钢带加固技术在公路隧道病害处治中的应用

刘浩;张彦龙

【摘 要】营运公路隧道衬砌开裂和厚度不足已成为衬砌通病,钢带加固由于其特有的优势,已成为此类病害处治的优先选择方法.以京港澳高速公路粤境某隧道为例,针对此隧道存在的衬砌厚度不足的病害状况和安全隐患,采用镀锌钢板和化学锚栓相结合的方法对此隧道进行了加固,加固后隧道未出现明显的应力应变波动和衬砌表观病害,加固效果良好.

【期刊名称】《广东公路交通》 【年(卷),期】2018(044)004 【总页数】4页(P174-177)

【关键词】公路隧道;衬砌;钢带加固;承载力 【作 者】刘浩;张彦龙

【作者单位】广东华路交通科技有限公司,广州510420;广东华路交通科技有限公司,广州510420 【正文语种】中 文 【中图分类】U457.2 0 概述

随着我国公路隧道里程的不断增加，公里隧道病害也不断凸显出来。随着公路隧道结构材料的劣化和失效，同时围岩在长期地下水作用下的弱化，隧道衬砌的病害会

不断地显现出来，最为常见的衬砌病害为衬砌开裂破损和渗漏水。同时部分隧道由于施工期施工质量因素，存在衬砌厚度不足的病害，厚度不足也会造成衬砌开裂和脱落。衬砌结构是隧道工程的主体结构，确保衬砌结构的稳定和安全才能确保隧道的安全运营。

随着工程技术的不断进步，公路隧道衬砌加固方法主要有粘贴纤维法、粘贴钢带法、锚杆注浆加固法、衬砌套拱、衬砌嵌拱和换拱等。高强度钢带可以和衬砌形成一个整体的承载结构，使混凝土衬砌与钢带共同受力、分担一部分荷载，可通过钢带纵向连接防止坍塌，从而保证结构的安全性，且钢带加固具有施工速度快、污染小、空间占用小等优点。针对目前公路中普遍存在的衬砌开裂和衬砌厚度不足等病害，钢带加固已成为此类病害处治的优先选择。 1 工程概况

京港澳高速公路粤境某隧道为双洞单向行车隧道，属于短隧道。

隧道围岩为砂岩，采用复合式衬砌，初期支护采用锚杆、喷射混凝土或钢筋网喷射混凝土、工字钢钢架或格栅钢架，二次模筑混凝土采用C20混凝土衬砌或C25钢筋混凝土衬砌。在初期支护和二次衬砌之间铺设复合防水层形成支护结构，各类围岩采用曲墙式衬砌。

本隧道采用地质雷达法和钻孔验证法对衬砌厚度进行了检测，检测按5m间距对二次衬砌厚度进行了统计，隧道衬砌厚度的设计值在不同围岩条件下分别为35cm、40cm、45cm、50cm和60cm。通过地质雷达检测，发现隧道衬砌厚度的合格率仅为55.6%，局部衬砌厚度仅为3 cm。此隧道拱部衬砌厚度不足的典型断面如图 1所示。

图1 隧道衬砌厚度典型断面 2 隧道结构安全性评价

对隧道结构进行安全性评价时选取了缺陷情况、病害情况较严重的部位。

2.1 隧道病害情况

隧道该位置二衬裂缝主要为环向裂缝，二砌无配筋，隧道脱空及二次衬砌厚度不足较严重，该位置二次衬砌的厚度如表 1所示。

表1 二次衬砌厚度实测结果测线位置厚度/cm测线1左侧起拱线以上1.2m68测线2左侧起拱线以上4.2m61测线3左侧起拱线以上6.2m不足10测线4右侧起拱线以上4.3m59测线5右侧起拱线以上1.2m79 2.2 安全计算 2.2.1 荷载

根据竣工资料，隧道埋深90m，围岩级别为Ⅱ级，围岩重度γ=22 kN/m3，隧道跨度B=10.5m，隧道净高h0=7.0m，围岩摩擦角θ=33°，围岩计算摩擦角φc=55°。

