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        隧道裂縫缺陷處治技術(shù)在施工中的應(yīng)用

        2019-09-10 13:55:56呂敏
        西部交通科技 2019年11期
        關(guān)鍵詞:錨栓鋼帶圍巖

        呂敏

        隧道工程中常見的質(zhì)量缺陷是襯砌混凝土裂縫。文章針對某高速公路K隧道施工中存在的襯砌裂縫現(xiàn)象,通過對裂縫的調(diào)查與檢測,分析了產(chǎn)生裂縫的原因,制定了裂縫處治+鋼帶加固的綜合處理措施,有效保證了隧道工程的安全和質(zhì)量。

        隧道襯砌開裂;裂縫處治;鋼帶加固措施

        0?引言

        襯砌混凝土裂縫是隧道工程中常見的缺陷。本文針對隧道襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行研究,探討在施工中處治襯砌裂縫的工程措施,以保證隧道工程的安全和質(zhì)量。

        1?工程概況

        1.1?工程背景

        某高速公路于2010年7月開工建設(shè),因建設(shè)資金無法落實,2013年起陸續(xù)停工,遺留了眾多工程,直至2015年后續(xù)單位進(jìn)場施工,2016年年底建成通車。

        1.2?設(shè)計情況

        K隧道為連拱隧道,起訖里程樁號為K55+373~K55+695,全長322 m,洞軸線走向方位角為158°,最大埋深為57 m,隧道單洞凈寬為10.75 m,凈高為5.0 m,內(nèi)輪廓為拱、墻三心圓形式,邊墻為曲墻式,中隔墻為復(fù)合式,隧道平面位于R=2 500 m左偏曲線上,縱坡為2.9%單向坡,進(jìn)出口均設(shè)計為端墻式洞門。

        1.2.1?地質(zhì)情況

        裂縫段所在隧道進(jìn)口端基巖為板巖,單斜構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀185°∠65°,節(jié)理裂隙發(fā)育。分布的強(qiáng)風(fēng)化板巖巖性為變余泥、砂質(zhì)構(gòu)造,板狀構(gòu)造,巖芯多呈碎塊狀,巖體破碎;弱風(fēng)化板巖巖性為變余泥、砂質(zhì)構(gòu)造,板狀構(gòu)造,巖芯多呈柱狀,巖體較完整。

        1.2.2?施工方法

        隧道施工開挖總體上拱部采用光面爆破,邊墻部采用預(yù)裂爆破,以最大限度保護(hù)周邊巖體完整性,減少超挖量,提高初期支護(hù)的承載能力。隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖段采用三導(dǎo)坑先墻后拱法施工,隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖段采用中導(dǎo)坑輔助施工。中導(dǎo)坑全隧道貫通并澆筑中隔墻后,開始主洞開挖、支護(hù)。Ⅳ、Ⅴ級圍巖段側(cè)導(dǎo)坑先期施工,待側(cè)導(dǎo)坑矮邊墻二次襯砌達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后對主洞采用上下臺階法施工;Ⅱ、Ⅲ級圍巖段則采用上下臺階法施工。

        1.2.3?襯砌形式

        復(fù)合襯砌由系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土層、鋼拱架及二次襯砌共同構(gòu)成。中隔墻采用鋼筋混凝土澆筑,厚度為100 cm。輔助施工措施有超前大管棚、超前小導(dǎo)管和超前錨桿等。

        1.3?施工概況

        至后續(xù)單位進(jìn)場施工時,隧道完成情況如下:原單位從進(jìn)口端開挖,中隔墻施工完成;左線開挖至K55+611,剩余84 m,二次襯砌施工至K55+533,剩余162 m;右線開挖至K55+483,剩余212 m,二次襯砌施工至K55+433,剩余262 m。

        1.4?襯砌開裂情況

        ZK55+390~ZK55+450段位于Ⅳ級圍巖。經(jīng)檢測二次襯砌拱頂及右拱腰存在34處裂縫,多處有析白、滲水現(xiàn)象。其中ZK55+431、ZK55+435、ZK55+438三個斷面處裂縫寬度累計變化較大,均>0.3 mm。按規(guī)范要求,隧道襯砌鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度應(yīng)≤0.2 mm。

        1.5?裂縫類別及分布情況

        裂縫按其在隧道分布位置分為以下三類:

        (1)縱向裂縫:指與隧道軸線為平行關(guān)系的裂縫,多位于邊墻及拱部,是隧道裂縫中最常見也是危害最大的裂縫。

        (2)斜向裂縫:指與隧道縱軸之間的夾角一般為45°左右的裂縫,一般是因圍巖壓力不均勻造成的。

        (3)環(huán)向裂縫:危害較小,多分布于圍巖應(yīng)力變化的沉降縫或洞口交接處。

        裂縫在本段的分類情況如表1所示。

        2?隧道裂縫缺陷成因

        因原單位施工停工時間長,相關(guān)資料缺失,推測其可能的原因如下:

