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公路隧道二次襯砌加固技術
 

1. 引言

我國大量的公路隧道已經進入“養護維修”階段,部分早期建設的隧道,標準不高,經過長期運營,出現了滲漏水、襯砌開裂、剝落、拱背孔洞、襯砌厚度不足,混凝土路劣化、路麵開裂、路麵冒水等明顯病害,危機隧道內的行車安全,亟需進行維修加固。

二次襯砌作為公路隧道主要結構,其技術狀況對於隧道運營安全至關重要,二次襯砌結構加固技術,是隧道加固領域的核心內容。

二次襯砌加固,是以襯砌混凝土作為加固對象,采取增大截麵積、增設補強材料等工程措施,提高襯砌結構承載能力,主要包括粘貼碳纖維複合材料、粘貼鋼板(鋼帶)、噴射混凝土、嵌入鋼拱架、套拱等加固措施,減低圍岩荷載或改善襯砌結構受力狀態的加固技術。


2. 二次襯砌加固關鍵技術

2.1 粘貼碳纖維複合材料技術

2.1.1 加固機理:粘貼碳纖維複合材料技術,是采用碳纖維浸漬膠,將碳纖維複合材料粘貼於二次襯砌混凝土表麵,充分發揮碳纖維複合材料抗拉強度高的優點,通過兩者的共同作用,達到加固補強,改善受力性能的一種結構加固技術。當二次襯砌結構受到荷載增長時,由碳纖維複合材料在收到拉區提供抗拉應力,組織混凝土裂縫進一步發展,從而提高結構完整性和結構承載力。

2.1.3 技術要點:⑴ 注意施工環境溫度不低於5℃且不高於35℃,否則應采取必要的溫度控製措施。⑵ 碳纖維浸漬膠和碳纖維複合材料宜由同一廠家提供。⑶ 基層處理的情況直接影響黏貼質量,對於混凝土表麵的孔洞、裂縫和滲漏水,需先行處治,保證粘結麵平整、堅實、幹燥,表層含水率控製在4%以下。⑷ 碳纖維的徑向應與裂縫走向垂直,其沿纖維受力方向的搭接長度不小於100mm,搭接部位避免設置在襯砌開裂補位。⑸ 可采用多條或多層的方式,其搭接位置相互錯開,錯開距離不小於100mm。⑹ 環境濕度大時,會影響碳纖維材料的粘結質量,因此,空氣濕度大於90%時,應采取措施或停止施工,必要時選用適用潮濕環境材料。⑺ 碳纖維是電的良導體,浸漬膠為易燃品,故其表麵應做必要的防火處理,可采用聚合物砂漿抹麵。隧道內施工時,需特別注意防火及用電安全。

總之,粘貼碳纖維複合材料技術具有施工速度快、占用空間小、粘貼質量易保證、施工工期短等優點,對於提高二次二次襯砌混凝土受拉開裂有良好的作用。

2,2 粘貼鋼板(鋼帶)技術

2.2.1 加固機理:粘貼鋼板(鋼帶)技術,是在襯砌混凝土表麵,用配置好的粘鋼膠及錨栓,將打磨好的的鋼板(鋼帶)與襯砌混凝土連接成一體。通過粘貼鋼板(鋼帶)技術增強混凝土一部分手拉鋼筋,來提高結構承載力的一種加固技術。


2.2.2 適用性:粘貼鋼板(鋼帶)技術適用於襯砌局部存在掉塊可能或襯砌混凝土強度、厚度不足,隧道淨空富餘量小,原襯砌混凝土強度等級不低於C20的隧道結構加固。該技術分為外貼和內嵌兩種形式,內嵌需鑿槽,對原結構存在損傷,無特殊要求時,通常采用外貼方式。

2,2,3 技術要點:⑴ 加固襯砌混凝土強度等級不低於C20,,且混凝土表麵的正拉粘結強度不低於1.5MPa。⑵ 膠黏劑英語鋼板(帶)、結構混凝土相適宜,確保粘結效果。⑶ 鋼板(帶)厚度宜為5-10mm,鋼板過薄,加固作用不大,過厚則粘貼困難,並且鋼材作用不能完全發揮。⑷ 鋼板(帶)宜呈條帶狀全斷麵設置,鋼板寬度宜為其厚度的3050倍,鋼板過窄,加固效果不理想,過寬則重量大,施工質量不易控製。⑸ 鋼板(帶)應采用定型化學錨栓或擴底錨栓進行初步固定後,再采用膠黏劑粘結。錨栓承載力應進行驗算,不得采用膨脹型錨栓作為連接件。⑹ 鋼板(帶)表麵應進行防腐蝕、防鏽蝕處理,處理材料應對鋼板及膠黏劑無害。⑺ 粘貼鋼板(帶)加固,一般用於長期使用的濕度不大於70%、無化學腐蝕且無放射性的環境下。⑻ 黏貼施工宜在環境溫度5℃至35℃、空氣濕度不大於90%的條件下進行。⑼ 黏貼位置的混凝土表層含水率不應大於4%。對含水率超限或澆築不滿90天的混凝土,應進行人工幹燥處理。

