高速公路隧道二衬结构开裂病害加固施工技术研究

李坤

（甘肃省远大路业集团有限公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

随着城市化进程的加速，各城市间的高效连通越发重要。许多地方需通过隧道穿越山区、海域或其他地域，以提高长途交通的便捷性。隧道作为高速公路的关键组成部分，承担着巨大的车流量。二衬结构是隧道内部的保护层，位于喷射混凝土衬砌之内，其作用在于承担部分荷载和提供支撑，分担地表和岩体的压力，增强隧道结构的稳定性，防止隧道变形、塌方或坍塌，确保隧道的安全运行。

二衬结构出现开裂病害，会严重危及隧道安全。通过加固施工，可修复和增强二衬结构，提高隧道结构安全性，减少事故风险[1]。进行隧道二衬结构加固施工，有助于延长隧道使用寿命，降低后期维修和更换频率，从而减少维护成本。由于隧道二衬结构加固施工涉及结构力学、土木工程等专业领域的知识和技术，加之受地质条件、水文条件等因素影响，施工环境复杂，因此对施工方的技术水平要求较高[2]。基于此，对高速公路隧道二衬结构开裂病害加固施工技术展开研究，旨在为高速公路隧道安全运行提供技术保障。

1 高速公路隧道二衬结构开裂病害加固施工

1.1 仰拱加固施工

在隧道段增设并翻修仰拱施工过程中，需要先凿除边墙混凝土，再进行锚杆安装。锚杆按矩形布置，竖直间距为1.5m。在边墙加固过程中，将风钻直接放在脚手架上进行分段打孔，打孔深度为150mm。打孔完成后，使用风镐沿裂缝凿除混凝土。采用螺纹钢筋进行加固，并将钢筋孔的水平间距控制为350mm。同时，在边墙上安装钢筋网，并对仰拱进行混凝土浇筑，浇筑厚度为1500mm。

为提高施工效率，需要注意以下事项：

第一，在埋设钢筋的过程中，可将电钻钻头焊接在风镐钎上。

第二，为方便施工，需要在施工过程中使用可拼装和拆卸的脚手架。

第三，在仰拱施工中，当交叉跳段开挖达到指定标高后，方可开始对仰拱部分进行混凝土浇筑。

第四，在开挖过程中，需要岩石开挖厚度控制为1420mm。使用风镐进行开挖，将岩石开挖成长方体凹槽，这样有利于后续施工[3]。临空面逐层开挖时，如果遇到较硬的岩石，可以进行浅打孔并添加破除剂，在施工缝附近使用风镐进行挖掘。同时，需要先拆除多余的设备和材料，清理施工面。之后铺设35kg/m的顶梁，并按照施工要求将三根顶梁束设为一组进行施工。根据设计要求测算高度，如果不符合要求，则需使用木垫板进行垫平，以达到标高要求。

此外，经施工检验合格后，需要去除多余的仰拱混凝土。对于受损的混凝土部分，可以使用纤维混凝土进行补强，插筋强度应大于原混凝土强度[4]。车辆通过开挖地段时，需要由专人测量挠度等数据的变化情况。同时，在仰拱钢筋绑扎过程中，钢筋接头需要进行双面搭接焊，确保焊缝长度和质量符合标准要求。

1.2 二衬粘贴钢板

第一，在二衬粘贴钢板施工中，应先对施工部位进行细致的清洁，确保混凝土基面完全暴露，无遮蔽。在施工过程中，要确保基面平整，无凸起和凹陷，平整度控制在2.3mm/m[5]。若遇到基面不平整的情况，尤其是局部存在坑槽区域，需要使用改性环氧砂浆进行修复，恢复其平整性。

第二，使用喷砂对钢板的黏结面进行打磨，直至表面呈现光泽[6]。在打磨过程中，确保打磨方向与钢板受力方向一致，使钢板的黏结面粗糙度适中，之后使用棉球蘸取丙酮清洁并湿润钢板表面。

