高速公路隧道二襯結(jié)構(gòu)開(kāi)裂病害加固施工技術(shù)研究

李坤

（甘肅省遠(yuǎn)大路業(yè)集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加速，各城市間的高效連通越發(fā)重要。許多地方需通過(guò)隧道穿越山區(qū)、海域或其他地域，以提高長(zhǎng)途交通的便捷性。隧道作為高速公路的關(guān)鍵組成部分，承擔(dān)著巨大的車流量。二襯結(jié)構(gòu)是隧道內(nèi)部的保護(hù)層，位于噴射混凝土襯砌之內(nèi)，其作用在于承擔(dān)部分荷載和提供支撐，分擔(dān)地表和巖體的壓力，增強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止隧道變形、塌方或坍塌，確保隧道的安全運(yùn)行。

二襯結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂病害，會(huì)嚴(yán)重危及隧道安全。通過(guò)加固施工，可修復(fù)和增強(qiáng)二襯結(jié)構(gòu)，提高隧道結(jié)構(gòu)安全性，減少事故風(fēng)險(xiǎn)[1]。進(jìn)行隧道二襯結(jié)構(gòu)加固施工，有助于延長(zhǎng)隧道使用壽命，降低后期維修和更換頻率，從而減少維護(hù)成本。由于隧道二襯結(jié)構(gòu)加固施工涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程等專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù)，加之受地質(zhì)條件、水文條件等因素影響，施工環(huán)境復(fù)雜，因此對(duì)施工方的技術(shù)水平要求較高[2]。基于此，對(duì)高速公路隧道二襯結(jié)構(gòu)開(kāi)裂病害加固施工技術(shù)展開(kāi)研究，旨在為高速公路隧道安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

1 高速公路隧道二襯結(jié)構(gòu)開(kāi)裂病害加固施工

1.1 仰拱加固施工

在隧道段增設(shè)并翻修仰拱施工過(guò)程中，需要先鑿除邊墻混凝土，再進(jìn)行錨桿安裝。錨桿按矩形布置，豎直間距為1.5m。在邊墻加固過(guò)程中，將風(fēng)鉆直接放在腳手架上進(jìn)行分段打孔，打孔深度為150mm。打孔完成后，使用風(fēng)鎬沿裂縫鑿除混凝土。采用螺紋鋼筋進(jìn)行加固，并將鋼筋孔的水平間距控制為350mm。同時(shí)，在邊墻上安裝鋼筋網(wǎng)，并對(duì)仰拱進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑厚度為1500mm。

為提高施工效率，需要注意以下事項(xiàng)：

第一，在埋設(shè)鋼筋的過(guò)程中，可將電鉆鉆頭焊接在風(fēng)鎬釬上。

第二，為方便施工，需要在施工過(guò)程中使用可拼裝和拆卸的腳手架。

第三，在仰拱施工中，當(dāng)交叉跳段開(kāi)挖達(dá)到指定標(biāo)高后，方可開(kāi)始對(duì)仰拱部分進(jìn)行混凝土澆筑。

第四，在開(kāi)挖過(guò)程中，需要巖石開(kāi)挖厚度控制為1420mm。使用風(fēng)鎬進(jìn)行開(kāi)挖，將巖石開(kāi)挖成長(zhǎng)方體凹槽，這樣有利于后續(xù)施工[3]。臨空面逐層開(kāi)挖時(shí)，如果遇到較硬的巖石，可以進(jìn)行淺打孔并添加破除劑，在施工縫附近使用風(fēng)鎬進(jìn)行挖掘。同時(shí)，需要先拆除多余的設(shè)備和材料，清理施工面。之后鋪設(shè)35kg/m的頂梁，并按照施工要求將三根頂梁束設(shè)為一組進(jìn)行施工。根據(jù)設(shè)計(jì)要求測(cè)算高度，如果不符合要求，則需使用木墊板進(jìn)行墊平，以達(dá)到標(biāo)高要求。

