乌鞘岭隧道群加固维修工程路面底鼓处治施工工法

郑斌元

摘要：针对乌鞘岭隧道群1#隧道下行线、2#隧道上行线路面底鼓病害，施工中采取了微型钢管桩+Ⅰ型钢横撑加固基底的施工方法，在拱脚两侧打入φ108×6锁脚钢管桩，这样可以将通过拱部及边墙传至拱脚的围岩压力作用在锁脚注浆钢管上，防止拱脚底部土体因发生剪切破坏形成塑性区。该方法施工便捷，风险较低，对交通影响小，可只封闭一个车道施工，工期短，对病害隧道能起到较好的加固效果，造价较低，结合现场监测数据，该工法较好的控制了隧道变形，值得推广。

关键词：路面底鼓；微型钢管桩；型钢横撑

乌鞘岭隧道群是G30连霍高速永登至古浪段的控制性工程，本次维修的1、2号隧道均为特长隧道。隧址区位于祁连多字型构造体系、陇西帚状构造体系和河西系三个构造体系相互交接的地区，海拔高程2410.52～3137m，穿越祁连山国家级自然保护区。区内地貌属中高山岭谷地貌区，断层褶皱极发育，地质构造复杂，地震动活跃，地下水以第四系孔隙潜水和基岩裂隙水为主，祁连山高寒亚干旱区区内连年干旱风沙、日照段辐射强、气温低温差大、冬春季节不明显，季节性冻土冬天易形成冻裂、冻胀，春融季节易形成翻浆及热融沉陷。

一、工程概况

乌鞘岭1号隧道位于天祝县陈家沟沟口，出口位于兰泉村，隧道下行线起讫桩号XK2386+479.5～XK2391+382，纵坡1.715%～-1.15%，全长4902.5m，隧道最大埋深189m，属深埋石质特长隧道。2号隧道位于寺坡根，隧道进口位于寺坡根，出口位于董家台。隧道上行线起讫桩号SK2397+352～SK2404+220.纵坡2.544%～-2.10%，全长6868m，隧道最大埋深470m，属深埋石质特长隧道。

二、路面底鼓产生的原因

乌鞘岭隧道群路面底鼓段主要位于隧道埋深超过100m地应力较高的区段，该段内地层岩性主要为三叠系淡红色-灰白色砂岩、砂砾岩互层夹紫红色泥岩，隧道夹层泥岩遇水膨胀是造成路面底鼓的原因之一。

隧底结构缺陷是导致路面底鼓的主要原因。环状封闭的拱形结构通常能承受很大的压力，只有当所承受压力超过混凝土结构的强度极限时衬砌才会发生开裂的现象。但若拱形结构自身未封閉成环，如缺乏仰拱，其受力状况将与封闭成环的结构截然不同，未成环的部位将成结构的薄弱点，围岩压力通过拱部及边墙传递至拱脚，导致拱脚应力集中，拱脚底部土体因发生剪切破坏形成塑性区，塑性破坏区内的土体将向着仰拱曲率中心侧移，最终导致隧道路面底鼓、开裂、变形。

三、路面底鼓处治方案

（一）施工流程

本设计施工方案为首先拆除两侧电缆槽，将管线切割悬挂至两侧边墙角钢（需安装）上→挖除路面及部分填充层（线路中心线处下挖77.9cm，下挖高程起点以原设计高程为准，施工单位需现场放线量测，且应根据现场情况适当调整高程，以不破坏隧道既有中心水沟、横向排水系统为准）→在拱脚两侧φ108×6注浆锁脚钢管（长6m，纵向间距1.0m，每侧2根），安装[27b槽钢纵梁，纵梁腹板应钻孔与既有钢管焊接牢固，纵梁在原隧道施工缝处可断开，确保隧道协调变形→假设Ⅰ22b型钢横撑（横撑端头应被槽钢包裹，并采用焊接、环箍钢筋与既有槽钢、锁脚钢管可靠连接），开挖基底打设φ108×6注浆钢管桩，纵横向间距100×106cm，沿横撑两侧交错分布，桩长根据现场钻探情况，平均按6m长计列，隧道中线不布，防止注浆堵塞原排水系统→布设横撑纵向连接筋，环向间距50cm；→敷设20×20钢筋网片，节点与既有横撑焊接牢固；→现浇C30混凝土底板及平均11.8cm厚C20混凝土基层，恢复26cm混凝土路面→恢复电缆槽及排水边沟等其他附属设施。横向钢支撑下部混凝土保护层厚度5cm，施工时采用高强砂浆垫块保证保护层厚度达到要求。

（二）注意事项

1、隧道内施工时应尽可能封闭该洞交通，保证施工条件及施工安全。2、施工各阶段均应加强相邻段变形监控量测，如遇结构变形较大应立即停止拆除工作，进行必要的临时支撑、注浆、锚杆加固措施，确保结构稳定后再继续拆除工作。3、拱脚及隧道打设钢管桩时应注意避开原衬砌钢架及隧道原有纵横向排水盲沟、中心水沟，确保原排水系统的完整性。4、钢管桩打设深度以桩尖进入隧道基岩1m或桩身6m完全被打入Ⅰ22b型钢横撑以下为准。5、底鼓段混凝土路面板及填充层凿除施工必须跳槽分段进行，每次凿除长度不大于5m，凿除后尽快施工型钢支撑，并及时浇筑混凝土填充层，达到预定强度的90%时方可进行下一段凿除施工。6、施工现场应布设逃生管道及生活必需品和急救药品，相应的应急安全措施。

（三）工法优缺点

优点：1、施工便捷，风险较低，对既有交通影响较小，可只封闭一个车道施工，工期较短；2、对病害段隧道结构能起到较好的加固效果；3、造价较低。

缺点：1、对基底加固，但是未从结构上进行完善，病害未从根本上进行处治，长期效果需进一步观察。

四、变形长期监测方案

在隧道维修过程中，应对围岩和支护进行量测，通过现场量测获得围岩和支护工作状态的有关数据，来判断围岩和支护结构体系的稳定性及工作状态，从而选择和修正支护参数及指导施工。通过近年来省内外公路隧道变形长期监测的调研与实施案例，并结合乌鞘岭隧道群结构变形的实际情况，在衬砌拱顶、拱腰部位布设光纤光栅式静力水准仪，路面隆起部位埋设光纤光栅式单点位移计，隧道监测系统数据的采集，包括现场光纤光栅解调仪、数据通信线路及配套设备。

五、质量控制指标与材料要求

（一）注浆锁脚锚固（钢管桩）

（二）后锚固质量控制要求

1、基本要求

（1）锚栓、胶粘剂、界面剂、聚合物砂浆的类别和规格满足设计要求；（2）基材混凝土强度、表面清理和缺陷修复满足：基材上的抹灰层、装饰层、附着物、油污应清除干净；基材表面坚实、平整，不应有蜂窝麻面等局部缺陷；（3）扩底型锚栓的施工工艺应符合产品说明书和相关规范要求；（4）锚栓的位置、锚固的深度、控制扭矩或控制位移等符合设计和产品说明书的要求；

2、外观检查

（1）基材表面应坚实平整，锚固区的原构件混凝土不应有局部缺陷；（2）基材上不应有结构抹灰层、装饰层和严重的裂缝；（3）在锚固深度范围内，锚孔干燥度应满足产品说明书要求；（4）锚孔安装前，应彻底清理锚栓表面的附着物和污渍；（5）锚孔清孔后，锚孔和基面内应无残留的粉尘和碎屑；（6）安装后的锚栓外观应整齐洁净。

3、实测项目