趙銘偉

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

隧道工程作為地下隱蔽的工程，具有很多方面的難度，如危險(xiǎn)因素多、施工條件限制、地質(zhì)復(fù)雜多變、施工環(huán)境差和不可預(yù)見性強(qiáng)等，故隧道工程的安全性和技術(shù)難度都較大。常見的隧道病害有洞口病害、隧道排水系統(tǒng)不暢、襯砌裂縫和滲水以及隧道路面病害等[1-3]。隧道施工過程中，襯砌階段顯得尤為重要，隧道常見的事故發(fā)生原因調(diào)查中很大程度上都是由于襯砌設(shè)計(jì)不合理或者施工不規(guī)范造成的，施工不當(dāng)對(duì)圍巖擾動(dòng)較大，更容易造成坍塌等嚴(yán)重后果[4]。

1 工程概況

洛欒高速全長(zhǎng)129.226 km，于2012年年底通車，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，在K83+480標(biāo)段處存在一隧道，該隧道采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，且按照新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。據(jù)原始數(shù)據(jù)顯示，該隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要以錨、噴、網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)為初期支護(hù)，二次支護(hù)措施采用模筑混凝土，二次襯砌采用C30素混凝土及C35（C30）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。結(jié)合2015年隧道定期檢測(cè)和踏勘結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隧道存在數(shù)量較多的常規(guī)病害。具體來講，該隧道存在很多環(huán)向、縱向、斜向裂縫。其中左洞共有裂縫80條，裂縫在距進(jìn)口100～200 m、400～500 m、700～800 m 段發(fā)育較集中，裂縫總長(zhǎng)為428.8 m。其中環(huán)向裂縫50條，裂縫總長(zhǎng)為258.1 m，單條裂縫最長(zhǎng)為21 m，裂縫最寬為10 mm；縱向裂縫23條，裂縫總長(zhǎng)為137.2 m，單條裂縫最長(zhǎng)為12 m，裂縫最寬的地方長(zhǎng)度為10 mm；而斜向裂縫一共有7條，其裂縫總長(zhǎng)達(dá)到33.5 m，單條裂縫最長(zhǎng)為8 m，裂縫最寬為1.2 mm。而在右洞共有裂縫121條，距進(jìn)口0～300 m和400～700 m段裂縫的發(fā)育較為集中，裂縫總長(zhǎng)為718.2 m。其中環(huán)向裂縫66條，裂縫總長(zhǎng)為384.3 m，單條裂縫最長(zhǎng)為21 m，裂縫最寬為2 mm；縱向裂縫25條，裂縫總長(zhǎng)為208.5 m，單條裂縫最長(zhǎng)為21 m，裂縫最寬為2 mm；斜向裂縫總長(zhǎng)為125.4 m，共有30條，其中裂縫最寬的地方高達(dá)1.6 mm，最長(zhǎng)的單條裂縫長(zhǎng)為12 m。綜上檢查結(jié)果，這些病害暫時(shí)不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全有很嚴(yán)重的影響，但是一定程度上會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。為了保證高速公路橋梁與隧道安全運(yùn)營(yíng)，保證高速公路隧道的可靠性和耐久性，同時(shí)延長(zhǎng)隧道的使用壽命，相關(guān)部門擬采用適合的加固襯砌方案進(jìn)行處理，主要從隧道病害原因分析、加固方案設(shè)計(jì)、施工工藝和施工質(zhì)量控制等方面進(jìn)行研究分析，以期對(duì)隧道襯砌加固相關(guān)問題起到一定借鑒作用和參考價(jià)值。

2 隧道襯砌結(jié)構(gòu)病害原因分析

從病害調(diào)查結(jié)果可以看出，隧道襯砌的裂縫較為嚴(yán)重，要相對(duì)其進(jìn)行有效的加固處理并選擇合理的加固方案，需要對(duì)其病害產(chǎn)生原因進(jìn)行針對(duì)性分析，以期得到最佳的處理方案。據(jù)調(diào)查結(jié)果和原因分析，病害引起的主要是襯砌裂縫病害[5]，相應(yīng)產(chǎn)生的原因分析如下：

