| 标题 | 钢拱架套衬补强技术在兰海高速新七道梁隧道衬砌加固中的应用研究 |
| 范文 | 赵学军 摘要：新七道梁隧道建于2004年，经过十余年的安全运营，出现了不同程度的病害与缺陷，如衬砌开裂、渗漏水、涂装脱落、局部厚度不足等病害，给社会车辆通行造成了一定安全隐患，采用钢拱架补强，挂设钢筋网、喷射C30早强混凝土来加固衬砌。钢拱架加固技术是隧道加固中运用诸多的技术，而拱架支撑则是一个比较重要的工序，其作用是不可替代的，型钢拱架的施工只要不侵入净空界限造成二次安全隐患，型钢拱架加固技术在隧道加固中可广泛使用。因此在隧道加固中不断去研究和探讨型钢支撑技术，让这项技术更加熟练、简便、经济、有效。 关键词：新七道梁隧道;钢拱架;隧道加固工程;应用 中图分类号：TU746.3 文献标志码：A 0 引言 社会经济的迅速发展带动着交通运输业不断壮大，年久的隧道病害不断增加且越来越严重，急需加固处治;而在隧道加固中钢骨架支撑很大的提高了加固质量和衬砌耐久性、整体性且工艺简捷、可操作性强、质量安全可靠，这就让很多隧道发现存在衬砌厚度不足、破损处治等病害后，方案比选时优先选择的方案。 1 钢拱架套衬补强技术 1.1 原理 钢拱架套衬补强技术是在原隧道衬砌存在厚度不足、破损严重、偶有掉块且裂缝产生密集区和局部渗水采用钢拱架补强加固技术;钢拱架套衬补强原理是紧贴原二衬内壁安装钢骨架，对侵入界限处凿槽顺接型钢，让钢拱架环向连接传递拱顶围岩压力及衬砌和型钢自重;型钢纵向采用?22的钢筋连接，型钢内壁挂设?16的钢筋网，喷射C30早强混凝土，挂?3铅丝网片采用聚合物砂浆找平，这样的加固方案让原有衬砌和新加固的衬砌形成一体共同受力。 1.2 技术要点 首先钢拱架套衬在衬砌加固中有极强的承载力和耐久性，施工期间重点把握以下几个方面，加固段落应对裂缝进行详细处治，降低裂缝发展速度;型钢安装前对原衬砌表面进行凿毛，可选用机械凿毛和人工补凿遗漏点，让新旧混凝土完全粘合，防止局部遗漏使新旧混凝土产生离层，持力不均匀;型钢安装中应紧贴原衬砌表面，局部凹陷处可提前采用抗硫砂浆修复平整;挂设钢筋网后喷射混凝土期间应严查喷射空洞，及时补喷。 2 钢拱架套衬补强技术在兰海高速新七道梁隧道中的应用 2.1 施工准备工作 在施工之前，需现场勘测施工段落半径，确保型钢加工弧度满足现场实际要求且在施工中是否存在机电设施干扰钢拱架安装情况;确定原衬砌存在开裂、掉块、渗水等病害数量，做到有准备有计划性施工。 2.2 裂缝处治 2.2.1 表面封闭法 对于宽度≤0.2 mm的独立裂缝采用表面封闭法处治，裂缝封闭前，必须从上而下将两侧5 cm 范围内的灰尘、浮浆处理干净，然后使用高压空气吹洗干净，不让灰渣阻塞，然后用丙酮擦洗，清楚裂缝周围的油污，清洗时应注意不要将裂缝堵塞。裂缝封闭时，从上至下沿裂缝涂抹封缝胶，涂抹宽度2～3 cm，厚度为2 mm，涂刷沿缝顺直涂刷，保证涂刷后的表面美观。 2.2.2 低压注胶 宽度在0.3～0.5 mm 的静止独立裂缝、贯穿性裂缝，以一定压力将低粘度、高强度的裂缝修补胶注入裂缝内，根据裂缝形式可以采用骑缝注胶或斜缝注胶，具体步骤：（1）施工前对裂缝的数量、长度及宽度，在衬砌上进行标注，据此进行注胶材料配量、埋嘴、注胶等方面的具体安排。（2）在裂缝表面进行骑缝钻孔，作为注胶导向孔。沿裂缝走向钻孔，孔深15 cm，孔径8 mm，孔距30～40 cm。（3）所有孔眼使用高压空气吹洗干净，不让灰渣阻塞，之后沿裂缝从上而下将两侧5 cm范围内的灰尘、浮浆处理干净，然后用丙酮擦洗，清除裂缝周围的油污，清洗时应注意不将裂缝堵塞。（4）粘贴注胶嘴底座的铁锈必须除净，并用丙酮擦洗干净，然后将环氧胶类泥均匀的抹在底盘周围，厚度1～2 mm，与孔眼对准粘贴在裂缝上。注胶嘴的间距根据缝长及缝宽以30～40 cm 为宜，一般宽缝可稀，窄缝宜密，每一道裂缝至少须各有一个进浆孔和排气孔。注胶孔眼必须对中保证导流畅通，注胶嘴应粘贴牢靠，四周抹成鱼脊状进行封闭。