運營公路隧道襯砌病害整治輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼技術(shù)研究

廖岳泰

（甘肅省公路交通建設(shè)集團有限公司，甘肅 蘭州 7300300）

0 引言

隨著我國運營公路隧道里程及運營時間不斷增加，受地質(zhì)、建筑材料、設(shè)計、施工、運營等各種因素影響[1-2]，運營隧道病害問題日益突出，部分隧道結(jié)構(gòu)性病害已對洞內(nèi)行車安全造成較大影響，亟待整治。在隧道凈空允許的情況下，可以通過輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼技術(shù)來加固襯砌，阻止既有襯砌的進一步開裂變形，達到徹底整治襯砌結(jié)構(gòu)性病害的目的[3]。本文從適用條件、施工難度、加固效果和經(jīng)濟性等方面分析對比輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固技術(shù)，以期為今后運營公路隧道病害整治過程中科學合理的選擇處治方案提供借鑒。

1 輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固方案介紹

1.1 輕軌套襯加固

輕軌套襯加固是在既有襯砌內(nèi)表面架設(shè)輕型鋼軌（縱向間距視病害嚴重程度可設(shè)置為0.5～1.0m），在鋼軌上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，然后噴射鋼纖維混凝土形成套拱，達到襯砌結(jié)構(gòu)加固的目的，輕軌套襯結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1。該方案中根據(jù)隧道凈空情況選擇輕型鋼軌（一般采用國標Q55 15號輕型鋼軌），輕軌節(jié)段之間采用Q235鋼墊板及高強螺栓連接，鋼軌頂腹板設(shè)Φ12鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)孔20cm×20cm，鋼筋網(wǎng)與鋼軌焊接或與鋼軌預(yù)焊接的鋼筋連接件綁扎牢固。主要施工工序為：襯砌裂縫處治→襯砌鑿毛→電纜槽拆除→輕軌架設(shè)→鎖腳錨管打設(shè)→恢復(fù)電纜槽→鋼筋網(wǎng)片掛設(shè)→噴射混凝土→恢復(fù)涂裝。

1.2 掛網(wǎng)噴砼加固

掛網(wǎng)噴砼加固是在原有襯砌植入注射式膠黏型錨栓，在錨栓上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，然后噴射鋼纖維混凝土形成套拱，達到襯砌結(jié)構(gòu)加固的目的，掛網(wǎng)噴砼結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖2。該方案中錨栓一般采用Φ12粘結(jié)模擴底錨栓或特殊倒錐形化學錨栓，要求有效錨固深度hef≥10cm，錨栓外露長度不小于70mm（與鋼筋網(wǎng)有效連接），錨栓間距60cm×60cm梅花型布置；待錨栓完成并經(jīng)過驗收合格后，掛設(shè)Φ12鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)片間距20cm×20cm，鋼筋網(wǎng)與錨栓采用鐵絲交叉綁扎牢固或點焊牢固。主要施工工序為：襯砌裂縫處治→襯砌鑿毛→植入錨栓→鋼筋網(wǎng)片掛設(shè)→噴射混凝土→恢復(fù)涂裝。

2 輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固技術(shù)對比

2.1 適用條件

輕軌套襯加固適用于既有襯砌厚度較原設(shè)計厚度嚴重不足，且裂損嚴重，或襯砌大面積劣化剝落、隧道結(jié)構(gòu)承載力不足病害的整治，亦可作為嚴重滲漏水的處治措施。

掛網(wǎng)噴砼加固適用于既有襯砌厚度較原設(shè)計厚度一般不足，襯砌局部裂損，但結(jié)構(gòu)尚未喪失承載能力的襯砌病害整治。

但輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固的截面較厚，要求隧道有必要的凈空富余，以防止侵入建筑限界。當隧道斷面限界富裕小時，須適當鑿除既有二襯混凝土，鑿除厚度不應(yīng)大于既有襯砌厚度的1/3，否則將危及襯砌結(jié)構(gòu)安全。

2.2 施工難度

圖1 輕軌套襯加固結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖2 掛網(wǎng)噴砼結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

