運營公路隧道襯砌病害整治輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼技術(shù)研究

廖岳泰

（甘肅省公路交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 7300300）

0 引言

隨著我國運營公路隧道里程及運營時間不斷增加，受地質(zhì)、建筑材料、設(shè)計、施工、運營等各種因素影響[1-2]，運營隧道病害問題日益突出，部分隧道結(jié)構(gòu)性病害已對洞內(nèi)行車安全造成較大影響，亟待整治。在隧道凈空允許的情況下，可以通過輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼技術(shù)來加固襯砌，阻止既有襯砌的進(jìn)一步開裂變形，達(dá)到徹底整治襯砌結(jié)構(gòu)性病害的目的[3]。本文從適用條件、施工難度、加固效果和經(jīng)濟(jì)性等方面分析對比輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固技術(shù)，以期為今后運營公路隧道病害整治過程中科學(xué)合理的選擇處治方案提供借鑒。

1 輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固方案介紹

1.1 輕軌套襯加固

輕軌套襯加固是在既有襯砌內(nèi)表面架設(shè)輕型鋼軌（縱向間距視病害嚴(yán)重程度可設(shè)置為0.5～1.0m），在鋼軌上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，然后噴射鋼纖維混凝土形成套拱，達(dá)到襯砌結(jié)構(gòu)加固的目的，輕軌套襯結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1。該方案中根據(jù)隧道凈空情況選擇輕型鋼軌（一般采用國標(biāo)Q55 15號輕型鋼軌），輕軌節(jié)段之間采用Q235鋼墊板及高強螺栓連接，鋼軌頂腹板設(shè)Φ12鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)孔20cm×20cm，鋼筋網(wǎng)與鋼軌焊接或與鋼軌預(yù)焊接的鋼筋連接件綁扎牢固。主要施工工序為：襯砌裂縫處治→襯砌鑿毛→電纜槽拆除→輕軌架設(shè)→鎖腳錨管打設(shè)→恢復(fù)電纜槽→鋼筋網(wǎng)片掛設(shè)→噴射混凝土→恢復(fù)涂裝。

1.2 掛網(wǎng)噴砼加固

掛網(wǎng)噴砼加固是在原有襯砌植入注射式膠黏型錨栓，在錨栓上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，然后噴射鋼纖維混凝土形成套拱，達(dá)到襯砌結(jié)構(gòu)加固的目的，掛網(wǎng)噴砼結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖2。該方案中錨栓一般采用Φ12粘結(jié)模擴底錨栓或特殊倒錐形化學(xué)錨栓，要求有效錨固深度hef≥10cm，錨栓外露長度不小于70mm（與鋼筋網(wǎng)有效連接），錨栓間距60cm×60cm梅花型布置；待錨栓完成并經(jīng)過驗收合格后，掛設(shè)Φ12鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)片間距20cm×20cm，鋼筋網(wǎng)與錨栓采用鐵絲交叉綁扎牢固或點焊牢固。主要施工工序為：襯砌裂縫處治→襯砌鑿毛→植入錨栓→鋼筋網(wǎng)片掛設(shè)→噴射混凝土→恢復(fù)涂裝。

2 輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固技術(shù)對比

2.1 適用條件

輕軌套襯加固適用于既有襯砌厚度較原設(shè)計厚度嚴(yán)重不足，且裂損嚴(yán)重，或襯砌大面積劣化剝落、隧道結(jié)構(gòu)承載力不足病害的整治，亦可作為嚴(yán)重滲漏水的處治措施。

掛網(wǎng)噴砼加固適用于既有襯砌厚度較原設(shè)計厚度一般不足，襯砌局部裂損，但結(jié)構(gòu)尚未喪失承載能力的襯砌病害整治。

但輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固的截面較厚，要求隧道有必要的凈空富余，以防止侵入建筑限界。當(dāng)隧道斷面限界富裕小時，須適當(dāng)鑿除既有二襯混凝土，鑿除厚度不應(yīng)大于既有襯砌厚度的1/3，否則將危及襯砌結(jié)構(gòu)安全。

2.2 施工難度

圖1 輕軌套襯加固結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖2 掛網(wǎng)噴砼結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

