鋼帶加固技術(shù)在公路隧道中的應(yīng)用

席得飛

(蘭州公路局高養(yǎng)項(xiàng)目辦，甘肅 蘭州 730030)

1 工程概況

土家灣隧道位于甘肅省榆中縣與定西市交界，是G22青蘭高速巉口至柳溝河高速公路上的一座長(zhǎng)隧道。隧道穿越土家灣梁，海拔2 070 m，地層巖性主要為風(fēng)積黃土、老黃土及泥巖。隧道采用分離式斷面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車(chē)速80 km/h，上下行隧道行車(chē)道中心線間距70 m，上行線隧道全長(zhǎng)1 289.25 m，下行線隧道全長(zhǎng)1 265 m，采用端墻式洞門(mén)設(shè)計(jì)，巉口方向?yàn)檎w式洞門(mén)，蘭州方向?yàn)榉蛛x式。

2 病害描述

G22青蘭高速巉柳段土家灣隧道2002年建成通車(chē)至今，拱頂出現(xiàn)了不規(guī)則縱、橫向及網(wǎng)狀裂縫，經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)掃描發(fā)現(xiàn)局部襯砌存在脫空現(xiàn)象，為防止病害進(jìn)一步發(fā)展，提高隧道通行安全，蘭州局對(duì)該隧道存在裂縫及脫空的179襯砌實(shí)施鋼帶加固工程。

3 鋼帶加固原理及施工工序

3.1 加固原理

在隧道原襯砌承載能力穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，通過(guò)鎖腳錨桿、粘剛膠和倒錐形粘結(jié)型錨栓將鋼帶與襯砌混凝土錨固為一個(gè)整體，增大襯砌的截面尺寸，相當(dāng)于襯砌混凝土加筋，保證了隧道的整體受力結(jié)構(gòu)。當(dāng)裂縫變形時(shí)鋼帶約束了裂縫的張拉應(yīng)力延伸，達(dá)到了與襯砌共同受力的目的，提高了隧道襯砌的整體承載能力。

加固用鋼帶采用25 cm寬、5 mm厚的Q355鋼板，縱向間距為50 cm。每片弧長(zhǎng)14 m，鋼帶除采用專用粘鋼膠與襯砌混凝土粘結(jié)牢固外，還采用M16×160特殊倒錐形粘結(jié)型錨栓經(jīng)過(guò)2 h化學(xué)反應(yīng)固結(jié)與襯砌可靠連接，錨栓有效錨固深度不小于16 cm，鋼板外露面防腐處理后全斷面恢復(fù)涂裝。

3.2 施工工序

病害調(diào)查→基面打磨→脫空注漿→基面處理→鋼帶制作→鎖腳錨桿設(shè)置→植入錨栓→鋼帶粘貼→鋼帶封邊→壓力注膠→涂裝恢復(fù)。

4 鋼帶加固施工工藝

4.1 調(diào)查定位

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)掃描結(jié)果和設(shè)計(jì)圖紙對(duì)照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際病害，確定需要處治的部位或樁號(hào)，并做好標(biāo)記。

4.2 施工準(zhǔn)備

施工前要辦理好施工占道手續(xù)，確定好材料規(guī)格及機(jī)械設(shè)備。對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，搭設(shè)好移動(dòng)式作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)平臺(tái)要搭設(shè)牢固、穩(wěn)定，并設(shè)置警示燈，高空作業(yè)人員要綁扎好安全帶，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)派專人指揮交通。

4.3 基面打磨

首先按提前調(diào)查定位好的部位，沿環(huán)向用打磨機(jī)對(duì)原基面依次進(jìn)行打磨，然后再打磨縱向鋼帶搭接基面，打磨標(biāo)準(zhǔn)為露出新鮮堅(jiān)實(shí)的混凝土基面為宜，打磨寬度一般比剛帶(寬25 cm)兩側(cè)寬出至少2 cm，打磨的同時(shí)要做好防塵降塵措施。

4.4 脫空注漿

打磨完成后用錘子仔細(xì)敲擊拱頂襯砌確認(rèn)脫空具體部位并標(biāo)記，然后先對(duì)出現(xiàn)裂縫的部位進(jìn)行注膠封閉處理。其次，按標(biāo)記定位鉆孔，設(shè)置注漿孔與排氣孔，按設(shè)計(jì)要求拌制好漿液采用高壓注漿機(jī)進(jìn)行注漿(脫空注漿是壓力不應(yīng)大于0.1 MPa，具體以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為準(zhǔn))，注漿至排氣孔流出相同稠度的漿液為止，然后用木塞封堵直至漿液凝結(jié)后取出。

4.5 基面處理

脫空注漿完成后對(duì)粘貼鋼帶的范圍內(nèi)進(jìn)行基面處理，吹掃表面浮塵后用聚合物砂漿填補(bǔ)找平襯砌表面凹凸不平整處，使平整度小于1.5 mm/m，并保持使襯砌混凝土基面平整、圓順、干凈、干燥。

4.6 鋼帶制作

在施工準(zhǔn)備工作的同時(shí)，粘貼加固用的鋼帶規(guī)格嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)料，必須具有質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告及產(chǎn)品合格證明，并經(jīng)第三方檢測(cè)合格后方能使用。鋼帶進(jìn)場(chǎng)后送到鋼筋加工車(chē)間按設(shè)計(jì)尺寸加工，每拱鋼帶分3節(jié)，兩端各6 m，中間一節(jié)2.4 m，與兩端搭接20 cm，環(huán)向尺寸總長(zhǎng)14 m，縱向搭接尺寸1 m，鋼帶均寬為25 cm。鋼帶加工成形后用除銹機(jī)打磨鋼帶表面，打磨至露出金屬光澤，打磨紋路與鋼板受力方向垂直，且鋼帶粘結(jié)面要有一定的粗糙度，然后用脫脂棉沾丙酮將鋼板表面擦拭干凈，除去銹氣。鋼帶外露面要涂刷防腐漆3道，防止鋼帶生銹，縮短使用壽命。

