王定舉

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧062350)

鋼帶支護(hù)系統(tǒng)在重載鐵路隧道襯砌開裂整治中的應(yīng)用

王定舉

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧062350)

朔黃鐵路寺鋪尖隧道有多處襯砌混凝土出現(xiàn)交叉開裂或錯牙開裂。結(jié)合現(xiàn)場勘查以及無損檢測情況，對隧道襯砌開裂原因進(jìn)行了分析。考慮到朔黃線天窗修狀況，提出采用“W鋼帶+鋼絲網(wǎng)+平鋼帶+錨桿”的聯(lián)合支護(hù)方案進(jìn)行病害整治。通過工程類比并結(jié)合現(xiàn)場條件闡述了該加固方案的設(shè)計(jì)參數(shù)、施工工藝以及施工注意事項(xiàng)。加固方案實(shí)施后，取得良好整治效果。

襯砌病害 加固方案 W鋼帶支護(hù) 方案設(shè)計(jì)

1 隧道概況

朔黃鐵路寺鋪尖隧道為雙線隧道，位于山西省五臺縣與盂縣交界處，起止里程K150+098.58—K156+ 505.58，隧道全長6 407 m。隧道內(nèi)除洞口加強(qiáng)段及部分地段采用普通模筑混凝土襯砌外，其余均采用復(fù)合式襯砌。

該隧道地處太行山中部，系舟山山脈北端，橫穿寺鋪山，地形起伏大，多呈V字形，最大埋深927 m。隧道穿過的地質(zhì)構(gòu)造主要有區(qū)域構(gòu)造褶皺、斷裂構(gòu)造及節(jié)理，隧道范圍內(nèi)有12條斷層，除F12為逆斷層外，其余均為正斷層。F12斷層延伸最長，斷距最寬，斷層破碎帶主要為角礫狀灰?guī)r、灰質(zhì)頁巖及斷層泥。進(jìn)口標(biāo)段K152+013—K155+165穿過F1～F12斷層，穿過地層主要為寒武系泥質(zhì)灰?guī)r、頁巖及混合花崗巖，主要為水平巖層。地下水主要為基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水和巖溶水三種。

2 襯砌病害及成因分析

工務(wù)部門在對隧道進(jìn)行例行檢查時發(fā)現(xiàn)隧道拱頂及拱腰襯砌多處開裂，裂縫呈交叉狀、月牙形，延伸較長，裂縫寬度較大且伴隨錯牙等情況(圖1)。

圖1 襯砌病害示例

具體情況為:

1)K153+895—K153+925右拱頂縱裂長8 m，寬5～7 mm，錯牙5～7 mm。左拱腰至右拱腰襯砌空響長15 m，寬7 m，面積約為105 m2;

2)上行K153+753—K153+768拱頂裂紋呈圓形，裂紋長度7 m，縫寬3～20 mm，錯牙25 mm，病害等級為AA級。

通過對病害部位進(jìn)行裂縫調(diào)查、打擊聲檢查、鉆孔配合內(nèi)窺鏡檢查及探地雷達(dá)無損檢測，并結(jié)合整治過程中發(fā)現(xiàn)的情況可以判斷病害原因主要有以下三個方面。

1)襯砌混凝土施工質(zhì)量差

施工時有超挖現(xiàn)象但沒有采取處理措施，致使二襯背后有較大空洞，同時，澆筑襯砌混凝土?xí)r不能做到多個灌漿口灌注，導(dǎo)致襯砌混凝土厚度嚴(yán)重不足(二襯混凝土設(shè)計(jì)厚度為30 cm，現(xiàn)場量測厚度均不足20 cm)，再加上振搗、養(yǎng)護(hù)差，最終導(dǎo)致襯砌混凝土整體質(zhì)量較差，承載能力低。

2)塌方段處理不當(dāng)

利用探地雷達(dá)對隧道襯砌進(jìn)行無損檢測過程中發(fā)現(xiàn)二襯背后存在空洞及回填不密實(shí)情況(圖2)，其后在人工鑿除病害襯砌處劣化混凝土過程中發(fā)現(xiàn)大量施工中遺留的廢棄材料摻雜在混凝土中，在鉆孔中用內(nèi)窺鏡對空洞內(nèi)進(jìn)行觀察時發(fā)現(xiàn)空洞頂部有類似木支撐等支護(hù)措施(圖3)。