第三，按照施工现场要求安置锚栓，并控制锚栓之间的距离，同时对固定的钢板进行同步钻孔，在钢板上涂刷防腐漆。

第四，安装钢板，确保钢板与衬砌紧密贴合，避免局部出现缺陷。

1.3 衬砌背后注浆

第一，在裂缝处喷涂一层树脂基液，并使用砂浆涂抹钢板，涂抹总厚度为1.5mm。

第二，对衬砌基础面中不同方向的裂缝进行注浆[7]。使用注浆机向衬砌背后压注水泥浆，压浆注满后，等待一段时间使其沉淀凝固，之后进行二次、三次注浆。

第三，一般控制水灰比为0.2∶0.5，具体比例应根据实际情况进行调整。在材料调配过程中，需要用到水泥、细砂、粉煤灰，配合比为水泥1∶细砂0.5∶粉煤灰0.5。

第四，将压浆孔设在拱顶，压浆孔之间的距离为8m。压浆压力控制为0.36MPa，可采用跳槽施工法[8]。

第五，如果出现隧道渗水情况，应先确定出水点位置，对出水点周围待施工区域的混凝土表面进行清洁，并在出水点位置凿一个60mm×60mm×60mm 的正方形槽，并在正方形槽中添加堵漏剂等材料，以堵压出水点。

第六，如果在施工过程中发生特别严重的渗漏水现象，需要埋设引水槽将水引排到边沟中。

2 实例分析

2.1 工程概况

折桥至兰州达川二级公路（折达二级公路）起点位于临夏州折桥镇，与临夏市西滨河路相接，桩号为K0+000，终点位于兰州市西固区达川镇，与国道G109相接，桩号为K81+659.2，路线全长81.586km。折达二级公路全线新建构造物包括桥梁26 座、隧道8 座，总长10258m。

部分隧道的二次衬砌边墙上出现了细长的垂直裂缝。这些裂缝可能是地质变形、沉降或结构载荷等因素引起的。裂缝宽度和长度不同，有些很细小，难以察觉，另一些较宽，明显可见。

该工程裂缝处治6144m，粘贴钢板2414m2，C50 自密实混凝土使用量为306m3，更换支座277 块，恢复18759m2混凝土路面。

根据实际施工需求，选择右线GH142+102 断面对二次衬砌边墙应变程度进行监测，分析隧道内部应力并进行信息反馈，绘制弯矩图，按照最大弯矩值所在单元对混凝土结构进行安全性检验。规范加固稳定系数20，如果计算得到的构件测试加固稳定系数在20以上，说明施工效果满足预期。

此外，在右线GH142+102 断面中对称布设钢筋及位移计量设备（见图1）。

图1 现场布置测量设备图

在隧道病害加固工程监测中，对工程结构的稳定性进行监测，二衬边墙应变量测量中设定监测频率为15d/次。

根据围岩情况，观察支护应力的变化情况，并通过测量围岩的相对径向位移了解应力的分布情况，从而评估结构的稳定性。使用钢式压力盒监测隧道加固支护和二次衬砌的压力变化情况。基于监测数据，将压力作为输入荷载，通过模拟分析验证隧道加固安全性。

2.2 结果分析

对右线GH142+102 断面左侧与右侧进行实时监测，选择不同的测点位置，分别为1.5m、3.5m、5.5m，对每个测点位置进行水平作用力与竖直作用力的加载，统计不同测点位置的荷载值（见表1）。

表1 右线GH142+102 实测模型输入荷载值

根据表1，通过数值模拟得到隧道的模型弯矩图，如图2 所示。

图2 右线GH142+102 断面弯矩图

根据测试结果，最大弯矩值M=762145N·m。将出现最大轴力值的单元标记为A 单元，并对A 单元截面进行混凝土结构安全性评估。A 单元截面的偏心距为130mm，高度为185mm，并根据截面大小确定偏压类型。A 单元所在截面的高度185mm，大于有效高度148mm，因此可以确定偏压类型为小偏压。通过对该小偏压构件的强度计算，得到加固稳定系数K=22.6，该值大于规范规定的加固稳定系数20，说明施工后的安全性得到满足。

3 结语

结合实际工程案例，对高速公路隧道二衬结构开裂病害加固施工技术进行研究，加固效果分析结果表明，该工程中所应用的加固施工技术，工后效果满足加固需求，显著提升了围岩的稳定性，加固整治效果显著，有一定的参考价值。未来，在类似的高速公路隧道二衬结构开裂病害加固施工中，需要结合施工现场的周边地质状况，对裂缝形态进行观测，根据不同病害成因采用针对性的隧道加固技术，在保证加固质量的同时，有效提高加固施工的安全性与效率。