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      隧道裂損加固及修復技術研討
      發布時間:2014-07-15
      襯砌裂損是最常見的隧道病害類型,主要包括隧道襯砌裂縫、錯臺和襯砌材料劣化,90%以上的隧道存在不同程度的襯砌裂損。襯砌結構裂損后結構承載能力大幅降低,對隧道運營安全造成安全隱患,故需加固修復。隧道工程承載特征和破壞機理復雜,劉海京、羅鑫等[1-2]通過試驗和計算模型分析了公路隧道存在裂縫的評價模型、方法;王華牢等[3]通過具體的工程實例分析了不同加固措施后的效果評價與分析方法;何川等[4]通過模型試驗模擬了不同隧道補強加固前后結構承載能力的對比,對加固效果進行了評價;劉海京等[6]介紹了多座不同類型隧道襯砌裂損后的處治措施。隧道工程是公路工程中的控制性工程,隧道修復加固會影響整條道路的營運和通行,部分城市道路(或高速公路)運營壓力巨大,而業界目前對隧道工程快速(不中斷交通)修復技術研究較少,故有必要結合實際需要開展相關研究。

      1隧道工程結構加固方法及工藝分析

      結構工程中常用的加固措施有加大截面法、置換法、粘鋼法、粘碳纖維板(布)、植筋法等,加固方法選取需依照結構承載特征、結構形式、可拆換性及允許空間等多種因素決定。隧道襯砌結構作為特殊的結構工程,應結合自身承載特征和破壞機理,選取合適的加固方法和工藝。首先,根據國內外隧道加固技術的進展和現狀,簡要分析和闡述常用的隧道加固技術。

      1.1裂縫處理和處治

      對不影響結構安全性的細小裂縫,考慮裂縫擴展和美觀影響,需對其進行封閉和填充。根據國內外經驗[4],裂縫寬度在0.2~1mm時,需用高強度密封砂漿將裂縫表面封閉,以防止裂縫內鋼筋氧化,同時起縫合作用,并防止裂縫進一步發展;裂縫寬度大于1mm時,除需封閉裂縫表面外,還要用注射等方法將環氧樹脂和高強度膠填充裂縫內。由文獻[1]可知,高強度砂漿封閉,其剛度和強度均較高,具有連接裂縫表面、防止裂縫擴展的功能,故對于各種類型裂縫均可有效封閉;裂縫填充物主要用于防止裂縫上下表面錯動摩擦,從而防止裂縫剪切、壓剪破壞。裂縫內填充物僅對壓剪斷裂和剪切斷裂有效,對于張拉裂縫或拉剪無效。裂縫內填充物填充飽滿即可,壓力不得過大,因為過大填筑壓力不利于裂縫結構穩定。

      1.2嵌拱(軌)及鋼帶加固

      隧道襯砌裂縫較嚴重、但結構尚有較強承載能力時,可通過嵌拱(軌)、鋼帶以及網片加噴射(鋼纖維)混凝土的方法對結構進行加固。嵌拱(軌)法和鋼帶加固法通過在襯砌結構內環向支撐(或鑿槽埋設)鋼帶、鋼拱架或鋼軌,從而使襯砌結構得到有效的支撐。嵌拱(軌)加固可根據實際需要直接在襯砌外施作,也可以在原襯砌內鑿槽安裝,具體施作方式可根據緊急程度、加固目的、建筑限界因素綜合選定。圖3是重慶雷家梁隧道襯砌內鋼帶加固情況,圖4是國道213線都江堰至映秀段友誼隧道地震后重建設計圖。

      1.3套拱加固技術

      隧道凈空允許且襯砌結構存在一定的承載能力時,在既有襯砌外重新施作套拱結構,新施作結構與原結構形成一體共同承擔圍巖壓力,在充分利用原有結構承載力基礎上,保證隧道安全。按照套拱結構施作范圍不同,可分為整體式套拱和和局部套拱,見圖5。需注意,套拱施作前需鑿除部分或局部混凝土結構,應保證原結構與新施作結構有效連接。套拱可通過模筑混凝土施工,也可用噴射(鋼纖維、碳纖維)混凝土方式施作,噴射混凝土添加鋼纖維和碳纖維可有效增強結構承載能力,減少套拱結構厚度,圖5(b)是國道213線都江堰至映秀段白云頂隧道地震后重建設計圖。

      1.4襯砌換拱

      隧道原有結構已失去承載能力或結構凈空不允許時,且采用鋼帶、嵌拱也等無法保證承載能力時,需將原有襯砌結構拆除并更換。與襯砌套拱類似,襯砌更換可分為整體全換和局部結構更換。圖7為整體襯砌結構更換和局部襯砌結構更換方案。圖7換拱結構加固(圖中尺寸單位為cm)除上述病害處治技術外,新材料、新技術和新工藝在我國公路隧道襯砌加固工程也得到了嘗試和應用,噴射碳(鋼)纖維混凝土加網片[9]、粘碳(芳綸)纖維板(布)法[10]、粘鋼板法[11]等方法也在不同的公路隧道、地下鐵道的病害處治工程得到了應用。

      2快速修復技術

      隧道修復技術應用條件不盡相同,方案選擇時需綜合考慮襯砌結構裂損程度、技術方案工藝復雜性、造價、施工周期、營運壓力、是否必須中斷交通、修復方案是否可有效增強結構承載力、是否能夠防止其它并發病害(例如滲漏水)等。本文根據隧道襯砌裂損快速修復需要,對不同修復技術進行了對比分析,見表1。

      3結語

      隧道運營養護期間,在不斷出現襯砌裂損和巨大運營壓力背景下,快速、不中斷交通的隧道襯砌裂損處治技術是公路隧道運營養護的迫切需要,是隧道工程中新的研究方向。因此,亟需在現有隧道襯砌裂損病害處治技術基礎上,解決快速修復技術的施工工藝和工法、相關處治裝備和設備的研制、施工組織和交通組織、施工變形量測與監控技術、運營安全防護保障措施等一系列問題,建立完善的隧道病害快速處治技術體系。

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