a）局部段落襯砌厚度可能不足，或襯砌強(qiáng)度不足，承載能力下降，導(dǎo)致拱部縱向開裂。

b）襯砌厚度不均勻，且局部段落存在明顯的脫空、空洞、不密實(shí)等缺陷，導(dǎo)致襯砌受力不均，產(chǎn)生應(yīng)力集中而開裂。

c）邊墻或隧底施工不規(guī)范，導(dǎo)致拱腳位置基礎(chǔ)穩(wěn)定性差，邊墻應(yīng)力集中產(chǎn)生縱向、斜向裂縫。

d）在施工過程中，其質(zhì)量控制不夠精確和嚴(yán)格，尤其是混凝土的養(yǎng)護(hù)問題，常常養(yǎng)護(hù)不到位會(huì)產(chǎn)生環(huán)向裂縫。

e）隧道防排水設(shè)施不完善，排水能力弱，導(dǎo)致襯砌背后積水，襯砌結(jié)構(gòu)承受較高水壓。同時(shí)襯砌會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，襯砌防水板存在不完整或搭接不良等缺陷；襯砌背后可能存在不密實(shí)區(qū)及空洞，易形成地下水匯集區(qū)。

3 加固方案設(shè)計(jì)

在采用加固方案設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于襯砌加固采用的方案要具有較強(qiáng)可操作性，且與施工條件、施工材料及工藝密切聯(lián)系，襯砌加固補(bǔ)強(qiáng)要能夠盡可能地保持原來結(jié)構(gòu)的完整性。綜合該工程病害調(diào)查結(jié)果和原因分析以及相關(guān)規(guī)范要求，綜合業(yè)主單位、施工單位、設(shè)計(jì)單位相關(guān)專家和負(fù)責(zé)人的意見，最終決定采用粘貼鋼板（帶）的方法對(duì)隧道襯砌進(jìn)行加固。

3.1 W鋼帶處治設(shè)計(jì)

襯砌的混凝土等級(jí)為C30，二次襯砌的厚度為25 cm。結(jié)合采用的處治設(shè)計(jì)要求、施工具體情況以及規(guī)范《礦用 W 型鋼帶》（MT/T861—2000）[6]，最終確定鋼帶的厚度為5 mm，寬度為25 cm，單片鋼帶有效截面積A=1 500 mm2，截面高度為25.5 mm，每環(huán)縱向間距100 cm。

在襯砌及鋼帶表面涂刷膠黏劑，使襯砌與鋼帶黏結(jié)為一體，再采用錨栓進(jìn)行固定鋼帶。錨栓采用M16化學(xué)錨固螺栓，植入深度不小于16 cm。黏鋼膠抗沖擊剝離長(zhǎng)度小于20 mm，快速濕熱老化時(shí)間為10 d，檢驗(yàn)經(jīng)快速濕熱老化后的試件在常溫條件下鋼-鋼拉伸抗剪強(qiáng)度降低百分率不得大于8%。黏鋼膠應(yīng)具備有資質(zhì)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的凍融循環(huán)報(bào)告，環(huán)保無毒報(bào)告。圖1為W鋼帶加固設(shè)計(jì)立面圖，其中A處的放大圖見圖2所示。表1為粘貼鋼帶（板）用膠黏劑基本性能指標(biāo)；表2為錨固用膠黏劑主要性能指標(biāo)。

圖1 W鋼帶加固立面圖（比例：1∶100）

圖 2 A 部大樣圖（比例：1∶10）

表1 粘貼鋼帶（板）用膠黏劑基本性能指標(biāo)

表2 錨固用膠黏劑主要性能指標(biāo)

3.2 處治后襯砌表面涂裝設(shè)計(jì)

為改善修復(fù)后隧道襯砌結(jié)構(gòu)表面外觀，并消除因襯砌病害處治給人們?cè)斐傻男睦韷毫?，在?duì)隧道襯砌病害進(jìn)行處治后，應(yīng)及時(shí)對(duì)處治位置襯砌表面進(jìn)行美化。同時(shí)考慮到對(duì)處治效果的加固、封閉和補(bǔ)強(qiáng)作用，應(yīng)采用聚合物改性水泥砂漿進(jìn)行表面涂裝，使用前應(yīng)先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[7]，要求涂裝后襯砌病害處治位置表面與周圍襯砌表面不出現(xiàn)明顯色差，涂裝范圍如下：