圖2 探地雷達(dá)檢測剖面

圖3 二襯混凝土中雜物

由上述情況可以推斷，病害處在施工時應(yīng)當(dāng)發(fā)生過塌方，但當(dāng)時未采取有效措施進(jìn)行處理，僅將圍巖用木支撐支護(hù)后就模筑二襯，未對背后進(jìn)行充分回填。

3)集中荷載沖擊作用

由于地下水作用及地質(zhì)運(yùn)動，空洞上方巖體逐步松弛、脫落而使襯砌受到?jīng)_擊(圖4)。當(dāng)襯砌強(qiáng)度充分時不會造成破壞，而當(dāng)襯砌強(qiáng)度不足，承載力不夠時就會發(fā)生破壞，產(chǎn)生半月形或發(fā)散狀交叉裂縫，嚴(yán)重時直接破壞襯砌，威脅行車安全。

3 鋼帶支護(hù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

針對隧道襯砌交叉裂縫及網(wǎng)狀裂縫，整治方案一般有如下三種:①裂縫修補(bǔ)+壓注修補(bǔ)膠;②掛鋼筋網(wǎng)片+噴射鋼纖維混凝土;③鑿槽內(nèi)嵌鋼軌或型鋼拱架。以上方法在隧道病害整治中均采用過，但對該處病害實(shí)施起來均有難點(diǎn)。裂縫修補(bǔ)法雖然可以在一定程度上恢復(fù)襯砌混凝土的完整性，但對于提高結(jié)構(gòu)承載能力效果有限。網(wǎng)噴混凝土可以很大程度上提高結(jié)構(gòu)承載能力，但由于是在運(yùn)營線路上利用天窗點(diǎn)施工且需對整個拱頂襯砌表面鑿毛處理，工藝復(fù)雜，對運(yùn)營安全有影響。因?yàn)椴『Χ我r砌混凝土厚度嚴(yán)重不足且裂損情況嚴(yán)重，鑿槽內(nèi)嵌拱架容易將襯砌鑿穿，對隧道形成二次破壞。鑒于上述情況，將鋼帶支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用于此處病害整治。

3.1 鋼帶支護(hù)系統(tǒng)原理

鋼帶支護(hù)系統(tǒng)是指將錨桿、平鋼帶、W鋼帶及鋼筋網(wǎng)片組合而成的支護(hù)系統(tǒng)。相對于單一的支護(hù)方式，鋼帶支護(hù)系統(tǒng)可以將不同的支護(hù)部件連接起來形成一個整體，顯著改善各個支護(hù)部件的受力，使其更好地發(fā)揮支護(hù)作用。

W鋼帶是一種新型支護(hù)材料，由高強(qiáng)鋼板制成，截面形狀似W形(圖5)。與普通鋼帶相比，由于冷軋硬化的作用，它具有更高的抗拉強(qiáng)度、抗彎模量和剛度。通過它可以把分散的多根錨桿聯(lián)接起來，形成一個整體承載結(jié)構(gòu)，顯著地提高錨桿的整體支護(hù)效果，對處理不穩(wěn)定圍巖效果顯著。采用該技術(shù)加固隧道襯砌也使混凝土襯砌與鋼帶共同受力，從而有效提高襯砌結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪性能。

圖4 集中荷載作用示意

圖5 W鋼帶

3.2 鋼帶支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)襯砌病害實(shí)際情況，綜合考慮隧道凈空及施工可行性，以防止劣化混凝土掉塊及增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載能力為主要目標(biāo)，初步擬定支護(hù)系統(tǒng)各參數(shù)。

1)錨桿。錨桿采用φ25或者φ32中空錨桿(圖6)，沿鋼帶環(huán)向布置。錨桿長度應(yīng)保證入巖深度不小于1.0 m。錨桿環(huán)向均勻布置;錨桿環(huán)縱向間距均為1.5 m。中空錨桿需灌注加固型TGRM水泥基特種灌漿料，施工時按先兩側(cè)后拱頂?shù)捻樞虼蛟O(shè)。必須保證錨注質(zhì)量，使錨桿抗拔力滿足規(guī)范要求。

圖6 錨桿構(gòu)造

2)平鋼帶。平鋼帶選用300/5型鍍鋅鋼帶，沿隧道縱向粘貼，環(huán)向間距1.5 m。粘鋼膠需滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

