鋼管錨筋樁在隧道仰拱缺陷修復(fù)二襯加固中的應(yīng)用

侯 圓，羅 貴，唐 誠，李 培

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰 611830)

1 工程概述

渝蓉高速公路四川段是四川省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃中23個(gè)出川通道之一，是直接連接成渝經(jīng)濟(jì)雙核路程最短、線路最優(yōu)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高的高速公路。項(xiàng)目總長約175 km，其中資陽段約154 km，成都段約21 km。該項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用雙向六車道，路基寬 33.5 m，設(shè)計(jì)速度為120 km/h，隧道設(shè)計(jì)速度為100 km/h，設(shè)置橋梁 224 座(其中特大橋 2 座/12 252 m)，橋路比為19.06%；隧道 4 座(8 430 m)，隧占比為3.78%；互通式立交14 座。

復(fù)工時(shí)經(jīng)檢測單位采用地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔取芯檢測，4條隧道存在不同程度的缺陷，其缺陷主要為二次襯砌裂縫、二次襯砌施工縫錯(cuò)臺(tái)、電纜溝蓋板破損、二次襯砌鋼筋保護(hù)層厚度不夠、裂縫滲水鈣化、仰拱未施做或厚度不足、洞渣回填。其中仰拱及仰拱回填缺陷長度達(dá)6 009 m，缺陷占比為71.28%。

2 結(jié)構(gòu)分析

隧道仰拱是為改善上部支護(hù)結(jié)構(gòu)受力條件而設(shè)置在隧道底部的反向拱形結(jié)構(gòu)，是隧道結(jié)構(gòu)的主要組成部分之一，其作用是將隧道上部四周的圍巖壓力和路面荷載通過隧道二次襯砌和仰拱有效地傳遞到地下，而且還有效地抵抗隧道下部地層傳來的反力。

仰拱破除前，隧道已經(jīng)過開挖、臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)三個(gè)應(yīng)力階段，隧道停工2 a多時(shí)間，隧道應(yīng)力場已經(jīng)趨于穩(wěn)定平衡。仰拱破除后二次襯砌結(jié)構(gòu)邊墻墻腳懸空，周邊圍巖在仰拱破除后應(yīng)力場重新分布，特別是圍巖在水的作用下會(huì)加劇仰拱破除后的應(yīng)力分布，二次襯砌結(jié)構(gòu)可能會(huì)在局部位置受到應(yīng)力集中而剪切破壞，可能會(huì)出現(xiàn)二次襯砌結(jié)構(gòu)脫空、開裂、破損掉塊等新病害。

3 處置方案

國內(nèi)對(duì)不拆除仰拱及仰拱回填的二次襯砌結(jié)構(gòu)加固通常采用增加截面、型鋼內(nèi)襯、粘貼鋼板(帶)、粘貼碳纖維復(fù)合型材料、錨桿(索)、水泥注漿、化學(xué)灌漿等加固方式，以上加固方式主要針對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)開裂、滲水、墻背后空洞、襯砌厚度不足、鋼筋保護(hù)層厚度不足、施工縫錯(cuò)臺(tái)等缺陷，通過采取以上處置措施，基本上都能夠達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)、堵漏和提高耐久性的要求。

渝蓉高速公路龍泉山隧道因施工和停工后長期無人管理等原因造成隧道缺陷多、范圍廣，仰拱及仰拱回填缺陷需破除后重新施做。為了保證仰拱及仰拱回填破除后二次襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，充分利用二次襯砌結(jié)構(gòu)自身承受圍巖應(yīng)力的能力，避免加固施工與后續(xù)工作產(chǎn)生交叉干擾和占用后續(xù)工作面，采用鋼管錨筋樁對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)邊墻墻腳進(jìn)行加固，以達(dá)到加固圍巖和二次襯砌結(jié)構(gòu)的目的，抵消二次襯砌結(jié)構(gòu)自重和圍巖的作用力，保護(hù)二次襯砌結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生新的病害。鋼管錨筋樁布置情況見圖1。

4 施工過程

4.1 二襯鋼筋混凝土鉆孔

鉆機(jī)底座用膨脹螺栓與二襯鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)固定牢固，接通水源，安裝φ90鉆頭。鉆孔深度超過二襯厚度，鉆孔縱向間距為50 cm。

4.2 圍巖鉆孔

鉆孔采用潛孔鉆，按照電動(dòng)鉆孔取芯機(jī)已完成的孔位定位，用角度尺對(duì)鉆桿角度進(jìn)行復(fù)核后鉆孔。在鉆孔過程中，觀察圍巖地質(zhì)情況并對(duì)鉆孔角度勤復(fù)核。若遇圍巖松動(dòng)破碎時(shí)，應(yīng)采用跟進(jìn)套管的鉆進(jìn)技術(shù)；如遇坍孔，應(yīng)立即停鉆，回填水泥砂漿后重新鉆孔。

圖1 鋼管錨筋樁布置示意圖(虛線為仰拱破除)

