東部過(guò)境高速公路涉東江水源工程碧嶺隧洞加固施工技術(shù)淺析

謝松歡

(廣東省深圳市東江水源工程管理處，廣東 深圳 518122)

1 工程概況

東部過(guò)境高速公路涉東江水源工程是政府投資建設(shè)的一項(xiàng)大型跨流域調(diào)水工程，有效地緩解了深圳水資源不足的問(wèn)題。東江水源工程自東向西，從惠州東江到深圳市寶安區(qū)，全程共計(jì)106 km，是深圳的“生命線工程”[1]。為保障工程的使用壽命及安全運(yùn)行，每年10月進(jìn)行為期一個(gè)月的全線停水檢修工作。

碧嶺隧洞作為東江水源工程的重要組成，總長(zhǎng)度為1.795 8 km，隧洞凈寬凈寬4.2 m，凈高5.3 m。為加強(qiáng)主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及可靠性，要對(duì)隧洞K76+533.2～K76+683.2區(qū)段內(nèi)襯砌采用粘貼鋼板結(jié)合鋼拱架進(jìn)行加固處理，加固總長(zhǎng)150 m，從西坑檢修口處進(jìn)入施工作業(yè)點(diǎn)約為900 m。及時(shí)對(duì)該隧洞洞段進(jìn)行加固處理，確保隧洞結(jié)構(gòu)的安全，避免引發(fā)嚴(yán)重的隧洞坍塌事故，影響工程運(yùn)用的穩(wěn)定性。隧洞加固處理方式是對(duì)隧洞環(huán)向斷面采用內(nèi)貼鋼板方式進(jìn)行內(nèi)部加強(qiáng)處理，增加自鎖錨桿對(duì)內(nèi)貼鋼板進(jìn)行錨固等。

2 隧洞加固施工工藝流程

本次加固處理隧洞段為碧嶺隧洞，由于東江水源工程停水檢修期比較全，因此要求對(duì)碧嶺隧洞的加固在一個(gè)月以內(nèi)完成。碧嶺隧洞加固段離檢修支洞口距離較遠(yuǎn)[2]，且受到隧洞斷面寬度的限制，給大型機(jī)械設(shè)備、車輛以及材料的運(yùn)輸?shù)裙ぷ髟斐闪藰O大的不便。此次加固的主要目的在于預(yù)防隧洞在外部施工影響下，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性損傷。對(duì)其進(jìn)行加固工作，需要確保在恢復(fù)供水后，不會(huì)影響到流面，因此此次主要采用拱頂鋼板用腳手架做臨時(shí)支撐，待穩(wěn)定后再對(duì)拱頂襯砌進(jìn)行鉆孔植自鎖錨桿作業(yè)。

2.1 自鎖錨桿安裝工藝

本工程自鎖錨桿主要用于外包鋼板與襯砌錨固部位，現(xiàn)場(chǎng)自鎖錨桿φ16 mm，錨固長(zhǎng)度18 cm、21 cm，外露約5 cm，上螺栓，錨桿長(zhǎng)、短間隔錯(cuò)開梅花型布置，避開裂縫400 mm，具體位置和數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。安裝控制流程圖如圖1所示。

圖1 自鎖錨桿安裝控制流程圖

施工工藝流程：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線確定孔位—鉆孔設(shè)備就位鉆孔—孔位底部擴(kuò)孔—空壓機(jī)清孔—通過(guò)鉆孔灌入無(wú)機(jī)灌漿料—孔道內(nèi)安裝自鎖錨桿—錨桿抽樣進(jìn)行抗拔實(shí)驗(yàn)。

1)測(cè)量放孔。根據(jù)自鎖錨桿平面布置圖和詳圖進(jìn)行錨桿中心點(diǎn)的放線，并用記號(hào)筆標(biāo)注孔位位置，在施工過(guò)程中經(jīng)常進(jìn)行復(fù)測(cè)，確?？孜坏臏?zhǔn)確。根據(jù)施工圖紙定位放線：邊墻和底板上自鎖錨桿間距為700 mm，頂拱間距500 mm。

2)鉆孔。確定錨桿孔位后，采用直徑18 mm或20 mm的鉆頭成孔。鉆機(jī)使用過(guò)程中須保持牢固，確保鉆機(jī)機(jī)架的水平度和立軸的垂直度，嚴(yán)禁打穿結(jié)構(gòu)止水層。

3)底部擴(kuò)孔。底部擴(kuò)孔是施工中的關(guān)鍵工藝，主要工具為擴(kuò)孔鉆頭，將直孔底部擴(kuò)大成倒錐孔[3]。

4)清孔。鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，將孔底的積灰掏洗干凈，以防止注入灌漿料后與積灰混合，影響漿體強(qiáng)度。

5)灌漿。將灌漿料粉料與液料按設(shè)計(jì)配比拌合后，導(dǎo)管為膠皮管，兩端分別與灌漿容器以及鋼筋捆綁送入鉆孔內(nèi)，預(yù)留50 mm空隙，自孔底向外灌注。隨著灌漿料的灌入，應(yīng)逐步地將灌漿管向外拔出直至孔口，可將孔內(nèi)的水和空氣擠出孔外，以保證錨固體灌漿連續(xù)密實(shí)[4]。

