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公路隧道二次衬砌加固技术
 

1. 引言

我国大量的公路隧道已经进入“养护维修”阶段,部分早期建设的隧道,标准不高,经过长期运营,出现了渗漏水、衬砌开裂、剥落、拱背孔洞、衬砌厚度不足,混凝土路劣化、路面开裂、路面冒水等明显病害,危机隧道内的行车安全,亟需进行维修加固。

二次衬砌作为公路隧道主要结构,其技术状况对于隧道运营安全至关重要,二次衬砌结构加固技术,是隧道加固领域的核心内容。

二次衬砌加固,是以衬砌混凝土作为加固对象,采取增大截面积、增设补强材料等工程措施,提高衬砌结构承载能力,主要包括粘贴碳纤维复合材料、粘贴钢板(钢带)、喷射混凝土、嵌入钢拱架、套拱等加固措施,减低围岩荷载或改善衬砌结构受力状态的加固技术。


2. 二次衬砌加固关键技术

2.1 粘贴碳纤维复合材料技术

2.1.1 加固机理:粘贴碳纤维复合材料技术,是采用碳纤维浸渍胶,将碳纤维复合材料粘贴于二次衬砌混凝土表面,充分发挥碳纤维复合材料抗拉强度高的优点,通过两者的共同作用,达到加固补强,改善受力性能的一种结构加固技术。当二次衬砌结构受到荷载增长时,由碳纤维复合材料在收到拉区提供抗拉应力,组织混凝土裂缝进一步发展,从而提高结构完整性和结构承载力。

2.1.3 技术要点:⑴ 注意施工环境温度不低于5℃且不高于35℃,否则应采取必要的温度控制措施。⑵ 碳纤维浸渍胶和碳纤维复合材料宜由同一厂家提供。⑶ 基层处理的情况直接影响黏贴质量,对于混凝土表面的孔洞、裂缝和渗漏水,需先行处治,保证粘结面平整、坚实、干燥,表层含水率控制在4%以下。⑷ 碳纤维的径向应与裂缝走向垂直,其沿纤维受力方向的搭接长度不小于100mm,搭接部位避免设置在衬砌开裂补位。⑸ 可采用多条或多层的方式,其搭接位置相互错开,错开距离不小于100mm。⑹ 环境湿度大时,会影响碳纤维材料的粘结质量,因此,空气湿度大于90%时,应采取措施或停止施工,必要时选用适用潮湿环境材料。⑺ 碳纤维是电的良导体,浸渍胶为易燃品,故其表面应做必要的防火处理,可采用聚合物砂浆抹面。隧道内施工时,需特别注意防火及用电安全。

总之,粘贴碳纤维复合材料技术具有施工速度快、占用空间小、粘贴质量易保证、施工工期短等优点,对于提高二次二次衬砌混凝土受拉开裂有良好的作用。

2,2 粘贴钢板(钢带)技术

2.2.1 加固机理:粘贴钢板(钢带)技术,是在衬砌混凝土表面,用配置好的粘钢胶及锚栓,将打磨好的的钢板(钢带)与衬砌混凝土连接成一体。通过粘贴钢板(钢带)技术增强混凝土一部分手拉钢筋,来提高结构承载力的一种加固技术。


2.2.2 适用性:粘贴钢板(钢带)技术适用于衬砌局部存在掉块可能或衬砌混凝土强度、厚度不足,隧道净空富余量小,原衬砌混凝土强度等级不低于C20的隧道结构加固。该技术分为外贴和内嵌两种形式,内嵌需凿槽,对原结构存在损伤,无特殊要求时,通常采用外贴方式。

2,2,3 技术要点:⑴ 加固衬砌混凝土强度等级不低于C20,,且混凝土表面的正拉粘结强度不低于1.5MPa。⑵ 胶黏剂英语钢板(带)、结构混凝土相适宜,确保粘结效果。⑶ 钢板(带)厚度宜为5-10mm,钢板过薄,加固作用不大,过厚则粘贴困难,并且钢材作用不能完全发挥。⑷ 钢板(带)宜呈条带状全断面设置,钢板宽度宜为其厚度的3050倍,钢板过窄,加固效果不理想,过宽则重量大,施工质量不易控制。⑸ 钢板(带)应采用定型化学锚栓或扩底锚栓进行初步固定后,再采用胶黏剂粘结。锚栓承载力应进行验算,不得采用膨胀型锚栓作为连接件。⑹ 钢板(带)表面应进行防腐蚀、防锈蚀处理,处理材料应对钢板及胶黏剂无害。⑺ 粘贴钢板(带)加固,一般用于长期使用的湿度不大于70%、无化学腐蚀且无放射性的环境下。⑻ 黏贴施工宜在环境温度5℃至35℃、空气湿度不大于90%的条件下进行。⑼ 黏贴位置的混凝土表层含水率不应大于4%。对含水率超限或浇筑不满90天的混凝土,应进行人工干燥处理。