與掛網(wǎng)噴砼加固相比，輕軌套襯加固施工工序更加繁雜，質(zhì)量、安全控制點相應(yīng)增多。1）要對每榀輕軌打設(shè)鎖腳錨管并注漿。2）輕軌節(jié)段拼裝精細化要求較高。為防止隧道因施工原因或經(jīng)多年運營發(fā)生受力變形，斷面較標準斷面有所變化，輕軌節(jié)段加工前需提前對處治段落進行斷面復(fù)測，并根據(jù)所測數(shù)據(jù)在輕軌節(jié)段加工中進行曲線擬合，確保輕軌最大限度密貼既有襯砌。3）輕軌自重較大，為提高輕軌套襯受力可靠性，輕軌安裝前需拆除已施工的電纜槽，將輕軌落腳于堅實的混凝土基礎(chǔ)上。4）輕軌拼裝完成后，為加強輕軌之間及輕軌與原有襯砌之間的聯(lián)系，達到更好受力效果，各榀輕軌之間需等間距設(shè)置縱向連接筋，并在每榀輕軌環(huán)向等間距打設(shè)U型抱箍筋，U型抱箍筋采用植筋方式植入襯砌，深度一般不小于16cm。

2.3 加固效果

輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固對隧道結(jié)構(gòu)承載力的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：首先，受加固材料剛度的影響，采用不同的材料進行受損襯砌加固時，結(jié)構(gòu)的承載能力各不相同；其次，受加固范圍的影響，加固范圍的大小直接影響結(jié)構(gòu)最終破壞時的形式、內(nèi)力分布。

掛網(wǎng)噴砼整治段落襯砌混凝土內(nèi)部往往已產(chǎn)生較密集的較寬或毛細裂縫，裂縫局部分割襯砌混凝土而降低病害塊體的整體性。掛網(wǎng)噴砼加固前，已采用壓力注膠方式對較寬裂縫進行處治，而噴射混凝土由于噴射壓力的作用使?jié){料嵌入裂縫，將襯砌表面裂縫粘結(jié)閉合，從而增強病害段襯砌結(jié)構(gòu)的整體性。同時，掛網(wǎng)噴砼加固中鋼筋網(wǎng)片的設(shè)置能有效防止收縮裂紋，對襯砌結(jié)構(gòu)的整體性和抗沖切能力也有所提高。噴層以及噴層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)優(yōu)勢互補，對增加裂損襯砌的剛度、穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)承載力的效果顯著[4]。

輕軌套襯加固方案包含鋼筋網(wǎng)片和噴射混凝土，除以上掛網(wǎng)噴砼加固效果外，由于增設(shè)輕型鋼軌，內(nèi)襯-鋼軌加固結(jié)構(gòu)自身具有較大的剛度，能夠承受彎矩和軸力的作用，因此能夠進一步提高隧道結(jié)構(gòu)的承載力。此外，輕軌套襯加固方案中輕型鋼軌、鋼筋網(wǎng)片、縱向連接筋及U型抱箍筋的連接設(shè)計，使噴射混凝土和輕型鋼軌均能同時發(fā)揮最大作用，避免在輕型鋼軌處內(nèi)襯開裂。

2.4 經(jīng)濟對比

以某高速公路運營隧道維修加固經(jīng)驗，將輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固方案每延米主要材料進行經(jīng)濟比較，結(jié)果見表1。

表1 輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固方案每延米主要材料經(jīng)濟比較

從表1可以看出，在標準相同的條件下，每延米工程量輕軌套襯加固方案主要材料價格高出掛網(wǎng)噴砼將近3000元。高出價格主要體現(xiàn)在輕軌套襯加固方案中增加了大量的輕型鋼軌、縱向連接筋及鎖腳鋼管。

3 結(jié)論

通過上述比較可以得出，輕軌套襯加固處治施工完成后結(jié)構(gòu)整體受力較好，對襯砌病害處治效果更加顯著，可靠性也更強，但施工工序繁雜，施工難度較大，施工中需對原電纜槽拆除重建，電纜槽內(nèi)已敷設(shè)的光纜、消防管道等也需進行保護，施工周期更長，造價更高。

掛網(wǎng)噴砼加固工序較為簡單，較輕軌套襯加固施工周期短，施工難度小，工程造價也較低，但對植錨栓施工質(zhì)量要求較高，掛網(wǎng)噴砼加固受錨栓化學膠液使用壽命影響，其耐久性仍需通過后期運營中長期觀察確定。

4 結(jié)語

隧道襯砌病害輕軌套襯和掛網(wǎng)噴砼方案在實際施工中的選用與襯砌病害程度緊密相關(guān)[5-6]，需結(jié)合表觀病害和襯砌雷達檢測、鉆芯取樣等檢測手段，綜合分析病害成因，科學合理選用。