與掛網(wǎng)噴砼加固相比，輕軌套襯加固施工工序更加繁雜，質(zhì)量、安全控制點相應(yīng)增多。1）要對每榀輕軌打設(shè)鎖腳錨管并注漿。2）輕軌節(jié)段拼裝精細(xì)化要求較高。為防止隧道因施工原因或經(jīng)多年運營發(fā)生受力變形，斷面較標(biāo)準(zhǔn)斷面有所變化，輕軌節(jié)段加工前需提前對處治段落進(jìn)行斷面復(fù)測，并根據(jù)所測數(shù)據(jù)在輕軌節(jié)段加工中進(jìn)行曲線擬合，確保輕軌最大限度密貼既有襯砌。3）輕軌自重較大，為提高輕軌套襯受力可靠性，輕軌安裝前需拆除已施工的電纜槽，將輕軌落腳于堅實的混凝土基礎(chǔ)上。4）輕軌拼裝完成后，為加強輕軌之間及輕軌與原有襯砌之間的聯(lián)系，達(dá)到更好受力效果，各榀輕軌之間需等間距設(shè)置縱向連接筋，并在每榀輕軌環(huán)向等間距打設(shè)U型抱箍筋，U型抱箍筋采用植筋方式植入襯砌，深度一般不小于16cm。

2.3 加固效果

輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固對隧道結(jié)構(gòu)承載力的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：首先，受加固材料剛度的影響，采用不同的材料進(jìn)行受損襯砌加固時，結(jié)構(gòu)的承載能力各不相同；其次，受加固范圍的影響，加固范圍的大小直接影響結(jié)構(gòu)最終破壞時的形式、內(nèi)力分布。

掛網(wǎng)噴砼整治段落襯砌混凝土內(nèi)部往往已產(chǎn)生較密集的較寬或毛細(xì)裂縫，裂縫局部分割襯砌混凝土而降低病害塊體的整體性。掛網(wǎng)噴砼加固前，已采用壓力注膠方式對較寬裂縫進(jìn)行處治，而噴射混凝土由于噴射壓力的作用使?jié){料嵌入裂縫，將襯砌表面裂縫粘結(jié)閉合，從而增強病害段襯砌結(jié)構(gòu)的整體性。同時，掛網(wǎng)噴砼加固中鋼筋網(wǎng)片的設(shè)置能有效防止收縮裂紋，對襯砌結(jié)構(gòu)的整體性和抗沖切能力也有所提高。噴層以及噴層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)優(yōu)勢互補，對增加裂損襯砌的剛度、穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)承載力的效果顯著[4]。

輕軌套襯加固方案包含鋼筋網(wǎng)片和噴射混凝土，除以上掛網(wǎng)噴砼加固效果外，由于增設(shè)輕型鋼軌，內(nèi)襯-鋼軌加固結(jié)構(gòu)自身具有較大的剛度，能夠承受彎矩和軸力的作用，因此能夠進(jìn)一步提高隧道結(jié)構(gòu)的承載力。此外，輕軌套襯加固方案中輕型鋼軌、鋼筋網(wǎng)片、縱向連接筋及U型抱箍筋的連接設(shè)計，使噴射混凝土和輕型鋼軌均能同時發(fā)揮最大作用，避免在輕型鋼軌處內(nèi)襯開裂。

2.4 經(jīng)濟(jì)對比

以某高速公路運營隧道維修加固經(jīng)驗，將輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固方案每延米主要材料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)果見表1。

表1 輕軌套襯與掛網(wǎng)噴砼加固方案每延米主要材料經(jīng)濟(jì)比較

從表1可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)相同的條件下，每延米工程量輕軌套襯加固方案主要材料價格高出掛網(wǎng)噴砼將近3000元。高出價格主要體現(xiàn)在輕軌套襯加固方案中增加了大量的輕型鋼軌、縱向連接筋及鎖腳鋼管。

3 結(jié)論

通過上述比較可以得出，輕軌套襯加固處治施工完成后結(jié)構(gòu)整體受力較好，對襯砌病害處治效果更加顯著，可靠性也更強，但施工工序繁雜，施工難度較大，施工中需對原電纜槽拆除重建，電纜槽內(nèi)已敷設(shè)的光纜、消防管道等也需進(jìn)行保護(hù)，施工周期更長，造價更高。

掛網(wǎng)噴砼加固工序較為簡單，較輕軌套襯加固施工周期短，施工難度小，工程造價也較低，但對植錨栓施工質(zhì)量要求較高，掛網(wǎng)噴砼加固受錨栓化學(xué)膠液使用壽命影響，其耐久性仍需通過后期運營中長期觀察確定。

4 結(jié)語

隧道襯砌病害輕軌套襯和掛網(wǎng)噴砼方案在實際施工中的選用與襯砌病害程度緊密相關(guān)[5-6]，需結(jié)合表觀病害和襯砌雷達(dá)檢測、鉆芯取樣等檢測手段，綜合分析病害成因，科學(xué)合理選用。