鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在蘭海高速新七道梁隧道襯砌加固中的應(yīng)用研究

趙學(xué)軍

摘要：新七道梁隧道建于2004年，經(jīng)過十余年的安全運(yùn)營，出現(xiàn)了不同程度的病害與缺陷，如襯砌開裂、滲漏水、涂裝脫落、局部厚度不足等病害，給社會(huì)車輛通行造成了一定安全隱患，采用鋼拱架補(bǔ)強(qiáng)，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射C30早強(qiáng)混凝土來加固襯砌。鋼拱架加固技術(shù)是隧道加固中運(yùn)用諸多的技術(shù)，而拱架支撐則是一個(gè)比較重要的工序，其作用是不可替代的，型鋼拱架的施工只要不侵入凈空界限造成二次安全隱患，型鋼拱架加固技術(shù)在隧道加固中可廣泛使用。因此在隧道加固中不斷去研究和探討型鋼支撐技術(shù)，讓這項(xiàng)技術(shù)更加熟練、簡便、經(jīng)濟(jì)、有效。

關(guān)鍵詞：新七道梁隧道;鋼拱架;隧道加固工程;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU746.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展帶動(dòng)著交通運(yùn)輸業(yè)不斷壯大，年久的隧道病害不斷增加且越來越嚴(yán)重，急需加固處治;而在隧道加固中鋼骨架支撐很大的提高了加固質(zhì)量和襯砌耐久性、整體性且工藝簡捷、可操作性強(qiáng)、質(zhì)量安全可靠，這就讓很多隧道發(fā)現(xiàn)存在襯砌厚度不足、破損處治等病害后，方案比選時(shí)優(yōu)先選擇的方案。

1 鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)

1.1 原理

鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是在原隧道襯砌存在厚度不足、破損嚴(yán)重、偶有掉塊且裂縫產(chǎn)生密集區(qū)和局部滲水采用鋼拱架補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù);鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)原理是緊貼原二襯內(nèi)壁安裝鋼骨架，對侵入界限處鑿槽順接型鋼，讓鋼拱架環(huán)向連接傳遞拱頂圍巖壓力及襯砌和型鋼自重;型鋼縱向采用?22的鋼筋連接，型鋼內(nèi)壁掛設(shè)?16的鋼筋網(wǎng)，噴射C30早強(qiáng)混凝土，掛?3鉛絲網(wǎng)片采用聚合物砂漿找平，這樣的加固方案讓原有襯砌和新加固的襯砌形成一體共同受力。

1.2 技術(shù)要點(diǎn)

首先鋼拱架套襯在襯砌加固中有極強(qiáng)的承載力和耐久性，施工期間重點(diǎn)把握以下幾個(gè)方面，加固段落應(yīng)對裂縫進(jìn)行詳細(xì)處治，降低裂縫發(fā)展速度;型鋼安裝前對原襯砌表面進(jìn)行鑿毛，可選用機(jī)械鑿毛和人工補(bǔ)鑿遺漏點(diǎn)，讓新舊混凝土完全粘合，防止局部遺漏使新舊混凝土產(chǎn)生離層，持力不均勻;型鋼安裝中應(yīng)緊貼原襯砌表面，局部凹陷處可提前采用抗硫砂漿修復(fù)平整;掛設(shè)鋼筋網(wǎng)后噴射混凝土期間應(yīng)嚴(yán)查噴射空洞，及時(shí)補(bǔ)噴。

2 鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在蘭海高速新七道梁隧道中的應(yīng)用

2.1 施工準(zhǔn)備工作

在施工之前，需現(xiàn)場勘測施工段落半徑，確保型鋼加工弧度滿足現(xiàn)場實(shí)際要求且在施工中是否存在機(jī)電設(shè)施干擾鋼拱架安裝情況;確定原襯砌存在開裂、掉塊、滲水等病害數(shù)量，做到有準(zhǔn)備有計(jì)劃性施工。

2.2 裂縫處治

2.2.1 表面封閉法

對于寬度≤0.2 mm的獨(dú)立裂縫采用表面封閉法處治，裂縫封閉前，必須從上而下將兩側(cè)5 cm 范圍內(nèi)的灰塵、浮漿處理干凈，然后使用高壓空氣吹洗干凈，不讓灰渣阻塞，然后用丙酮擦洗，清楚裂縫周圍的油污，清洗時(shí)應(yīng)注意不要將裂縫堵塞。裂縫封閉時(shí)，從上至下沿裂縫涂抹封縫膠，涂抹寬度2～3 cm，厚度為2 mm，涂刷沿縫順直涂刷，保證涂刷后的表面美觀。