a）對(duì)襯砌裂縫，涂裝寬度取裂縫兩側(cè)各 10 cm，長(zhǎng)度與裂縫同長(zhǎng)。

b）對(duì)襯砌滲漏水，涂裝范圍比病害處治范圍每邊擴(kuò)大15 cm。

c）對(duì)襯砌W鋼帶加固，涂裝范圍為襯砌全斷面，縱向涂裝長(zhǎng)度與加固長(zhǎng)度一致。

d）對(duì)襯砌鋼板加固，環(huán)向涂裝范圍取3.5 m。

聚合物改性水泥砂漿（如改性環(huán)氧類等）在應(yīng)用前應(yīng)確認(rèn)有成功的類似工程使用經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，選擇滿足施工要求的水泥砂漿。不得使用耐水性差的水溶性聚合物。除此之外，氯偏乳液和苯丙乳液等不能應(yīng)用，前者會(huì)加速鋼筋的銹蝕，而后者會(huì)嚴(yán)重影響耐久性，同時(shí)這些液體也對(duì)人體有危害。

4 粘貼W鋼帶施工工藝

粘貼W鋼帶是加固效果影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括基面的處理、W鋼帶制作以及粘貼W鋼帶3個(gè)方面。

4.1 基面處理

a）在粘貼鋼帶位置進(jìn)行基面處理，基面應(yīng)保證平整圓順，平整度不大于1.5 mm/m。清除襯砌表面范圍應(yīng)滿足鋼帶固定范圍。

b）將混凝土表面清理干凈并保持干燥。

c）鉆制錨栓預(yù)留孔。

4.2 W鋼帶制作

a）在鋼帶黏結(jié)面需要進(jìn)行打磨，為了保持鋼帶黏結(jié)面具有一定的粗糙度，采用除銹機(jī)或噴砂沿著與鋼帶受力垂直的方向進(jìn)行打磨，直到表面露出金屬的光澤為止；用脫脂棉沾丙酮將鋼帶表面擦拭干凈。

b）依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)植埋的錨栓位置、間距，對(duì)固定的鋼帶進(jìn)行配套打孔。

c）鋼帶外露面涂刷防腐底漆3道。

4.3 粘貼W鋼帶

4.3.1 粘貼W鋼帶工藝流程

鉆孔植埋全螺紋錨栓→配制結(jié)構(gòu)膠→襯砌表面及鋼帶涂刷膠黏劑→安裝W鋼帶→封邊→鋼帶表面防腐處理。

4.3.2 粘貼鋼帶的施工要點(diǎn)

a）鉆孔植埋錨栓。

（a）依照設(shè)計(jì)圖紙的要求，放出需鉆孔的位置。

（b）應(yīng)采用與錨栓直徑配套的鉆頭進(jìn)行鉆孔。

（c）在鉆孔過程中要保持干燥，同時(shí)應(yīng)該清理得非常干凈，不能出現(xiàn)油污。

（d）植錨栓的施工按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）[8]的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

b）配制結(jié)構(gòu)膠 按照供應(yīng)商提供的產(chǎn)品說明書要求配制結(jié)構(gòu)膠，在制備時(shí)攪拌要均勻，采用低速的攪拌器即可，同時(shí)在適用期內(nèi)將結(jié)構(gòu)膠使用完。按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）[8]的要求，采用的膠黏劑應(yīng)該在耐久性和力學(xué)指標(biāo)方面滿足規(guī)定的要求。

c）涂刷膠黏劑 涂刷膠黏劑前應(yīng)對(duì)襯砌表面進(jìn)行基面處理，保證粘貼面堅(jiān)實(shí)干燥，對(duì)表面缺損處及不平整處采用改性環(huán)氧砂漿進(jìn)行找平處理。基面處理完成后，在襯砌表面及鋼帶均勻地涂刷膠黏劑，膠黏劑的膠層應(yīng)有足夠的厚度。

d）安裝鋼帶 將鋼帶固定在錨栓上，通過錨栓將鋼板刷膠面密貼在已涂刷膠黏劑的基面上，鋼板與襯砌應(yīng)密貼，應(yīng)避免局部脫空。鋼帶分段處采用平口焊接連接，再用長(zhǎng)60 cm的W接頭鋼帶進(jìn)行搭接，接頭鋼帶與原加固W鋼帶之間用錨栓固定，并用黏鋼膠黏結(jié)。

e）鋼帶表面防腐處理 在清除存在于鋼帶表面的污垢之前，需要檢查鋼帶粘貼固化密實(shí)效果，確認(rèn)其可靠后進(jìn)行下一步。對(duì)安裝過程中造成的底漆破損進(jìn)行補(bǔ)漆，再在鋼帶外露面涂刷面漆4道。

f）處治進(jìn)行鋼帶分段時(shí)，鋼帶連接采用平口焊接，再用長(zhǎng)60 cm的W接頭鋼帶進(jìn)行搭接，接頭鋼帶與原加固W鋼帶之間用錨栓固定，并用黏鋼膠黏結(jié)。