（5）对于裂缝宽度b>0.5 mm 的情况，为使混凝土缝隙完全充满浆液，并保持压力，同时又保证浆液不大量外渗，可沿缝用人工或风镐凿成“V”形槽，寬度约15 mm，深15 mm，回填聚合物砂浆进行封闭。（6）裂缝封闭带硬化后，需进行压气试验，以检查封闭带是否封严。压缩气体通过注胶嘴，气压控制在0.1～0.3MPa，在封闭带上及注胶嘴周围可涂上肥皂水，如封闭带上有泡沫出现，说明该部位漏气，对漏气部位应再次封闭。压气试验对于环、斜向裂缝可从下向上进行，水平向裂缝由低端往高端进行。（7）灌注裂缝采用空气泵压注法，压浆罐与注胶嘴用聚氯乙烯高压透明管连接，连接严密，不漏气。在注胶过程中重点控制压力，裂缝宽度较大的，如果进浆通畅时，压力控制在0.1 MPa 以内，如果裂缝进浆不畅，可把泵压控制在0.3 MPa 以内。（8）对于环向裂缝由下向上逐渐压注，从一端开始压浆后，另一端的注浆嘴在排除裂缝内的气体后喷出浆液与压入的浆液浓度相同时，可停止压浆，在保持压力下封堵注胶嘴。（9）对于已注胶完的裂缝，待胶液聚合固化后将注胶嘴拆除，并将粘贴注胶嘴处用聚合物砂浆材料抹平，确保封闭严实。（10）注胶工作完毕后，用压缩空气将压浆罐和注浆管中残夜吹净，并用丙酮冲洗管路及工具，以备下次使用。 服役时间较长的隧道内的竖向裂缝大部分在施工缝附近，纵斜向裂纹沿隧道侧墙延伸较大，基本为微裂缝[1]，这是所有年久隧道都存在的病害。 对施工段落存在的裂缝进行注胶处治，施工工序总体为，注胶前先打磨裂缝表面涂装，采用空压机将表面灰尘吹干净，黏贴注胶嘴、间距30～40 cm为宜，再封闭裂缝，注胶期间压力控制在0.3 MPa以内。 2.3 型钢加工及安装 2.3.1 型钢加工 型钢加工应选用数控机床加工，根据现场勘测数据，输入型钢外弧线半径，匀速弯折，以达到型钢外弧线于隧道原有衬砌内壁弧线完全一致，型钢加工中因单根长度过长，不宜施工，可将型钢分段加工，对加工成形的型钢进行严格的编号，在开工初期对加工好的型钢首先进行试拼，待衬砌按照设计凿除并对裂缝处理完成后，立即进行截面拼装。而在截面拼装型钢时，要求型钢外边缘能紧贴衬砌，这就对加工技术和型钢试拼技术有着较高的要求。 2.3.2 型钢安装 型钢现场安装施工应先安装侧腿再安装拱顶段，安装前先用红外线仪将型钢轴线定测，确保型钢安装后于隧道中心线垂直，且严格测量中心线位于拱腰处型钢内边不得侵入净空界面，对影响净空限界的应进行基面修整，局部基面修整后，必须采用空压机对槽内浮渣及灰尘吹净，且对裂缝进行处治。型钢中心线于隧道中心线垂直宜于型钢纵向钢筋的连接施工，在中心线两侧根据型钢宽度打眼植筋，植筋后需24 h后方可受力;型钢安装时应将型钢中心与所放型钢轴线重合，然后在植筋端头扣紧钢卡片，待同一环型钢段全部安装到位后，将型钢拱架半径、弧长根据监测资料适当进行调整[2]，再拧紧所有高强螺帽，确保型钢于衬砌密贴;为保证型钢能形成一个整体，还需将相邻型钢纵向连接，使型钢形成一个拱架，做到整体受力，且钢架安装后中线允许误差±3 cm，高程允许误差±3 cm[3]，型钢纵向连接钢筋采用单面焊10 d，纵向连接钢筋表面应低于型钢内表面12 mm，以便于下道工序钢筋网挂设和纵向连接钢筋形成一个整体。 2.4 钢筋网挂设 钢拱架套衬补强技术中钢筋网的作用主要是增加衬砌强度，降低混凝土日久开裂的性能，同时钢筋网还有个辅助作用，那就是在喷射混凝土时让混凝土能更好的黏贴在原有衬砌表面，降低混凝土回弹率的作用。 钢筋网挂设施工时应先将?12的环向钢筋紧贴纵向连接钢筋绑扎牢固，间距宜为10～15 cm，再将钢筋网纵向钢筋布设于环向钢筋与型钢表面，纵向钢筋于型钢交叉处采用单面焊，与环向钢筋梅花式绑扎牢固。 