4.3 鋼管錨筋樁的制作

鋼管采用φ89無縫鋼管，管壁按30 cm間距、梅花形布置φ10～16注漿孔。錨筋樁鋼筋為3φ20螺紋鋼，固定環(huán)采用φ26×4 mm短管節(jié)，節(jié)長3～5 cm并與主筋焊接，間距按1.5 m布置，長度L=6 m。鋼管錨筋樁結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 鋼管錨筋樁結(jié)構(gòu)圖

4.4 清孔與驗(yàn)孔

鉆孔完成后，使用高壓風(fēng)清孔，孔內(nèi)應(yīng)干凈、無石屑與石粉，清孔完成后，及時(shí)組織對(duì)孔徑、孔深、角度進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后進(jìn)入下一道工序。

4.5 鋼管錨筋樁的安裝

鉆孔驗(yàn)收合格后，使用簡易自行式安裝臺(tái)車安裝鋼管錨筋樁。鋼管安裝過程中遇阻力時(shí)重新清孔或在鋼管尾部加墊板施加外力安裝，鋼管安裝完成后，將φ20 PVC注漿管一端與錨筋束一起插入鋼管中，注漿管的出口初始位置距孔底端30 cm。

4.6 注漿封孔

連接注漿管路，啟動(dòng)注漿泵將攪拌好的M20水泥砂漿注入鉆孔內(nèi)，水泥砂漿自孔底向外灌注，注漿壓力為0.5 MPa，孔口連續(xù)溢漿后停止灌漿，安裝止?jié){塞防止水泥砂漿溢出，水泥砂漿固化45 min后拆除止?jié){塞，水泥砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后用砂輪機(jī)切除露出孔外的鋼管和錨筋。

4.7 監(jiān)控量測

4.7.1 頂拱下沉觀測

仰拱破除前，在每一個(gè)拆除段頂拱植入φ10鋼筋，鋼筋外露2 cm。使用全電子水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)尺觀測，對(duì)比開挖前后的測量數(shù)據(jù)，計(jì)算頂拱下沉量。

4.7.2 收斂觀測

收斂觀測點(diǎn)布置于二次襯砌邊墻墻腳，每一個(gè)拆除段布置2組，在邊墻墻腳鉆孔埋設(shè)φ22水泥砂漿錨桿，砂漿終凝后在錨桿上焊接收斂測點(diǎn)。仰拱破除前先采用收斂儀測量一組數(shù)據(jù)，記錄收斂儀初始讀數(shù)和彈簧拉力。仰拱破除后按監(jiān)測頻率監(jiān)測，在彈簧拉力與第一次讀數(shù)一致時(shí)讀取收斂儀讀數(shù)，與原始讀數(shù)進(jìn)行對(duì)比并確定二襯結(jié)構(gòu)向內(nèi)收斂的數(shù)值和累計(jì)收斂數(shù)值。

5 質(zhì)量控制

5.1 事前控制

制定完整的質(zhì)量保證計(jì)劃和施工方案，編制詳細(xì)的技術(shù)交底，進(jìn)行相關(guān)質(zhì)量培訓(xùn)；鋼管及鋼筋進(jìn)場時(shí)必須有出廠材質(zhì)合格證明書，且產(chǎn)品批號(hào)、型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)廠家等標(biāo)識(shí)清楚，鋼管和鋼筋堆放場應(yīng)防潮、防雨、防銹蝕，原材到場經(jīng)見證取樣試驗(yàn)合格后方可使用。

5.2 事中控制

所有操作人員、現(xiàn)場管理人員持證上崗，嚴(yán)格執(zhí)行“三檢制”，鋼管外壁注漿孔采用機(jī)械鉆孔，鋼管接長時(shí)采用V型坡口焊接；鉆孔孔位按照設(shè)計(jì)圖紙放樣，鉆孔過程中對(duì)鉆孔角度勤復(fù)核，鉆孔完成后對(duì)鉆孔方位、孔深、孔徑進(jìn)行驗(yàn)收；M20水泥砂漿嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行制漿，灌漿壓力為0.5 MPa，注漿飽滿。

5.3 事后控制

按施工時(shí)間和空間對(duì)成品進(jìn)行分批分段質(zhì)量驗(yàn)收，按抽檢頻率進(jìn)行拉拔實(shí)驗(yàn)，對(duì)不符合質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求的成品進(jìn)行返工，及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量工作總結(jié)，分析原因、解決問題，提高成品驗(yàn)收一次合格率。

6 結(jié) 語

隧道仰拱及仰拱回填缺陷大部分是由施工質(zhì)量不合格和設(shè)計(jì)缺陷造成的，國內(nèi)通常采用灌漿、錨桿(錨管)注漿或拆除重建進(jìn)行修復(fù)。拆除重建時(shí)采用鋼管錨筋樁對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，能有效避免仰拱及仰拱回填破除時(shí)振動(dòng)對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)的影響，能有效抵消二次襯砌結(jié)構(gòu)自重和圍巖應(yīng)力的作用，維持二次襯砌結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，避免二次襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)墻背脫空、開裂、掉塊等二次病害，鋼管錨筋樁無外露結(jié)構(gòu)，不影響二襯結(jié)構(gòu)的外觀形狀，施工快速，有利于提高隧道結(jié)構(gòu)的耐久性，在隧道仰拱及仰拱回填拆除重建二次襯砌結(jié)構(gòu)加固工程中具有推廣和借鑒意義。