此外，經(jīng)施工檢驗(yàn)合格后，需要去除多余的仰拱混凝土。對(duì)于受損的混凝土部分，可以使用纖維混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，插筋強(qiáng)度應(yīng)大于原混凝土強(qiáng)度[4]。車輛通過(guò)開(kāi)挖地段時(shí)，需要由專人測(cè)量撓度等數(shù)據(jù)的變化情況。同時(shí)，在仰拱鋼筋綁扎過(guò)程中，鋼筋接頭需要進(jìn)行雙面搭接焊，確保焊縫長(zhǎng)度和質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 二襯粘貼鋼板

第一，在二襯粘貼鋼板施工中，應(yīng)先對(duì)施工部位進(jìn)行細(xì)致的清潔，確保混凝土基面完全暴露，無(wú)遮蔽。在施工過(guò)程中，要確保基面平整，無(wú)凸起和凹陷，平整度控制在2.3mm/m[5]。若遇到基面不平整的情況，尤其是局部存在坑槽區(qū)域，需要使用改性環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)其平整性。

第二，使用噴砂對(duì)鋼板的黏結(jié)面進(jìn)行打磨，直至表面呈現(xiàn)光澤[6]。在打磨過(guò)程中，確保打磨方向與鋼板受力方向一致，使鋼板的黏結(jié)面粗糙度適中，之后使用棉球蘸取丙酮清潔并濕潤(rùn)鋼板表面。

第三，按照施工現(xiàn)場(chǎng)要求安置錨栓，并控制錨栓之間的距離，同時(shí)對(duì)固定的鋼板進(jìn)行同步鉆孔，在鋼板上涂刷防腐漆。

第四，安裝鋼板，確保鋼板與襯砌緊密貼合，避免局部出現(xiàn)缺陷。

1.3 襯砌背后注漿

第一，在裂縫處噴涂一層樹脂基液，并使用砂漿涂抹鋼板，涂抹總厚度為1.5mm。

第二，對(duì)襯砌基礎(chǔ)面中不同方向的裂縫進(jìn)行注漿[7]。使用注漿機(jī)向襯砌背后壓注水泥漿，壓漿注滿后，等待一段時(shí)間使其沉淀凝固，之后進(jìn)行二次、三次注漿。

第三，一般控制水灰比為0.2∶0.5，具體比例應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。在材料調(diào)配過(guò)程中，需要用到水泥、細(xì)砂、粉煤灰，配合比為水泥1∶細(xì)砂0.5∶粉煤灰0.5。

第四，將壓漿孔設(shè)在拱頂，壓漿孔之間的距離為8m。壓漿壓力控制為0.36MPa，可采用跳槽施工法[8]。

第五，如果出現(xiàn)隧道滲水情況，應(yīng)先確定出水點(diǎn)位置，對(duì)出水點(diǎn)周圍待施工區(qū)域的混凝土表面進(jìn)行清潔，并在出水點(diǎn)位置鑿一個(gè)60mm×60mm×60mm 的正方形槽，并在正方形槽中添加堵漏劑等材料，以堵壓出水點(diǎn)。

第六，如果在施工過(guò)程中發(fā)生特別嚴(yán)重的滲漏水現(xiàn)象，需要埋設(shè)引水槽將水引排到邊溝中。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

折橋至蘭州達(dá)川二級(jí)公路（折達(dá)二級(jí)公路）起點(diǎn)位于臨夏州折橋鎮(zhèn)，與臨夏市西濱河路相接，樁號(hào)為K0+000，終點(diǎn)位于蘭州市西固區(qū)達(dá)川鎮(zhèn)，與國(guó)道G109相接，樁號(hào)為K81+659.2，路線全長(zhǎng)81.586km。折達(dá)二級(jí)公路全線新建構(gòu)造物包括橋梁26 座、隧道8 座，總長(zhǎng)10258m。