总之,粘贴钢板(带)加固具有占用空间小、重量轻、操作便利、施工周期短、易于控制施工质量、抗拉强度高以及能保证加固效果等优点。其缺点是工程费用较高。

2.3 喷射混凝土技术

2.3.1 加固机理:喷射混凝土加固技术,是利用喷射机械将空气压缩,把按一定比例配合的混凝土拌合料高速喷射到衬砌结构上,并粘结成一体,共同受力,从而达到加固补强的一种技术。喷射混凝土可以使已裂损的块体紧密结合,阻止这些块体进一步松动,同时,在喷射压力作用下嵌入裂隙内一定深度,使裂缝粘结闭合,增强原有裂损衬砌的整体性,从而提高裂损衬砌的承载能力。

2.3.2 适用范围:喷神混凝土技术适用于衬砌局部裂损或厚度、强度不足时衬砌加固。喷射混凝土应与钢筋网、植筋(锚杆)等喷和使用。喷使混凝土施工工艺,有干喷法和湿喷法两种,加固施工时应采用湿喷法。

2.3.3 技术要点:⑴ 新增结构厚度较厚,应核查采用该技术加固是否会造成“侵限”问题。⑵ 为保证加固效果,应采用高标号喷射混凝土,必要时可采用喷射合成纤维混凝土或钢纤维混凝土。⑶ 应与钢筋网、锚杆等喷和使用,对增加裂损衬砌的刚度、稳定性以及提高结构承载能力的效果显著。⑷ 喷射混凝土厚度不应小于50mm,不宜大于200mm。厚度小于50mm时,粗骨料偏少,容易引起收缩开裂;厚度大于200mm时不经济,宜采用套拱加固技术。⑸ 为保证喷射混凝土与既有衬砌的有效粘结,应在既有衬砌表面进行凿毛处理,必要时涂刷界面剂或进行植筋连接,增强新旧结构层的整体性。⑹ 喷射混凝土施工应采用喷射工艺,当加固厚度大于70mm时,宜分层喷射。⑺ 喷射混凝土表面要平整,应对超喷或欠喷射混凝土部位进行刮除或补喷,使之周边衬砌混凝土连接圆顺。

总之,喷射混凝土技术加固具有经济、快速高效、治疗可靠等优点,应用与应急抢险加固效果显著。该技术的缺点是,占用空加大施工粉尘较大、材料回弹量大、施工后衬砌表面平整度不高等。

2.4 套拱加固技术

2.4.1 加固机理:套拱加固,是为阻止隧道衬砌进一步裂损变形或防止严重漏水,沿原衬砌表面增设拱形结构,使其与原衬砌形成共同承载体的加固技术。套拱加固技术可以极大地提高隧道的承载力,是最有效的隧道衬砌结构加固方式。由于可以在套拱和原有衬砌加狗之间重新施做防排水系统,对解决衬砌漏水问题效果显著。

2.4.2 适用范围:套拱加固技术,适用于隧道结构裂损严重或衬砌大面积劣化,剥落时的衬砌加固,也可作为严重渗漏水的处置措施。根据新增结构与既有衬砌的接触方式,可分为叠合式套拱和分离式套拱。叠合式套拱,是套拱混凝土与既有衬砌混凝土有效粘结,并采用凿毛和植筋的方式连为一体,达到结构加强的目的;分离式套拱是套拱混凝土与既有衬砌混凝土之间铺设防水板,实现结构加强,同时兼顾渗漏水处治。

2.4.3 技术要点:⑴ 由于套拱结构层较厚,应考虑加固后既有隧道净空是否满足原技术标准,不满足时应进行论证。⑵ 套拱加固宜采用钢筋混凝土套拱、钢价混凝土套拱等,应根据隧道病害程度,计算确定套拱型式、厚度、加固范围。⑶ 隧道渗漏水严重时,应在套拱和原衬砌间设置防排水设施。⑷ 套拱宜全断面布置,应有可靠的的基础,并设置锁脚锚杆(管),必要时可增加仰拱。⑸ 模筑混凝土套拱厚度不宜小于200mm。喷射混凝土套拱厚度不宜小于150mm。套拱布置范围宜延伸至加固段落外3m5m.⑹ 套拱的变形缝位置,应与原衬砌变形缝位置一致。⑺ 套拱施工影响原有排水系统时,应恢复原有排水系统功能。⑻ 叠合式套拱可采用植筋、铺设钢筋网等措施,确保新旧结构的链接。⑼ 复合式套拱,建议采用钢筋混凝土结构,混凝土轻度等级通常不低于C30

总之,套拱加固是加固效果好、易控制施工质量,且解决严重衬砌漏水最有效的方式。其缺点是投资大、施工时间长、造价高,并很可能导致“侵限”问题发生。

 
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