6)安裝自鎖錨桿。孔內(nèi)灌漿完成后，放置自鎖錨桿，桿體放入角度與鉆孔角度保持一致，安裝到位后用加力加壓使錨桿端部的擴(kuò)脹套筒張開自鎖。

7)檢驗(yàn)與試驗(yàn)。錨桿施工完成后進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，按要求進(jìn)行抗拔力檢測(cè)。

2.2 鋼板粘貼工藝

對(duì)隧洞樁號(hào)K76+533.2～K76+683.2長(zhǎng)為150 m的范圍內(nèi)采取包鋼處理，鋼板厚度為10 mm，包鋼寬度為0.5 m，焊接連成整體環(huán)向型，每環(huán)之間邊角間距20 mm，每三環(huán)鋼板之間留80 cm空隙安裝排水管。

主要工藝流程為：洞外鋼板加工、涂抹防護(hù)涂料—混凝土表面處理—鋼板就位—安裝鋼板與自鎖錨桿固定—安裝鋼拱架與鋼板焊接—鋼板四周密封—鋼板與襯砌接觸面灌膠—表面清理—施工質(zhì)量檢查。

1)洞外鋼板加工。依據(jù)圖紙尺寸進(jìn)行鋼板加工及開孔，并用鋼絲刷磨機(jī)或磨光砂輪對(duì)鋼板粘貼面進(jìn)行除銹以及打磨處理，粗糙程度越高越好，打磨的紋路與鋼板受力方向相垂直，打磨完成后表面涂刷防護(hù)涂料[5]。

2)混凝土表面處理。依照設(shè)計(jì)圖紙要求，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位，在需要粘貼鋼板的混凝土表面上繪制鋼板位置樣，并將混凝土表面鑿除2～5 mm，確保粗骨料充分外露，針對(duì)表面不平整的位置應(yīng)當(dāng)鑿平，并采用鋼絲刷去除表面浮漿以及松散物及表面松散粉塵等。

3)安裝鋼板與自鎖錨桿固定。自鎖錨桿安裝后，錨固段張開后嵌入襯砌內(nèi)，上端部通過(guò)螺母固定鋼板，確保鋼板與混凝土表面的間隙大于4 mm，保障灌注膠層的厚度。自鎖錨桿有較為可靠的抗拔力，能夠?yàn)殇摪逭迟N提供較為有效的加壓，確保粘貼的效果，此外還能夠有效減少剪切力，提升鋼板粘貼的耐久性。

4)鋼拱架安裝及焊接鋼板。鋼拱架采用16#工字鋼，焊接在隧洞橫斷面鋼板上，沿軸線間距1 m布置。

5)密封罐膠。鋼板焊接完成后，用密封材料將鋼板邊緣封閉，將注入嘴粘貼在鋼板的注入口處，再在鋼板角點(diǎn)處及鋼板邊緣插入排氣口，待封邊膠固化后，用泵將粘鋼灌注膠從注入嘴灌注到鋼板和混凝土的空隙中[6]，灌注工作持續(xù)到所有排氣管均有膠液流出。

6)灌膠完成后，鋼板表面殘余漿液及密封材料清理干凈，用小錘敲擊鋼板表面檢查灌膠密實(shí)飽滿情況。

3 隧洞加固施工技術(shù)

常用的隧洞加固技術(shù)包括增大截面法、粘貼剛面、粘貼纖維復(fù)合材料、體外預(yù)應(yīng)力以及改變結(jié)構(gòu)體系的技術(shù)方法。本次對(duì)碧嶺隧洞段加固中主要采用的是粘貼鋼板加固施工技術(shù)，粘貼鋼板加固施工技術(shù)根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，對(duì)不能滿足荷載承載力的隧洞部分，根據(jù)面積替代法設(shè)計(jì)鋼板尺寸及數(shù)量，同時(shí)采用粘接劑以及錨栓將設(shè)計(jì)的鋼板粘貼在隧洞加固的位置上[7]，從而促使加固部位隧洞混凝土與設(shè)計(jì)鋼板共同作用，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，提升隧洞自身的結(jié)構(gòu)承載力及可靠度，延長(zhǎng)隧洞的使用壽命。但在采用粘貼鋼板加固施工技術(shù)中，還存在較多的問(wèn)題，如鋼板及錨栓的防銹問(wèn)題，如果未能做好防銹處理，那么可能會(huì)導(dǎo)致鋼板及錨栓的銹蝕，縮短隧洞的使用壽命，影響隧洞的加固效果。

3.1 定位放線

定位放線是進(jìn)行隧洞加固施工中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是首要工作，放線人員在對(duì)設(shè)計(jì)方案有全面了解的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求，準(zhǔn)確標(biāo)記加固位置，確保粘貼部分位置的施工精確性得到提升[8]。在放線的過(guò)程中，通常將輪廓線與實(shí)際粘貼部位向外擴(kuò)散一定的距離，并做好相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)清理工作，避免粘貼部位受到雜質(zhì)的影響，導(dǎo)致粘貼鋼板加固效果不佳。

