烏鞘嶺隧道群加固維修工程路面底鼓處治施工工法

鄭斌元

摘要：針對烏鞘嶺隧道群1#隧道下行線、2#隧道上行線路面底鼓病害，施工中采取了微型鋼管樁+Ⅰ型鋼橫撐加固基底的施工方法，在拱腳兩側(cè)打入φ108×6鎖腳鋼管樁，這樣可以將通過拱部及邊墻傳至拱腳的圍巖壓力作用在鎖腳注漿鋼管上，防止拱腳底部土體因發(fā)生剪切破壞形成塑性區(qū)。該方法施工便捷，風(fēng)險(xiǎn)較低，對交通影響小，可只封閉一個(gè)車道施工，工期短，對病害隧道能起到較好的加固效果，造價(jià)較低，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，該工法較好的控制了隧道變形，值得推廣。

關(guān)鍵詞：路面底鼓；微型鋼管樁；型鋼橫撐

烏鞘嶺隧道群是G30連霍高速永登至古浪段的控制性工程，本次維修的1、2號隧道均為特長隧道。隧址區(qū)位于祁連多字型構(gòu)造體系、隴西帚狀構(gòu)造體系和河西系三個(gè)構(gòu)造體系相互交接的地區(qū)，海拔高程2410.52～3137m，穿越祁連山國家級自然保護(hù)區(qū)。區(qū)內(nèi)地貌屬中高山嶺谷地貌區(qū)，斷層褶皺極發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震動(dòng)活躍，地下水以第四系孔隙潛水和基巖裂隙水為主，祁連山高寒亞干旱區(qū)區(qū)內(nèi)連年干旱風(fēng)沙、日照段輻射強(qiáng)、氣溫低溫差大、冬春季節(jié)不明顯，季節(jié)性凍土冬天易形成凍裂、凍脹，春融季節(jié)易形成翻漿及熱融沉陷。

一、工程概況

烏鞘嶺1號隧道位于天?？h陳家溝溝口，出口位于蘭泉村，隧道下行線起訖樁號XK2386+479.5～XK2391+382，縱坡1.715%～-1.15%，全長4902.5m，隧道最大埋深189m，屬深埋石質(zhì)特長隧道。2號隧道位于寺坡根，隧道進(jìn)口位于寺坡根，出口位于董家臺。隧道上行線起訖樁號SK2397+352～SK2404+220.縱坡2.544%～-2.10%，全長6868m，隧道最大埋深470m，屬深埋石質(zhì)特長隧道。

二、路面底鼓產(chǎn)生的原因

烏鞘嶺隧道群路面底鼓段主要位于隧道埋深超過100m地應(yīng)力較高的區(qū)段，該段內(nèi)地層巖性主要為三疊系淡紅色-灰白色砂巖、砂礫巖互層夾紫紅色泥巖，隧道夾層泥巖遇水膨脹是造成路面底鼓的原因之一。

隧底結(jié)構(gòu)缺陷是導(dǎo)致路面底鼓的主要原因。環(huán)狀封閉的拱形結(jié)構(gòu)通常能承受很大的壓力，只有當(dāng)所承受壓力超過混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度極限時(shí)襯砌才會(huì)發(fā)生開裂的現(xiàn)象。但若拱形結(jié)構(gòu)自身未封閉成環(huán)，如缺乏仰拱，其受力狀況將與封閉成環(huán)的結(jié)構(gòu)截然不同，未成環(huán)的部位將成結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，圍巖壓力通過拱部及邊墻傳遞至拱腳，導(dǎo)致拱腳應(yīng)力集中，拱腳底部土體因發(fā)生剪切破壞形成塑性區(qū)，塑性破壞區(qū)內(nèi)的土體將向著仰拱曲率中心側(cè)移，最終導(dǎo)致隧道路面底鼓、開裂、變形。

三、路面底鼓處治方案

（一）施工流程

本設(shè)計(jì)施工方案為首先拆除兩側(cè)電纜槽，將管線切割懸掛至兩側(cè)邊墻角鋼（需安裝）上→挖除路面及部分填充層（線路中心線處下挖77.9cm，下挖高程起點(diǎn)以原設(shè)計(jì)高程為準(zhǔn)，施工單位需現(xiàn)場放線量測，且應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整高程，以不破壞隧道既有中心水溝、橫向排水系統(tǒng)為準(zhǔn)）→在拱腳兩側(cè)φ108×6注漿鎖腳鋼管（長6m，縱向間距1.0m，每側(cè)2根），安裝[27b槽鋼縱梁，縱梁腹板應(yīng)鉆孔與既有鋼管焊接牢固，縱梁在原隧道施工縫處可斷開，確保隧道協(xié)調(diào)變形→假設(shè)Ⅰ22b型鋼橫撐（橫撐端頭應(yīng)被槽鋼包裹，并采用焊接、環(huán)箍鋼筋與既有槽鋼、鎖腳鋼管可靠連接），開挖基底打設(shè)φ108×6注漿鋼管樁，縱橫向間距100×106cm，沿橫撐兩側(cè)交錯(cuò)分布，樁長根據(jù)現(xiàn)場鉆探情況，平均按6m長計(jì)列，隧道中線不布，防止注漿堵塞原排水系統(tǒng)→布設(shè)橫撐縱向連接筋，環(huán)向間距50cm；→敷設(shè)20×20鋼筋網(wǎng)片，節(jié)點(diǎn)與既有橫撐焊接牢固；→現(xiàn)澆C30混凝土底板及平均11.8cm厚C20混凝土基層，恢復(fù)26cm混凝土路面→恢復(fù)電纜槽及排水邊溝等其他附屬設(shè)施。橫向鋼支撐下部混凝土保護(hù)層厚度5cm，施工時(shí)采用高強(qiáng)砂漿墊塊保證保護(hù)層厚度達(dá)到要求。

