí)需進(jìn)行拆除，待噴射混凝土全部完成后，再進(jìn)行安裝，保證安裝燈具等機(jī)電設(shè)施處混凝土背拱的厚度。（6）噴射混凝土前，應(yīng)埋設(shè)厚度控制標(biāo)志（厚度控制釘、噴射線等），以控制噴射混凝土的厚度。（7）噴射混凝土采用濕噴工藝，全面清理待噴射的基面，清除浮塵、油漬，露出新鮮堅(jiān)實(shí)混凝土基面，并使基面保持一定濕度，必要時(shí)可涂刷混凝土界面劑，以保證新老混凝土之間具有良好的黏結(jié)強(qiáng)度。（8）噴射順序應(yīng)自下而上進(jìn)行。噴射混凝土采取分層噴射，首次噴射混凝土厚度應(yīng)不少于50mm，在噴射混凝土達(dá)到初凝后方能?chē)娚湎乱粚印娚浠炷恋幕貜椢锊坏弥貜?fù)利用，所有的回彈混凝土應(yīng)從工作面清除。噴射完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行打磨，保證表面平整、圓順、美觀。（9）每一個(gè)循環(huán)均留存影像資料，變更部位尤其注意影像資料收集。

5 安全措施

（1）進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須遵守安全生產(chǎn)規(guī)章制度，做好上崗前職工安全施工培訓(xùn)工作。（2）修訂安全目標(biāo)考核獎(jiǎng)懲辦法，要求各級(jí)管理人員必須認(rèn)真履行安全職責(zé)。每月對(duì)項(xiàng)目部人員進(jìn)行考核，對(duì)象主要側(cè)重于現(xiàn)場(chǎng)管理人員。考核前，被考核人對(duì)自己考核內(nèi)容進(jìn)行簽字確認(rèn)。考核內(nèi)容按照共性指標(biāo)、部門(mén)指標(biāo)及本月工作指標(biāo)進(jìn)行確定，其中本月工作指標(biāo)每月不斷變換。考核分?jǐn)?shù)=實(shí)得分?jǐn)?shù)÷參與考核項(xiàng)目總分×100%。（3）在背拱加固施工前，應(yīng)先結(jié)合隧道實(shí)際情況制定切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案，明確救援組織機(jī)構(gòu)人員分工、實(shí)施流程等相關(guān)內(nèi)容。（4）因施做背拱加固的隧道均出現(xiàn)不同程度的損壞，在施工前需在施工現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)排查辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)源，對(duì)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)制定應(yīng)急措施，配備應(yīng)急物資，成立應(yīng)急救援小組。（5）施工前對(duì)工人進(jìn)行全覆蓋的安全教育培訓(xùn)，每次進(jìn)入工地前進(jìn)行安全班前會(huì)，對(duì)本班施工的安全要點(diǎn)進(jìn)行講解。（6）在施工過(guò)程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)情況及襯砌變形、襯砌裂縫發(fā)展、滲漏水等特征變化，及時(shí)反饋信息，修正設(shè)計(jì)和采取應(yīng)急措施，保證結(jié)構(gòu)安全。（7）在施工過(guò)程中應(yīng)精細(xì)施工，加強(qiáng)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的觀察及監(jiān)控量測(cè)，如有異常情況立即停止施工，查明原因并采取有效措施后，才可繼續(xù)施工，避免造成人員設(shè)備損傷。（8）在隧道加固段落附近放置應(yīng)急圓木等應(yīng)急物資，在作業(yè)區(qū)域放置工序告知牌。在二襯開(kāi)裂存在掉塊風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的拱頂掛設(shè)安全網(wǎng)，并在前方設(shè)置危險(xiǎn)告知牌，讓工人及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)施工動(dòng)態(tài)。洞內(nèi)做好人車(chē)分離，進(jìn)洞施工機(jī)械設(shè)備、施工臺(tái)車(chē)均張貼了反光標(biāo)識(shí)，所有施工人員必須穿戴反光背心。（9）現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)職安全員實(shí)行早晚班，另外項(xiàng)目部對(duì)領(lǐng)導(dǎo)班子成員帶班工作進(jìn)行了統(tǒng)一布置，每天夜間也有領(lǐng)導(dǎo)班子成員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查、蹲點(diǎn)值班工作，并將現(xiàn)場(chǎng)施工狀況發(fā)至生產(chǎn)管理群。

6 環(huán)保措施

（1）破除、拆除后的固體廢棄物必須按設(shè)計(jì)和合同要求送到指定位置，不準(zhǔn)隨意堆放。設(shè)置臨時(shí)垃圾貯存設(shè)施，防止流失，并定期把垃圾送到指定垃圾場(chǎng)。（2）施工期間洞內(nèi)流出的污水應(yīng)經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾后集中排放，避免對(duì)附近水體造成污染。（3）嚴(yán)禁在施工區(qū)內(nèi)焚燒會(huì)產(chǎn)生有毒或惡臭氣體的物質(zhì)。（4）各施工場(chǎng)內(nèi)路面必須定期灑水，保證路面不揚(yáng)塵。（5）施工結(jié)束后做好施工場(chǎng)地的清理、綠化及復(fù)耕工作。

7 結(jié)束語(yǔ)

該施工工法采用輕質(zhì)鋼軌背拱施工技術(shù)，利用設(shè)計(jì)襯砌內(nèi)輪廓和建筑限界之間的富余空間量，對(duì)原有襯砌進(jìn)行整體加固，避免了對(duì)二次襯砌的拆換，減少了材料的浪費(fèi)，提高了施工的安全性和生產(chǎn)效率，為隧道維修加固提供了科學(xué)、合理的措施，在類(lèi)似的隧道維修工程中具有較高的實(shí)用前景與推廣價(jià)值。