部分隧道的二次襯砌邊墻上出現(xiàn)了細(xì)長(zhǎng)的垂直裂縫。這些裂縫可能是地質(zhì)變形、沉降或結(jié)構(gòu)載荷等因素引起的。裂縫寬度和長(zhǎng)度不同，有些很細(xì)小，難以察覺(jué)，另一些較寬，明顯可見(jiàn)。

該工程裂縫處治6144m，粘貼鋼板2414m2，C50 自密實(shí)混凝土使用量為306m3，更換支座277 塊，恢復(fù)18759m2混凝土路面。

根據(jù)實(shí)際施工需求，選擇右線GH142+102 斷面對(duì)二次襯砌邊墻應(yīng)變程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析隧道內(nèi)部應(yīng)力并進(jìn)行信息反饋，繪制彎矩圖，按照最大彎矩值所在單元對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性檢驗(yàn)。規(guī)范加固穩(wěn)定系數(shù)20，如果計(jì)算得到的構(gòu)件測(cè)試加固穩(wěn)定系數(shù)在20以上，說(shuō)明施工效果滿足預(yù)期。

此外，在右線GH142+102 斷面中對(duì)稱布設(shè)鋼筋及位移計(jì)量設(shè)備（見(jiàn)圖1）。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)布置測(cè)量設(shè)備圖

在隧道病害加固工程監(jiān)測(cè)中，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，二襯邊墻應(yīng)變量測(cè)量中設(shè)定監(jiān)測(cè)頻率為15d/次。

根據(jù)圍巖情況，觀察支護(hù)應(yīng)力的變化情況，并通過(guò)測(cè)量圍巖的相對(duì)徑向位移了解應(yīng)力的分布情況，從而評(píng)估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。使用鋼式壓力盒監(jiān)測(cè)隧道加固支護(hù)和二次襯砌的壓力變化情況。基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將壓力作為輸入荷載，通過(guò)模擬分析驗(yàn)證隧道加固安全性。

2.2 結(jié)果分析

對(duì)右線GH142+102 斷面左側(cè)與右側(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，選擇不同的測(cè)點(diǎn)位置，分別為1.5m、3.5m、5.5m，對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行水平作用力與豎直作用力的加載，統(tǒng)計(jì)不同測(cè)點(diǎn)位置的荷載值（見(jiàn)表1）。

表1 右線GH142+102 實(shí)測(cè)模型輸入荷載值

根據(jù)表1，通過(guò)數(shù)值模擬得到隧道的模型彎矩圖，如圖2 所示。

圖2 右線GH142+102 斷面彎矩圖

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，最大彎矩值M=762145N·m。將出現(xiàn)最大軸力值的單元標(biāo)記為A 單元，并對(duì)A 單元截面進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估。A 單元截面的偏心距為130mm，高度為185mm，并根據(jù)截面大小確定偏壓類型。A 單元所在截面的高度185mm，大于有效高度148mm，因此可以確定偏壓類型為小偏壓。通過(guò)對(duì)該小偏壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算，得到加固穩(wěn)定系數(shù)K=22.6，該值大于規(guī)范規(guī)定的加固穩(wěn)定系數(shù)20，說(shuō)明施工后的安全性得到滿足。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)高速公路隧道二襯結(jié)構(gòu)開(kāi)裂病害加固施工技術(shù)進(jìn)行研究，加固效果分析結(jié)果表明，該工程中所應(yīng)用的加固施工技術(shù)，工后效果滿足加固需求，顯著提升了圍巖的穩(wěn)定性，加固整治效果顯著，有一定的參考價(jià)值。未來(lái)，在類似的高速公路隧道二襯結(jié)構(gòu)開(kāi)裂病害加固施工中，需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的周邊地質(zhì)狀況，對(duì)裂縫形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)不同病害成因采用針對(duì)性的隧道加固技術(shù)，在保證加固質(zhì)量的同時(shí)，有效提高加固施工的安全性與效率。