2.5 喷射早强混凝土施工 混凝土施工是难度较大的一个工序，在这个工序中混凝土配比较为关键，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥;粗骨料选用坚硬耐久的碎石，粒徑不宜大于10 mm，当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石料;细骨料应选用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5。喷射混凝土的拌合用水和养护用水应符合《混凝土用水标准》JGJ63的规定。喷射混凝土速凝剂的水泥净浆初凝不应大于3 min，终凝不应大于12 min;加速凝剂的喷射混凝土试件28 d强度不应低于不加速凝剂强度的90%;喷射混凝土环境温度不宜低于5 ℃。 喷射早强混凝土的难点，施工期间喷射机经常堵塞，影响施工进度;混凝土中水的用量难以控制，影响了混凝土强度;喷射后表面不平且回弹量较大[4]。 本工程喷射混凝土配比为：水泥495 kg/m3，粗集料802 kg/m3，细集料835 kg/m3，拌合水218 kg/m3，速凝剂24.75 kg/m3。 喷射混凝土施工前应在原衬砌表面喷洒界面剂，增强新旧混凝土良好连接;为保障施工顺利进行应对施工设备进行详细检查并试喷，6人一组，喷射手1名，喷浆机上料3名，填速凝剂1名，辅助喷射手1名，喷射混凝土班组人员应相互协同、技术熟练，特别是碰射手的技术直接决定着喷射混凝土的质量，速度、厚度及回弹率大小，喷射混凝土回弹物不得重新用于喷射混凝土材料。喷射混凝土期间现场工程师应及时检查喷射混凝土质量，有无空洞，漏喷，厚度不一致，局部侵入界限现象发生，发现有空洞应立即铲除重喷，直至喷射混凝土密实为止;发现存在漏喷及厚度不一致处，应立即补喷;发现拱腰处局部有侵入界限发生，应立即停止喷射施工，将侵入界限点铲平，防止巡查员遗漏，造成混凝土达到一定强度后无法凿除，喷射混凝土厚度可采用雷达检测仪实时监控，施工中可每10 m 检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3 m 检查1点来控制施工厚度。 2.6 钢拱架套衬表面找平及养生 喷射混凝土完成后局部存在凹凸不平的现象，在混凝土表面挂?3铅丝网片采用聚合物砂浆找平，挂设铅丝网时可用锚钉挂设，锚钉间距宜为15 cm，聚合物砂浆找平在喷射混凝土完成后24 h内完成，防止混凝土表面被灰尘污染，造成两次施工分层脱皮、掉块，给社会车辆造成安全隐患。 混凝土养生工序是保证混凝土质量的关键环节，养生期间应在施工断面挂设温度计，观测温度，温度过低时减少养生次数，温度适宜时，早中晚由专人养生各一次，保障混凝土达到设计强度。 3 施工中要注意的问题 目前钢拱架套衬补强技术在很多地方均用于年久失修的隧道加固中，然而隧道加固采用钢拱架支撑技术需注意以下几个问题：首先是型钢安装时在拱腰部位测量垂直高度，在混凝土施工完成后是否存在倾入界限;再次是型钢拱架和原衬砌混凝土采用植入高强螺栓，夹片配合锚固型钢时，根据原隧道图纸确定衬砌厚度，注意植筋的有效深度应大于10 cm，且又不打穿防水板，造成新的渗水病害。 4 结论 对老隧道开展加固施工的时候，优选方案采用钢拱架套衬补强技术来处治隧道衬砌厚度不足、局部破损、开裂、渗水等病害;就钢拱架套衬补强技术而言，比起台车模筑混凝土要成本低，很大空间上提高了施工速度且在安全方面安全系数也较高，混凝土内部采用钢支撑的技术，大步提升了混凝土质量。 参考文献： [1] 李凌云.隧道衬砌裂缝病害原因分析及整治加固技术的探讨[J].湖南交通科技，2006（3）：157-159. [2] 胡宇宁.浅谈H型钢拱架在关山隧道加固技术中的应用[J].中国科技纵横，2016（12）：138. [3] 周尚贵.谈隧道钢拱架加固施工[J].甘肃科技纵横，2016，45（1）：56-58. [4] 李喜锋，桑树坪2号隧道拱架加固及喷射砼施工难点及对策[J].西铁科技，2010（4）：19-20. |
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