计镇东
云南省澄江县交通局公路管理段 云南澄江 652500
摘要：本文结合现行规范要求，结合工程实例，针对低等级公路隧道质量缺陷处治的主要措施，进行了初步探讨。
关键词：结构验算；施工工艺
某公路隧道为单洞对向行车公路隧道，长250米，属于短隧道。纵向坡度为单向坡，坡度为-2.0%。位于直线段。隧道按二级公路隧道设计，净宽10.0m，净高5.0m，行车道3.5m×2，侧向宽度0.5m，检修道1.0m；断面设计为：拱高697cm，拱部圆弧半径为532cm、侧墙圆弧半径为750cm的三心圆曲边墙结构，净空面积（含仰拱）73.75m2，周长（含仰拱）31.27m。
隧道运行多年后，养护期内对隧道进行了检测，检测结果显示，隧道二次衬砌厚度合格率为81.6%；二次衬砌与初期支护间有4处脱空的缺陷（缺陷原因在此不做分析）。针对隧道质量缺陷问题，进行缺陷处治。
1.结构验算
衬砌厚度不足，主要有两种情况，一种是衬砌整体厚度不足，另外一种是衬砌局部厚度不足。隧道二次衬砌厚度不足主要发生在拱顶、左右拱腰局部位置，个别出现在右边墙位置。二次衬砌厚度不足，主要影响衬砌结构的安全度与耐久性，为了保证隧道衬砌结构的安全，本次计算采用“荷载-结构”法，对二衬结构的内力进行分析，按破损阶段法对衬砌结构的截面强度进行验算。结构计算模型采用midas GTS NX岩土分析软件，按照“荷载-结构”法，计算衬砌结构的内力。二次衬砌采用梁单元模拟，用仅受压的弹簧单元模拟围岩弹性抗力。缺陷位置的二次衬砌厚度采用实际检测的厚度，其他部位按照原设计厚度进行模拟。计算时，按平面应变问题进行考虑，沿衬砌结构纵向取单位长度作为计算单元，进行分析；二次衬砌模型共划分163个单元。
隧道穿越主要围岩级别为Ⅳ围岩，洞身结构采用复合式衬砌结构形式，具体为：S4a型衬砌形式，二衬材料为C25钢筋混凝土；S4b型衬砌形式，二衬材料为C25混凝土。计算参数主要考虑混凝土、钢筋、围岩物理力学指标；计算荷载时衬砌素混凝土重度采用值为γ=23kN/m3，钢筋混凝土重度采用值为γ=25kN/m3，结构自重由程序自动计算。围岩压力根据计算断面属于深埋还是浅埋。按《公路隧道设计细则》（JTG/T D70-2010）规定，深埋单洞隧道拱部竖向围岩压力按8.2.2节进行计算，水平压力按8.2.4节计算；浅埋单洞隧道围岩压力按8.2.5节计算。验算结果表明：
（1）混凝土衬砌拱顶承受较大的弯矩作用，是结构抗拉的薄弱环节，拱顶衬砌厚度不足，很容易导致抗拉强度不满足规范要求；
（2）衬砌边墙厚度偏差值小于8cm（即边墙厚度大于32cm）时，边墙位置的抗压强度满足规范要求，但二次衬砌安全系数与原衬砌厚度安全系数相比有所降低；
（3）衬砌拱腰厚度偏差值≥10cm（即拱腰厚度小于30cm）时，拱腰位置的抗拉强度不满足规范要求。
2.缺陷处治方案
根据检测结果及衬砌局部厚度不足的计算分析，处治仅针对隧道洞内质量缺陷进行处治。结合质量缺陷的特点，处治内容主要包括以下两类：
（1）对二次衬砌厚度不足进行处治；
（2）对二次衬砌背后脱空缺陷进行处治。
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2.1次衬砌厚度不足处治
检测发现衬砌厚度小于设计值1/2且长度大于1m的段落有3处。二次衬砌厚度不足1/2设计值的段落主要分布在拱顶及拱腰位置。