2.2.2 低壓注膠

寬度在0.3～0.5 mm 的靜止獨(dú)立裂縫、貫穿性裂縫，以一定壓力將低粘度、高強(qiáng)度的裂縫修補(bǔ)膠注入裂縫內(nèi)，根據(jù)裂縫形式可以采用騎縫注膠或斜縫注膠，具體步驟：（1）施工前對裂縫的數(shù)量、長度及寬度，在襯砌上進(jìn)行標(biāo)注，據(jù)此進(jìn)行注膠材料配量、埋嘴、注膠等方面的具體安排。（2）在裂縫表面進(jìn)行騎縫鉆孔，作為注膠導(dǎo)向孔。沿裂縫走向鉆孔，孔深15 cm，孔徑8 mm，孔距30～40 cm。（3）所有孔眼使用高壓空氣吹洗干凈，不讓灰渣阻塞，之后沿裂縫從上而下將兩側(cè)5 cm范圍內(nèi)的灰塵、浮漿處理干凈，然后用丙酮擦洗，清除裂縫周圍的油污，清洗時(shí)應(yīng)注意不將裂縫堵塞。（4）粘貼注膠嘴底座的鐵銹必須除凈，并用丙酮擦洗干凈，然后將環(huán)氧膠類泥均勻的抹在底盤周圍，厚度1～2 mm，與孔眼對準(zhǔn)粘貼在裂縫上。注膠嘴的間距根據(jù)縫長及縫寬以30～40 cm 為宜，一般寬縫可稀，窄縫宜密，每一道裂縫至少須各有一個(gè)進(jìn)漿孔和排氣孔。注膠孔眼必須對中保證導(dǎo)流暢通，注膠嘴應(yīng)粘貼牢靠，四周抹成魚脊?fàn)钸M(jìn)行封閉。（5）對于裂縫寬度b>0.5 mm 的情況，為使混凝土縫隙完全充滿漿液，并保持壓力，同時(shí)又保證漿液不大量外滲，可沿縫用人工或風(fēng)鎬鑿成“V”形槽，寬度約15 mm，深15 mm，回填聚合物砂漿進(jìn)行封閉。（6）裂縫封閉帶硬化后，需進(jìn)行壓氣試驗(yàn)，以檢查封閉帶是否封嚴(yán)。壓縮氣體通過注膠嘴，氣壓控制在0.1～0.3MPa，在封閉帶上及注膠嘴周圍可涂上肥皂水，如封閉帶上有泡沫出現(xiàn)，說明該部位漏氣，對漏氣部位應(yīng)再次封閉。壓氣試驗(yàn)對于環(huán)、斜向裂縫可從下向上進(jìn)行，水平向裂縫由低端往高端進(jìn)行。（7）灌注裂縫采用空氣泵壓注法，壓漿罐與注膠嘴用聚氯乙烯高壓透明管連接，連接嚴(yán)密，不漏氣。在注膠過程中重點(diǎn)控制壓力，裂縫寬度較大的，如果進(jìn)漿通暢時(shí)，壓力控制在0.1 MPa 以內(nèi)，如果裂縫進(jìn)漿不暢，可把泵壓控制在0.3 MPa 以內(nèi)。（8）對于環(huán)向裂縫由下向上逐漸壓注，從一端開始壓漿后，另一端的注漿嘴在排除裂縫內(nèi)的氣體后噴出漿液與壓入的漿液濃度相同時(shí)，可停止壓漿，在保持壓力下封堵注膠嘴。（9）對于已注膠完的裂縫，待膠液聚合固化后將注膠嘴拆除，并將粘貼注膠嘴處用聚合物砂漿材料抹平，確保封閉嚴(yán)實(shí)。（10）注膠工作完畢后，用壓縮空氣將壓漿罐和注漿管中殘夜吹凈，并用丙酮沖洗管路及工具，以備下次使用。

服役時(shí)間較長的隧道內(nèi)的豎向裂縫大部分在施工縫附近，縱斜向裂紋沿隧道側(cè)墻延伸較大，基本為微裂縫[1]，這是所有年久隧道都存在的病害。

對施工段落存在的裂縫進(jìn)行注膠處治，施工工序總體為，注膠前先打磨裂縫表面涂裝，采用空壓機(jī)將表面灰塵吹干凈，黏貼注膠嘴、間距30～40 cm為宜，再封閉裂縫，注膠期間壓力控制在0.3 MPa以內(nèi)。