總之,粘貼鋼板(帶)加固具有占用空間小、重量輕、操作便利、施工周期短、易於控製施工質量、抗拉強度高以及能保證加固效果等優點。其缺點是工程費用較高。

2.3 噴射混凝土技術

2.3.1 加固機理:噴射混凝土加固技術,是利用噴射機械將空氣壓縮,把按一定比例配合的混凝土拌合料高速噴射到襯砌結構上,並粘結成一體,共同受力,從而達到加固補強的一種技術。噴射混凝土可以使已裂損的塊體緊密結合,阻止這些塊體進一步鬆動,同時,在噴射壓力作用下嵌入裂隙內一定深度,使裂縫粘結閉合,增強原有裂損襯砌的整體性,從而提高裂損襯砌的承載能力。

2.3.2 適用範圍:噴神混凝土技術適用於襯砌局部裂損或厚度、強度不足時襯砌加固。噴射混凝土應與鋼筋網、植筋(錨杆)等噴和使用。噴使混凝土施工工藝,有幹噴法和濕噴法兩種,加固施工時應采用濕噴法。

2.3.3 技術要點:⑴ 新增結構厚度較厚,應核查采用該技術加固是否會造成“侵限”問題。⑵ 為保證加固效果,應采用高標號噴射混凝土,必要時可采用噴射合成纖維混凝土或鋼纖維混凝土。⑶ 應與鋼筋網、錨杆等噴和使用,對增加裂損襯砌的剛度、穩定性以及提高結構承載能力的效果顯著。⑷ 噴射混凝土厚度不應小於50mm,不宜大於200mm。厚度小於50mm時,粗骨料偏少,容易引起收縮開裂;厚度大於200mm時不經濟,宜采用套拱加固技術。⑸ 為保證噴射混凝土與既有襯砌的有效粘結,應在既有襯砌表麵進行鑿毛處理,必要時塗刷界麵劑或進行植筋連接,增強新舊結構層的整體性。⑹ 噴射混凝土施工應采用噴射工藝,當加固厚度大於70mm時,宜分層噴射。⑺ 噴射混凝土表麵要平整,應對超噴或欠噴射混凝土部位進行刮除或補噴,使之周邊襯砌混凝土連接圓順。

總之,噴射混凝土技術加固具有經濟、快速高效、治療可靠等優點,應用與應急搶險加固效果顯著。該技術的缺點是,占用空加大施工粉塵較大、材料回彈量大、施工後襯砌表麵平整度不高等。

2.4 套拱加固技術

2.4.1 加固機理:套拱加固,是為阻止隧道襯砌進一步裂損變形或防止嚴重漏水,沿原襯砌表麵增設拱形結構,使其與原襯砌形成共同承載體的加固技術。套拱加固技術可以極大地提高隧道的承載力,是最有效的隧道襯砌結構加固方式。由於可以在套拱和原有襯砌加狗之間重新施做防排水係統,對解決襯砌漏水問題效果顯著。

2.4.2 適用範圍:套拱加固技術,適用於隧道結構裂損嚴重或襯砌大麵積劣化,剝落時的襯砌加固,也可作為嚴重滲漏水的處置措施。根據新增結構與既有襯砌的接觸方式,可分為疊合式套拱和分離式套拱。疊合式套拱,是套拱混凝土與既有襯砌混凝土有效粘結,並采用鑿毛和植筋的方式連為一體,達到結構加強的目的;分離式套拱是套拱混凝土與既有襯砌混凝土之間鋪設防水板,實現結構加強,同時兼顧滲漏水處治。

2.4.3 技術要點:⑴ 由於套拱結構層較厚,應考慮加固後既有隧道淨空是否滿足原技術標準,不滿足時應進行論證。⑵ 套拱加固宜采用鋼筋混凝土套拱、鋼價混凝土套拱等,應根據隧道病害程度,計算確定套拱型式、厚度、加固範圍。⑶ 隧道滲漏水嚴重時,應在套拱和原襯砌間設置防排水設施。⑷ 套拱宜全斷麵布置,應有可靠的的基礎,並設置鎖腳錨杆(管),必要時可增加仰拱。⑸ 模築混凝土套拱厚度不宜小於200mm。噴射混凝土套拱厚度不宜小於150mm。套拱布置範圍宜延伸至加固段落外3m5m.⑹ 套拱的變形縫位置,應與原襯砌變形縫位置一致。⑺ 套拱施工影響原有排水係統時,應恢複原有排水係統功能。⑻ 疊合式套拱可采用植筋、鋪設鋼筋網等措施,確保新舊結構的鏈接。⑼ 複合式套拱,建議采用鋼筋混凝土結構,混凝土輕度等級通常不低於C30

總之,套拱加固是加固效果好、易控製施工質量,且解決嚴重襯砌漏水最有效的方式。其缺點是投資大、施工時間長、造價高,並很可能導致“侵限”問題發生。

 
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