5 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.1 質(zhì)量控制

鋼帶（板）外觀平整、圓順，膠體應(yīng)固化，錨固應(yīng)牢靠。鋼板尺寸、厚度、防腐處理，錨栓間距應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，膠層應(yīng)均勻，無局部過厚、過薄現(xiàn)象。除此之外，粘貼鋼帶（板）加固施工質(zhì)量控制應(yīng)符合表3所示的要求[9]。

表3 粘貼鋼帶（板）加固施工質(zhì)量控制

5.2 注意事項(xiàng)

在整個(gè)治理期間及實(shí)施完成后，均應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)結(jié)構(gòu)狀況觀測(cè)工作，通過觀測(cè)裂縫、滲漏水、襯砌剝落等特征變化，及時(shí)反饋信息以修正設(shè)計(jì)和采取應(yīng)急措施，保證結(jié)構(gòu)安全。需要著重關(guān)注以下幾點(diǎn)施工注意事項(xiàng)：

a）由于襯砌裂縫的產(chǎn)生與排水也有很大的關(guān)系，故在所有施工過程之前，需要對(duì)隧道端洞頂破損或下陷的病害進(jìn)行處理，解決由于洞頂排水溝的“中間低、兩頭高”而產(chǎn)生的排水不暢問題。必要的情況下，需要對(duì)端口頂端排水溝進(jìn)行全部拆除和重新建造以達(dá)到有效排水的目的，具體注意以下幾點(diǎn)。

（a）拆除現(xiàn)有洞頂排水溝，開挖回填層，并按1∶0.5進(jìn)行放坡，滿足新建洞頂排水溝設(shè)置要求。

（b）對(duì)排水溝基底進(jìn)行人工夯實(shí)，且表層壓實(shí)度不小于92%。

（c）在原位緊挨洞門墻處新建M7.5漿砌片石排水溝。

（d）用黏土分層回填排水溝與開挖輪廓線之間的空隙，要求每層回填厚度不大于25 cm、壓實(shí)度不低于92%，施工后應(yīng)保證洞頂回填縱坡為1∶10，確保坡面水能順暢流入洞頂排水溝。

b）為了提高黏結(jié)膠黏合固化效果，針對(duì)隧道內(nèi)二次襯砌露筋病害進(jìn)行處治時(shí)，先進(jìn)行基面處理后用聚合物水泥砂漿封閉襯砌露筋處及其周邊5 cm范圍襯砌。

c）膠黏劑儲(chǔ)存與使用過程中應(yīng)按材料使用說明，做好防火措施，禁止使用明火或攜帶火種接近。

d）為了提高黏結(jié)效果，應(yīng)及時(shí)將黏鋼混凝土表面清理干凈，并在鋼帶抹膠表面進(jìn)行無污染和無粉塵的清理，露出混凝土表面。鋼帶（板）是根據(jù)隧道內(nèi)輪廓標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)，實(shí)際斷面與標(biāo)準(zhǔn)斷面有差異時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。

e）施工過程應(yīng)精細(xì)施工，加強(qiáng)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的觀察，如有異常及時(shí)查明原因才可繼續(xù)施工，避免對(duì)襯砌造成損傷。值得注意的是，在采用植筋方式時(shí)，不能夠?qū)⒛z黏劑直接涂抹在鋼筋上。

6 結(jié)論

為了保證高速公路橋梁與隧道安全運(yùn)營(yíng)，保證高速公路隧道的可靠性和耐久性，延長(zhǎng)隧道的使用壽命，相關(guān)部門擬采用適合的加固襯砌方案進(jìn)行處理，主要從隧道病害原因分析、加固方案設(shè)計(jì)、施工工藝和施工質(zhì)量控制等方面進(jìn)行研究分析，以期為隧道襯砌加固相關(guān)問題起到一定借鑒作用和參考價(jià)值。