2.3 型鋼加工及安裝

2.3.1 型鋼加工

型鋼加工應(yīng)選用數(shù)控機(jī)床加工，根據(jù)現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)，輸入型鋼外弧線半徑，勻速彎折，以達(dá)到型鋼外弧線于隧道原有襯砌內(nèi)壁弧線完全一致，型鋼加工中因單根長度過長，不宜施工，可將型鋼分段加工，對加工成形的型鋼進(jìn)行嚴(yán)格的編號(hào)，在開工初期對加工好的型鋼首先進(jìn)行試拼，待襯砌按照設(shè)計(jì)鑿除并對裂縫處理完成后，立即進(jìn)行截面拼裝。而在截面拼裝型鋼時(shí)，要求型鋼外邊緣能緊貼襯砌，這就對加工技術(shù)和型鋼試拼技術(shù)有著較高的要求。

2.3.2 型鋼安裝

型鋼現(xiàn)場安裝施工應(yīng)先安裝側(cè)腿再安裝拱頂段，安裝前先用紅外線儀將型鋼軸線定測，確保型鋼安裝后于隧道中心線垂直，且嚴(yán)格測量中心線位于拱腰處型鋼內(nèi)邊不得侵入凈空界面，對影響凈空限界的應(yīng)進(jìn)行基面修整，局部基面修整后，必須采用空壓機(jī)對槽內(nèi)浮渣及灰塵吹凈，且對裂縫進(jìn)行處治。型鋼中心線于隧道中心線垂直宜于型鋼縱向鋼筋的連接施工，在中心線兩側(cè)根據(jù)型鋼寬度打眼植筋，植筋后需24 h后方可受力;型鋼安裝時(shí)應(yīng)將型鋼中心與所放型鋼軸線重合，然后在植筋端頭扣緊鋼卡片，待同一環(huán)型鋼段全部安裝到位后，將型鋼拱架半徑、弧長根據(jù)監(jiān)測資料適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整[2]，再擰緊所有高強(qiáng)螺帽，確保型鋼于襯砌密貼;為保證型鋼能形成一個(gè)整體，還需將相鄰型鋼縱向連接，使型鋼形成一個(gè)拱架，做到整體受力，且鋼架安裝后中線允許誤差±3 cm，高程允許誤差±3 cm[3]，型鋼縱向連接鋼筋采用單面焊10 d，縱向連接鋼筋表面應(yīng)低于型鋼內(nèi)表面12 mm，以便于下道工序鋼筋網(wǎng)掛設(shè)和縱向連接鋼筋形成一個(gè)整體。

2.4 鋼筋網(wǎng)掛設(shè)

鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)中鋼筋網(wǎng)的作用主要是增加襯砌強(qiáng)度，降低混凝土日久開裂的性能，同時(shí)鋼筋網(wǎng)還有個(gè)輔助作用，那就是在噴射混凝土?xí)r讓混凝土能更好的黏貼在原有襯砌表面，降低混凝土回彈率的作用。

鋼筋網(wǎng)掛設(shè)施工時(shí)應(yīng)先將?12的環(huán)向鋼筋緊貼縱向連接鋼筋綁扎牢固，間距宜為10～15 cm，再將鋼筋網(wǎng)縱向鋼筋布設(shè)于環(huán)向鋼筋與型鋼表面，縱向鋼筋于型鋼交叉處采用單面焊，與環(huán)向鋼筋梅花式綁扎牢固。

2.5 噴射早強(qiáng)混凝土施工

混凝土施工是難度較大的一個(gè)工序，在這個(gè)工序中混凝土配比較為關(guān)鍵，水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥;粗骨料選用堅(jiān)硬耐久的碎石，粒徑不宜大于10 mm，當(dāng)使用堿性速凝劑時(shí)，不得使用含有活性二氧化硅的石料;細(xì)骨料應(yīng)選用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)宜大于2.5。噴射混凝土的拌合用水和養(yǎng)護(hù)用水應(yīng)符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ63的規(guī)定。噴射混凝土速凝劑的水泥凈漿初凝不應(yīng)大于3 min，終凝不應(yīng)大于12 min;加速凝劑的噴射混凝土試件28 d強(qiáng)度不應(yīng)低于不加速凝劑強(qiáng)度的90%;噴射混凝土環(huán)境溫度不宜低于5 ℃。