垂直均布压力：q=22×5.5=121 kN/m2 水平荷载：qs=e×q=24.2 kN/m2 2.2.2 模型的建立

根据有限元原理、结构力学方法和隧道二衬受力机理，可建立如图2～图3所示的计算模型。 图2 计算模型 图3 衬砌厚度分布 2.2.3 计算结果

根据计算模型，可计算出该断面衬砌的内力和安全系数，如图4～图6所示。 图4 断面弯矩 图5 断面轴力 图6 安全系数分布 2.2.4 安全性评价

由于隧道衬砌厚度严重不足，通过计算，隧道结构安全系数局部小于1.2，属于危险区，必须对隧道进行结构加固。 3 钢带加固技术 3.1 加固方法

针对该隧道衬砌厚度小于设计厚度2/3的段落，均采用钢带加固技术。钢带采用厚度为8 cm和10 cm的镀锌钢板，设环向钢带和纵向钢带，采用胶粘剂和M16化学锚栓将镀锌钢板与隧道的衬砌进行粘结和锚固，确保钢板带与二衬共同受力。 图7 隧道钢带加固断面 图8 隧道钢带加固平面 3.2 材料技术要求 3.2.1 钢板

(1)采用Q235-AF级热轧钢材，钢材质量性能符合现行国家标准相关要求。 (2)耐腐蚀性能。所有钢构件外露部分均采用热浸镀锌防锈处理，镀覆量和镀层厚度最小值应满足表2要求。

表2 镀覆量和镀层厚度最小值制件及其厚度/mm局部值(min)镀覆量/(g/m2)厚度/μm平均值(min)镀覆量/(g/m2)厚度/μm钢厚度≥650570610853≤钢厚度<63955550570

3.2.2 粘贴钢板的胶粘剂和种植锚固件的胶粘剂 (1)胶粘剂必须采用A级胶。

(1)胶粘剂采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂，其安全性检验指标须符合《混凝土结构加固设计规范》(GB50367)的规定。 3.2.3 钢带施工注意事项

(1)原有破损衬砌压溃和腐蚀部位应凿除干净。

(2)保证钢带与原有衬砌结合紧密，施工钢带前，原砼表面应尽量平整光滑，以保

证钢带与二次衬砌表面的改性环氧树脂胶粘剂填充密实。

(3)M16化学锚栓施工彻底清洁钻孔，必要时可用干净棉布沾少量丙酮或酒精擦净空壁。

(4)M16化学锚栓施工未固化前严禁触动杆体。 4 加固效果评价

此隧道共计进行了4 576m的钢带加固，对隧道采用了单洞全封闭交通管制，合计工期为18d。此隧道于2013年处治完后对其进行了跟踪观测和隧道表面应力应变监测，隧道典型断面表面应力应变监测结果如图9，隧道处治后状况如图10所示。

根据监测结果，隧道应变数据稳定，无明显的波动。根据检测结果，钢带加固段隧道衬砌表面未出开裂和衬砌剥落等现象。综合监测和检测结果，目前隧道结构安全性有保障，钢带加固对此隧道的加固效果明显。 图9 隧道典型断面表面应力应变监测结果 图10 隧道处治后的状况 5 结论及建议

随着我国营运公路隧道里程的迅速增加和各隧道通车年限的增加，公路隧道病害不断地会凸显和加重，公路隧道衬砌病害已成为隧道不可忽略的问题，行业中已经越来越重视对公路隧道的养护。钢带加固法可提高隧道的整体承载结能力，具有施工速度快、污染小、空间占用小等诸多优点，可以成为隧道衬砌开裂和厚度不足处治的方法之一。

在施工过程中必须严格对钢带加固的各类加固材料和加固工艺进行控制，方能确保加固的效果。本工程在处治过程中进行了严格的控制，处治后通过监测和检测，表明该处治方法对此类病害的加固效果良好。

我国学者在隧道的维护方面进行了大量的研究工作。《公路隧道养护技术规范》

(JTG H12-2015)针对隧道中常见的病害给出了推荐的维护和加固方法，但比较笼统。目前正在组织编写的《公路隧道加固技术规范》历经多年仍未正式发布，造成目前针对隧道病害处治方法以经验方法处治为主，需隧道专业人员共同努力，完善隧道病害处治的规范化和标准化。 参考文献：

【相关文献】

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