二次衬砌厚度的不足，会直接导致隧道衬砌结构的承载能力的降低，同时还影响结构的耐久性；当隧道衬砌厚度严重不足时，衬砌甚至会发生断裂，引起安全事故。处治采用内衬与钢架加强方案，对二次衬砌厚度不足段（含拱部与墙部）采用C30钢筋网喷射混凝土内衬与钢架加固。内衬就是在现二次衬砌拱墙部增设1层钢筋网（HPB300，直径8mm，间距150×150mm）并采用锚固钢筋（拱墙部植筋/锚栓）固定后，喷25cm厚C30混凝土。内衬内设置的型钢钢架高度H=17.5cm，其纵向间距为50cm。
2.2二次衬砌背后脱空处治
隧道二衬背后脱空2处，脱空累计长度占隧道总长2%，脱空主要集中在拱顶测线位置。根据检测结果，对二次衬砌背后脱空情况，处治方案如下：
（1）当二次衬砌仅存在背后脱空一项病害缺陷时，采用灌浆回填法处治脱空。即在背后脱空段落打孔埋设注浆管及排气管，采用水泥浆为注浆料对脱空区进行灌注。采用灌浆回填法处治脱空时，拱部脱空区作业前，必须增加临时钢支撑（工16），其纵向间距为60cm，以免注浆压力对衬砌结构有不利影响。
（2）当二次衬砌背后存在脱空，且衬砌厚度<1/2设计厚度时，应先处治二次衬砌厚度不足缺陷，再采用灌浆回填法处治背后脱空。需特别注意的是：脱空区灌浆回填应自下而上作业，即先回填墙部，然后回填拱腰，最后回填拱顶部。
3.主要施工工艺
3.1喷射混凝土
喷砼作业采用湿喷工艺。喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至洞内，采用湿喷机喷射作业。喷射混凝土终凝2小时后，应进行养护。采用喷雾养护。养护时间不小于14d。当气温低于+5℃时，不得洒水养护。
3.2粘贴钢带
钢带采用热轧镀锌钢带，钢材采用Q345，镀锌厚度在60～80μm。钢带采用复合粘钢胶与衬砌连成一体，施工中采用化学锚栓固定。化学锚栓规格采用M12、钻孔直径14mm、锚固深度10cm，锚栓性能满足相关规范要求。
3.3脱空注浆
需要注意的是：注浆位置同时存在衬砌厚度不足时，应先处治衬砌欠厚，再灌浆回填处治脱空，此时在找出空洞位置并进行标记后，提前预留出注浆孔和排气孔，并注意对其进行保护，严禁堵塞，然后再开始进行内衬施工。
4.总体施工效果检测及建议
本项目经过1月的紧张施工后开放交通，同时对加固部位进行了检测。检测结果显示，各项技术满足相关规范要求。
结合实施过程中出现的一些问题，积累了以下经验：
施工应根据破开断面的实际情况进一步优化喷射混凝土厚度及内置型钢钢架尺寸、纵向间距等参数。
内贴钢带施工工艺目前比较成熟，结合类似工程经验，该类加固工程应推荐内贴钢带加固方案。
加固方案设计应综合考虑原隧道设计情况、实际地质条件、隧道通车后监测结果等内容，确保缺陷处治方案结构安全、质量可靠、实施方便、经济合理。
任何处治方案，不得侵入隧道建筑限界，降低隧道服务水平。
属于通车运营的隧道，施工条件复杂、保通压力大，应与参建各方现场确定保通方案及措施，确保施工安全、交通顺畅。
养护部门应加强路况调查工作，通过研究对比各项技术性能指标，科学分析路况变化，实现隧道病害及交通状况预警，制定周期性养护工程计划。以逐步形成费效比更高的养护体系。
参考文献：
[1]《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）；人民交通出版社.
[2]《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）；人民交通出版社.
论文作者:计镇东
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/27
标签：厚度论文; 隧道论文; 结构论文; 围岩论文; 缺陷论文; 混凝土论文; 拱顶论文; 《防护工程》2018年第13期论文;