噴射早強(qiáng)混凝土的難點(diǎn)，施工期間噴射機(jī)經(jīng)常堵塞，影響施工進(jìn)度;混凝土中水的用量難以控制，影響了混凝土強(qiáng)度;噴射后表面不平且回彈量較大[4]。

本工程噴射混凝土配比為：水泥495 kg/m3，粗集料802 kg/m3，細(xì)集料835 kg/m3，拌合水218 kg/m3，速凝劑24.75 kg/m3。

噴射混凝土施工前應(yīng)在原襯砌表面噴灑界面劑，增強(qiáng)新舊混凝土良好連接;為保障施工順利進(jìn)行應(yīng)對施工設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查并試噴，6人一組，噴射手1名，噴漿機(jī)上料3名，填速凝劑1名，輔助噴射手1名，噴射混凝土班組人員應(yīng)相互協(xié)同、技術(shù)熟練，特別是碰射手的技術(shù)直接決定著噴射混凝土的質(zhì)量，速度、厚度及回彈率大小，噴射混凝土回彈物不得重新用于噴射混凝土材料。噴射混凝土期間現(xiàn)場工程師應(yīng)及時(shí)檢查噴射混凝土質(zhì)量，有無空洞，漏噴，厚度不一致，局部侵入界限現(xiàn)象發(fā)生，發(fā)現(xiàn)有空洞應(yīng)立即鏟除重噴，直至噴射混凝土密實(shí)為止;發(fā)現(xiàn)存在漏噴及厚度不一致處，應(yīng)立即補(bǔ)噴;發(fā)現(xiàn)拱腰處局部有侵入界限發(fā)生，應(yīng)立即停止噴射施工，將侵入界限點(diǎn)鏟平，防止巡查員遺漏，造成混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后無法鑿除，噴射混凝土厚度可采用雷達(dá)檢測儀實(shí)時(shí)監(jiān)控，施工中可每10 m 檢查一個(gè)斷面，每個(gè)斷面從拱頂中線起每3 m 檢查1點(diǎn)來控制施工厚度。

2.6 鋼拱架套襯表面找平及養(yǎng)生

噴射混凝土完成后局部存在凹凸不平的現(xiàn)象，在混凝土表面掛?3鉛絲網(wǎng)片采用聚合物砂漿找平，掛設(shè)鉛絲網(wǎng)時(shí)可用錨釘掛設(shè)，錨釘間距宜為15 cm，聚合物砂漿找平在噴射混凝土完成后24 h內(nèi)完成，防止混凝土表面被灰塵污染，造成兩次施工分層脫皮、掉塊，給社會(huì)車輛造成安全隱患。

混凝土養(yǎng)生工序是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，養(yǎng)生期間應(yīng)在施工斷面掛設(shè)溫度計(jì)，觀測溫度，溫度過低時(shí)減少養(yǎng)生次數(shù)，溫度適宜時(shí)，早中晚由專人養(yǎng)生各一次，保障混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3 施工中要注意的問題

目前鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在很多地方均用于年久失修的隧道加固中，然而隧道加固采用鋼拱架支撐技術(shù)需注意以下幾個(gè)問題：首先是型鋼安裝時(shí)在拱腰部位測量垂直高度，在混凝土施工完成后是否存在傾入界限;再次是型鋼拱架和原襯砌混凝土采用植入高強(qiáng)螺栓，夾片配合錨固型鋼時(shí)，根據(jù)原隧道圖紙確定襯砌厚度，注意植筋的有效深度應(yīng)大于10 cm，且又不打穿防水板，造成新的滲水病害。

4 結(jié)論

對老隧道開展加固施工的時(shí)候，優(yōu)選方案采用鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)來處治隧道襯砌厚度不足、局部破損、開裂、滲水等病害;就鋼拱架套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)而言，比起臺(tái)車模筑混凝土要成本低，很大空間上提高了施工速度且在安全方面安全系數(shù)也較高，混凝土內(nèi)部采用鋼支撐的技術(shù)，大步提升了混凝土質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 李喜鋒，桑樹坪2號(hào)隧道拱架加固及噴射砼施工難點(diǎn)及對策[J].西鐵科技，2010（4）：19-20.