        2.1?工程地質(zhì)條件復(fù)雜

        連拱隧道一般位于淺埋以及偏壓地段,這些地方覆蓋巖層薄、裂隙發(fā)育?,F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)在ZK55+415洞頂有一塌坑,中心偏距為左7.0 m,周圍山上流水匯入坑中,使隧道流水匯集,巖體中的充填物被帶走,使巖體完整性降低,可能造成襯砌開裂。

        2.2?施工管理不善,標(biāo)準(zhǔn)化水平低

        (1)施工原材料管控不嚴(yán),混凝土配合比達(dá)不到規(guī)范要求,施工工藝交底不到位,工序檢查未嚴(yán)格執(zhí)行。如振搗不到位,施工縫、變形縫處理不到位,拆模過早,未進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)等。檢測中發(fā)現(xiàn)此段隧道矮邊墻混凝土強(qiáng)度、厚度不足,對工程質(zhì)量影響重大,導(dǎo)致工程整體質(zhì)量的下降。

        (2)施工中超欠挖、模板支架變形或塌方,中隔墻回填不密實,造成局部襯砌混凝土結(jié)構(gòu)厚度不均或襯砌結(jié)構(gòu)受力不對稱,特別是拱頂回填不及時或回填效果差,使荷載承受能力降低。

        (3)上下臺階開挖時,仰拱與掌子面之間的安全步距超過規(guī)范要求,工序銜接不緊密,不能及時封閉成環(huán),中隔墻與二次襯砌沉降縫不一致,不同巖石交界處未設(shè)置沉降縫,導(dǎo)致地基發(fā)生不均勻沉降。

        2.3?設(shè)計原因

        地質(zhì)勘察資料不夠詳細(xì),未全面排查隧址的巖層地質(zhì),圍巖劃分所依據(jù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)不充分,缺少針對性設(shè)計,與現(xiàn)場地質(zhì)情況差別較大,導(dǎo)致工程質(zhì)量隱患的出現(xiàn)。

        3?隧道裂縫缺陷加固措施

        根據(jù)專家評審方案,結(jié)合現(xiàn)場情況,裂縫出現(xiàn)時間長且已處于穩(wěn)定狀態(tài),決定采用裂縫處治+鋼帶加固的綜合處治方法對此開裂段進(jìn)行加固,相對于套拱加固、換拱方案,其施工難度較低。同時,鋼帶加固方案不需要大型施工機(jī)械,施工進(jìn)度較快,確保了隧道凈空,能在不中斷交通的情況下進(jìn)行。

        3.1?塌坑處治

        清除塌坑周圍地表2 m外植被,然后開挖臨時截水溝,截水溝采用0.05 m厚M10砂漿封閉,截流周圍山谷匯水。為防止雨季降水的影響,在塌坑上面搭設(shè)彩條布覆蓋。

        洞內(nèi)鋼帶加固處治后進(jìn)行塌坑回填?;靥钋八又鼙诓捎?.1 m厚C15混凝土封閉,防止后期周圍水滲入塌坑,回填高度高出原流水高程0.15 m?;靥畈牧仙喜坎捎?.8 m厚C15混凝土,下部采用爐渣回填?;靥詈笱厮芋w施工0.6 m深度的M30砂漿弧形截水溝。

        3.2?裂縫處治

        (1)寬度<0.2 mm的裂縫

        將裂縫兩邊各20 cm范圍內(nèi)襯砌表面刷洗干凈并清除松動混凝土塊,沿裂縫走向在兩側(cè)各20 cm范圍內(nèi)的襯砌表面涂刷改性環(huán)氧砂漿。

        (2)寬度>0.2 mm的裂縫

        在裂縫處開槽,開槽寬度原則為裂縫上下各5 cm。當(dāng)多條裂縫集中時,在裂縫處集中處理,開槽寬度按實際情況調(diào)整。開槽深度按有鋼筋處至鋼筋為止,但≤10 cm;無鋼筋處按10 cm深開槽,不允許破壞二次襯砌鋼筋和刺破防水板。由于本段裂縫較多,裂縫處置時,同一模二襯不準(zhǔn)同時處理多條裂縫。開槽完成后在裂縫位置按縱向間距20 cm布置5 mm注漿孔,鉆孔深度不大于二次襯砌厚度。注漿時從較低位置的注漿孔開始注入環(huán)氧樹脂砂漿,循序向上直至所有注漿孔注漿完成。

        注漿完成后,對襯砌開槽處表面做鑿毛處理,并清洗干凈,涂刷界面劑,鋪設(shè)固定縱向22 mm豎向12 mm的鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)軸線與裂縫平行,鋼筋網(wǎng)交叉處采用鐵絲綁扎或焊接牢固。最后用環(huán)氧砂漿封閉開槽,其中環(huán)氧砂漿中環(huán)氧樹脂重量比例為10%。