3)W鋼帶。W鋼帶采用WX300/5型鍍鋅W鋼帶(圖7)，根據(jù)施工前應(yīng)用隧道斷面掃描儀掃描的結(jié)果在工廠對其弧度進(jìn)行加工。W鋼帶沿環(huán)向鋪設(shè)并采用錨桿拉緊，沿隧道縱向間隔1.5 m布設(shè)。

圖7 W鋼帶橫截面(單位:mm)

鋼帶支護(hù)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖8所示，各部件接觸如圖9所示。

圖8 鋼帶支護(hù)系統(tǒng)展開布置示意(單位:cm)

圖9 各部件接觸示意

圖10 鋼帶支護(hù)系統(tǒng)施工流程

圖11 聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)場施工

3.3 施工注意事項(xiàng)

施工流程見圖10。“W鋼帶+錨桿+空洞填充”聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)場施工情況如圖11所示。

為達(dá)到襯砌補(bǔ)強(qiáng)效果，切實(shí)提高襯砌承載能力，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在實(shí)際施工中要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，并嚴(yán)格控制以下施工要點(diǎn)。

1)仔細(xì)觀察混凝土有無裂縫、破損等，將破損處疏松、剝落、腐蝕的劣化混凝土剔除干凈，露出混凝土結(jié)構(gòu)層。襯砌混凝土的打磨清洗質(zhì)量是平鋼帶是否可以粘貼牢固的關(guān)鍵。

2)W鋼帶及平鋼帶采用液壓開孔器、磁力鉆成孔，成孔位置要與混凝土件上的孔洞相符。氧氣切割開孔會破壞鍍鋅層并破壞鋼帶完整性，嚴(yán)重影響其使用性能，禁止使用。開孔位置的偏差造成施工安裝困難，故必須保證開孔位置的精確。

3)結(jié)構(gòu)膠使用前必須先把各組分分別在包裝桶內(nèi)攪拌至均勻(結(jié)構(gòu)膠在停放及運(yùn)輸過程中容易出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，事先必須分別攪拌均勻)，然后另取一個容器把用量較多的組分(主要成分)按比例稱量，倒入容器后，再稱量另一組分，混合在一起，并按同一方向攪拌，防止氣泡的產(chǎn)生。

4)用小錘輕輕敲擊鋼材，如無空洞聲，表明粘貼密實(shí)，如空洞聲范圍較大，表明不密實(shí)范圍較大，須將鋼材拆下，重新粘貼。如有個別空洞聲，表明局部不密實(shí)，需補(bǔ)膠。一般錨固區(qū)密實(shí)度應(yīng)在90%以上，非錨固區(qū)密實(shí)度應(yīng)在70%以上。

5)錨桿安裝時必須保證漲殼件完全張開并卡緊，以保證未注漿前承載能力。TGRM注漿必須飽滿密實(shí)，滿足拉拔要求。

4 結(jié)論

1)“W鋼帶+鋼絲網(wǎng)+平鋼帶+錨桿”聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)在朔黃鐵路寺鋪尖隧道襯砌病害整治工程中取得了良好的整治效果，豐富了我國隧道病害整治工藝。

2)工程實(shí)踐表明，“W鋼帶+鋼絲網(wǎng)+平鋼帶+錨桿”聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)既能對裂損襯砌進(jìn)行結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)又能提高結(jié)構(gòu)承載能力，能滿足多種隧道襯砌病害的整治要求。

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Application of steel band bolting system to treatment of primary liner cracking in existing heavy haul tunnel

WANG Dingjun
(Shuohuang Railway Development Co.，Ltd.，Suning Hebei 062350，China)

According to cross cracks and malocclusion cracks of lining concrete in Shuozhou-Huanghuagang railway Sipujiantunnel，the causes of tunnel lining cracks were analyzedbycombing withfieldinvestigationand nondestructive testing.Considering the skylight repair status of Shuozhou-Huanghuagang railway，this paper put forward the combined support scheme of“W-steel strip+steel wire net+flat steel strip+anchor”in order to control the diseases.T hrough the engineering analogy and based on site conditions，the design parameters，construction technology and matters needing attention of reinforcement scheme are discussed and the feasibility and good treatment effect of the scheme are verified after the reinforcement scheme implementation.

Lining disease;Reinforcement scheme;W-steel strip support;Scheme design

U457+.2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.15

1003-1995(2015)05-0058-04

(責(zé)任審編李付軍)

2014-11-26;

2015-01-17

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAG20B00)

王定舉(1971—)，男，四川南部縣人，高級工程師。