4.7 鎖腳錨桿設(shè)置

每環(huán)鋼帶底部?jī)蓚?cè)拱墻處各設(shè)置兩根長(zhǎng)70 cm的φ25鎖腳錨桿，間距一般10 cm。具體將鎖腳錨桿分別設(shè)置于檢修道以上3 m拱墻處，與拱墻錨固牢固，用于固定鋼帶，承受鋼帶環(huán)向張拉力及剪切力。

4.8 植入錨栓

應(yīng)先按設(shè)計(jì)距離定位鉆孔，深度確保不小于16 cm，注意如遇裂縫及鋼筋時(shí)應(yīng)錯(cuò)開(kāi)布置。鉆孔完成后清洗或吹掃襯砌基面浮塵，然后植入固定鋼帶的錨栓，錨栓為M16×160特殊倒錐形粘結(jié)型錨栓，錨栓與化學(xué)粘結(jié)劑一并植入，使膠體充分滲透到襯砌與錨栓連接面，植入深度必須符合設(shè)計(jì)要求，待形成強(qiáng)度后(4～6 h)對(duì)錨栓進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行鋼帶安裝。

4.9 鋼帶粘結(jié)

粘貼用的鋼帶按錨栓間距用開(kāi)孔器打孔，開(kāi)孔形狀為扁圓形且略大于錨栓直徑，這樣做有利于間隙調(diào)整，嚴(yán)禁使用氧焊或電焊切割開(kāi)孔，避免破壞鋼板力學(xué)性能，開(kāi)孔后的孔位邊緣要打磨圓滑。粘貼前鋼帶粘結(jié)面再次用除銹機(jī)打磨一次，去除表層污垢及銹蝕，利用輔助機(jī)具將鋼板運(yùn)送至操作平臺(tái)，人工安裝鋼帶至固定在錨栓上，并不斷調(diào)整間隙把鋼帶安放穩(wěn)定，并緊貼在襯砌基面。通過(guò)螺帽將鋼板暫固定在襯砌基面，鋼板應(yīng)與襯砌面保留5 mm的空隙，以利于粘鋼膠充滿整個(gè)粘結(jié)面，起到更好的連接作用，鋼帶與襯砌表面預(yù)留的空隙調(diào)整合適后擰緊螺帽。用同樣的方法再次安裝縱向鋼帶，縱向鋼帶與環(huán)向鋼帶搭接面還需焊接牢固，使之形成一個(gè)穩(wěn)定的整體。鋼帶檢查安裝牢固后，基面與鋼帶連接面四周用封邊膠封邊，封邊膠封邊時(shí)要連續(xù)密實(shí)，不得間斷，否則會(huì)產(chǎn)生漏膠現(xiàn)象，封邊的同時(shí)安裝注膠管及排氣管。

4.10 壓力注膠

鋼帶封邊膠凝結(jié)牢固后，按照要求配制粘鋼膠，膠體應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)和性能要求。注膠槍插入注膠管中穩(wěn)壓灌入，注膠時(shí)壓力一般控制在0.2～0.4 MPa之間，當(dāng)相鄰注膠管開(kāi)始有新鮮膠液流出后為宜，在當(dāng)前狀態(tài)下持續(xù)穩(wěn)壓2～5 min，同時(shí)用橡膠錘持續(xù)敲擊鋼帶表面使膠體密實(shí)、飽滿。待該段鋼帶內(nèi)膠液密實(shí)且相鄰注膠管(排氣管)無(wú)氣泡排出后，方可將當(dāng)前注膠管封閉，移至下一注膠管繼續(xù)注膠。

4.11 涂料恢復(fù)

鋼帶注膠完成，待膠體固化后割斷注膠管(排氣管)，清理鋼帶表層污垢，對(duì)鋼帶外露面進(jìn)行防腐處理，涂刷防腐漆4道，然后拱頂全斷面噴涂防火涂料，恢復(fù)原涂裝。

5 施工質(zhì)量控制

粘貼鋼板加固施工質(zhì)量應(yīng)該符合設(shè)計(jì)及《公路隧道加固技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5440-2018)的相關(guān)規(guī)定，質(zhì)量控制要求如表1所示。另外，鋼板外觀應(yīng)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(wú)局部過(guò)厚、過(guò)薄現(xiàn)象。

表1 粘貼鋼板加固施工質(zhì)量控制表

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)加固后的效果觀察，隧道裂縫穩(wěn)定，未出現(xiàn)開(kāi)裂和襯砌剝落現(xiàn)象，避免了襯砌厚度不足導(dǎo)致的裂縫，提高了隧道襯砌整體承載力，結(jié)構(gòu)安全性有了保障，加固效果較為明顯。鋼帶加固技術(shù)對(duì)原有襯砌結(jié)構(gòu)影響小，施工快捷、簡(jiǎn)便，節(jié)約成本、經(jīng)濟(jì)有效，環(huán)境污染小，主要占用施工空間少，解決了隧道不能封閉交通，施工不便的技術(shù)問(wèn)題。