        表面復(fù)原處理:表面突出部分清除,磨平至原基本面平齊,從而恢復(fù)原面。

        3.3?裂縫伴隨滲水處治

        根據(jù)本隧道現(xiàn)場觀察,部分裂縫伴隨有滲水現(xiàn)象,導(dǎo)致出現(xiàn)析白、水斑。裂縫滲水主要分為點狀滲水、線狀滲水、面狀滲水三類。

        處治方法:裂縫處治后在滲水裂縫主要出水處刻引水槽,刻槽應(yīng)避免割斷二襯環(huán)向主筋。引水槽寬15 cm,深9 cm,間距1 m。如存在出水區(qū)域過大的問題,開槽寬度按實際情況調(diào)整。在溝槽內(nèi)出水處打入42 mm無縫鋼管,管長1.5 m左右,通過埋設(shè)80 mmHDPE半圓管將圍巖內(nèi)的滲水引入集水槽水管內(nèi),并通過橫向排水管引入縱向盲溝。橫向排水管間距3~5 m,依據(jù)現(xiàn)場實際情況合理調(diào)整。半圓管采用卡扣固定,環(huán)氧樹脂封邊,粘結(jié)密實。軟管安裝完成后先進(jìn)行試水,確定沒有滲漏后再封閉軟管端頭,然后用環(huán)氧砂漿抹平環(huán)向引水槽。其余細(xì)小的滲水點,涂刷JS聚合物水泥基復(fù)合防水涂料防水。

        3.4?鋼帶加固處治

        本段除襯砌存在多處開裂外,還存在二襯鋼筋間距超寬、混凝土強(qiáng)度不足等質(zhì)量缺陷,根據(jù)隧道質(zhì)量缺陷處治原則,對本段隧道襯砌進(jìn)行鋼帶加固處治:

        (1)采用熱軋鍍鋅鋼帶加固。鋼材要求采用Q235,鋼帶標(biāo)準(zhǔn)厚度為5 mm,寬度為40 cm,中心間距為100 cm,整環(huán)敷設(shè)。鋼帶采用M20高強(qiáng)化學(xué)錨栓及復(fù)合粘鋼膠與襯砌連成一體,每排設(shè)置兩套錨栓。錨栓環(huán)向間距為60 cm,縱向間距為20 cm,左右兩側(cè)距離鋼帶邊緣均為10 cm。

        (2)鋼帶施工應(yīng)在該段其他病害處治完成后進(jìn)行。鋼帶施工前應(yīng)對襯砌表面混凝土進(jìn)行打磨(深度為2~3 mm),清除條寬度為50 cm,必須完全露出新面,并用壓縮空氣吹除粉塵,然后將襯砌表面清理干凈。

        (3)錨固錨栓安裝。先探測混凝土中鋼筋分布情況,盡可能避開受力主筋,標(biāo)定位置后進(jìn)行鉆孔,在鋼帶對應(yīng)位置開孔。錨栓環(huán)向間距可根據(jù)現(xiàn)場情況作適當(dāng)調(diào)整,通過錨栓將鋼板錨固于二次襯砌上,預(yù)留注漿間隙。同時注意不得破壞已處治好的滲漏水措施,若滲漏水被破壞,則需修復(fù)。

        (4)鍍鋅鋼帶粘貼。對螺栓固定的鋼帶用結(jié)構(gòu)膠封邊,預(yù)埋灌膠嘴(環(huán)向間隔0.5~1 m設(shè)置)、出氣孔。粘合劑的選用應(yīng)能保證后續(xù)壓力注漿的要求。封邊固化結(jié)硬后,方可壓入粘合劑,并保證注漿壓力持續(xù)、緩慢、均勻,保證注漿密實度,密貼飽滿,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體加固效果。

        3.5?處治效果

        高速公路運(yùn)營兩年后,從反饋的結(jié)果來看,K隧道此段襯砌監(jiān)控數(shù)據(jù)穩(wěn)定,表面未出現(xiàn)裂縫,無滲水現(xiàn)象,表明隧道裂縫缺陷綜合處治達(dá)到了預(yù)期效果。

        4?結(jié)語

        隨著社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,高速公路建設(shè)向山區(qū)延伸,隧道工程所占比例越來越大。隧道襯砌裂縫作為隧道常見的質(zhì)量缺陷,輕則造成隧道滲水,重則造成隧道垮塌。所以,探討續(xù)建工程中隧道裂縫的成因,采用隧道裂縫處治措施+鋼帶加固的工程措施,對今后類似后續(xù)工程的缺陷處理有一定的借鑒作用。

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