（二）注意事項(xiàng)

1、隧道內(nèi)施工時(shí)應(yīng)盡可能封閉該洞交通，保證施工條件及施工安全。2、施工各階段均應(yīng)加強(qiáng)相鄰段變形監(jiān)控量測，如遇結(jié)構(gòu)變形較大應(yīng)立即停止拆除工作，進(jìn)行必要的臨時(shí)支撐、注漿、錨桿加固措施，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再繼續(xù)拆除工作。3、拱腳及隧道打設(shè)鋼管樁時(shí)應(yīng)注意避開原襯砌鋼架及隧道原有縱橫向排水盲溝、中心水溝，確保原排水系統(tǒng)的完整性。4、鋼管樁打設(shè)深度以樁尖進(jìn)入隧道基巖1m或樁身6m完全被打入Ⅰ22b型鋼橫撐以下為準(zhǔn)。5、底鼓段混凝土路面板及填充層鑿除施工必須跳槽分段進(jìn)行，每次鑿除長度不大于5m，鑿除后盡快施工型鋼支撐，并及時(shí)澆筑混凝土填充層，達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度的90%時(shí)方可進(jìn)行下一段鑿除施工。6、施工現(xiàn)場應(yīng)布設(shè)逃生管道及生活必需品和急救藥品，相應(yīng)的應(yīng)急安全措施。

（三）工法優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1、施工便捷，風(fēng)險(xiǎn)較低，對既有交通影響較小，可只封閉一個(gè)車道施工，工期較短；2、對病害段隧道結(jié)構(gòu)能起到較好的加固效果；3、造價(jià)較低。

缺點(diǎn)：1、對基底加固，但是未從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行完善，病害未從根本上進(jìn)行處治，長期效果需進(jìn)一步觀察。

四、變形長期監(jiān)測方案

在隧道維修過程中，應(yīng)對圍巖和支護(hù)進(jìn)行量測，通過現(xiàn)場量測獲得圍巖和支護(hù)工作狀態(tài)的有關(guān)數(shù)據(jù)，來判斷圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性及工作狀態(tài)，從而選擇和修正支護(hù)參數(shù)及指導(dǎo)施工。通過近年來省內(nèi)外公路隧道變形長期監(jiān)測的調(diào)研與實(shí)施案例，并結(jié)合烏鞘嶺隧道群結(jié)構(gòu)變形的實(shí)際情況，在襯砌拱頂、拱腰部位布設(shè)光纖光柵式靜力水準(zhǔn)儀，路面隆起部位埋設(shè)光纖光柵式單點(diǎn)位移計(jì)，隧道監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集，包括現(xiàn)場光纖光柵解調(diào)儀、數(shù)據(jù)通信線路及配套設(shè)備。

五、質(zhì)量控制指標(biāo)與材料要求

（一）注漿鎖腳錨固（鋼管樁）

（二）后錨固質(zhì)量控制要求

1、基本要求

（1）錨栓、膠粘劑、界面劑、聚合物砂漿的類別和規(guī)格滿足設(shè)計(jì)要求；（2）基材混凝土強(qiáng)度、表面清理和缺陷修復(fù)滿足：基材上的抹灰層、裝飾層、附著物、油污應(yīng)清除干凈；基材表面堅(jiān)實(shí)、平整，不應(yīng)有蜂窩麻面等局部缺陷；（3）擴(kuò)底型錨栓的施工工藝應(yīng)符合產(chǎn)品說明書和相關(guān)規(guī)范要求；（4）錨栓的位置、錨固的深度、控制扭矩或控制位移等符合設(shè)計(jì)和產(chǎn)品說明書的要求；

2、外觀檢查

（1）基材表面應(yīng)堅(jiān)實(shí)平整，錨固區(qū)的原構(gòu)件混凝土不應(yīng)有局部缺陷；（2）基材上不應(yīng)有結(jié)構(gòu)抹灰層、裝飾層和嚴(yán)重的裂縫；（3）在錨固深度范圍內(nèi)，錨孔干燥度應(yīng)滿足產(chǎn)品說明書要求；（4）錨孔安裝前，應(yīng)徹底清理錨栓表面的附著物和污漬；（5）錨孔清孔后，錨孔和基面內(nèi)應(yīng)無殘留的粉塵和碎屑；（6）安裝后的錨栓外觀應(yīng)整齊潔凈。

3、實(shí)測項(xiàng)目