3.2 材料及構(gòu)造基本要求

進(jìn)行加固施工過(guò)程中，采用的黏結(jié)劑具有較高的強(qiáng)度、耐久性以及彈性。焊縫輕度較高，鋼板與螺栓等部件均需要符合相關(guān)的技術(shù)要求。此外對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度具有較高的要求，不僅要求黏結(jié)劑強(qiáng)度性能合理，使用的材料強(qiáng)度也應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度要求。因此，現(xiàn)場(chǎng)施工人員需要加強(qiáng)對(duì)基本材料的強(qiáng)度管理，提升總體性能。在對(duì)隧洞加固施工的中，如果對(duì)隧洞側(cè)面進(jìn)行鋼板粘貼使用，要求鋼板的高度不能超過(guò)梁高的1/3[9]。在加固施工范圍內(nèi)，確定錨固的長(zhǎng)度，若不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，就需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。此外在粘貼后，需要在鋼板表面涂刷一層防銹漆，避免銹蝕問(wèn)題的發(fā)生，提升加固施工效果。

3.3 混凝土及鋼板表面處理

進(jìn)行鋼板粘貼前需要現(xiàn)將構(gòu)件表面的抹灰層清理干凈，如果存在局部損壞的問(wèn)題，需要進(jìn)行鑿毛處理，并用水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。若構(gòu)件有裂縫，那么就要及時(shí)處理該問(wèn)題?；炷帘砻媲闆r一般有以下幾種處理的方式。

1)將混凝土表面打磨平整，去除表面的浮漿、油漬等污染物，裸露出新的混凝土結(jié)構(gòu)表面。

2)對(duì)濕度比較大混凝土表面，采用人工祛濕的方法進(jìn)行干燥處理。

3)對(duì)于表面疏散、空鼓的層面要及時(shí)進(jìn)行處理，清除干凈表面的腐蝕、剝落等物質(zhì)，將主體結(jié)構(gòu)裸露出來(lái)。

4)選擇適合的修復(fù)材料進(jìn)行處理。

此外，在鋼板結(jié)合的部分，要進(jìn)行相應(yīng)的除銹處理，操作時(shí)可以通過(guò)采用砂輪機(jī)進(jìn)行打破，確保鋼板表面出現(xiàn)金屬光澤。

3.4 混凝土鉆孔植筋

進(jìn)行錨固鋼筋的安裝之中，需要先使用記號(hào)筆做標(biāo)記，之后采用鋼筋探測(cè)儀，全面檢查鋼筋安裝的位置，從而保證鉆孔時(shí)不會(huì)損壞鋼筋的結(jié)構(gòu)。在使用沖擊鉆的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)確保各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)能夠達(dá)到相應(yīng)要求，鉆孔時(shí)要適當(dāng)?shù)胤啪徦俣?，鉆頭穩(wěn)定后加快速度，成孔與植筋結(jié)構(gòu)面達(dá)到垂直度的要求；鉆孔工作完成之后，采用刷子將內(nèi)部留下的灰渣清除干凈[10]，并進(jìn)行干燥處理，均達(dá)到相應(yīng)要求后，才可以進(jìn)行注膠施工。注膠前，工作人員要詳細(xì)了解說(shuō)明書，掌握正確的操作方法，在各方面符合施工要求后，將植筋膠放入到膠槍之中，連接混合管，將顏色不一致的膠體擠出，待膠體顏色完全一致后，直接插入孔底進(jìn)行注膠施工，注滿2/3即可；將鋼筋進(jìn)行除銹處理之后，直接插入孔底，鋼筋要緩慢插入，確保黏結(jié)劑與鋼筋良好結(jié)合，之后對(duì)暴露位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以通過(guò)采用綁絲等方式固定鋼筋，采取從到上的方式逐漸完成植筋施工，將溢出的植筋膠重新全部填充到鉆孔之中，確保植入的鋼筋能夠全部被植筋膠包括起來(lái)。

3.5 鋼板粘貼

對(duì)進(jìn)行鋼板粘貼中使用到的鋼板要求其應(yīng)當(dāng)在同一個(gè)工廠中進(jìn)行統(tǒng)一性的生產(chǎn)，并結(jié)合設(shè)計(jì)方案開展鉆孔工作，經(jīng)過(guò)相關(guān)工程檢驗(yàn)，確定其符合工程標(biāo)準(zhǔn)后，再次進(jìn)行除銹、清洗處理，完成之后涂膠并粘貼使用。在進(jìn)行鋼板粘貼時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)螺栓做壓緊處理，確保施工現(xiàn)場(chǎng)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，此外還需要采用人工錘擊的方式提升鋼板粘貼的牢固性，直至周邊位置上有膠液溢出，認(rèn)定為鋼板粘貼合格。粘貼工作結(jié)束完成后，還應(yīng)當(dāng)采取人工的方式進(jìn)行周邊的處理，進(jìn)一步強(qiáng)化粘貼的牢固程度。

4 結(jié)語(yǔ)

由于圍巖結(jié)構(gòu)存在不同的情況，在進(jìn)行加固施工中也會(huì)出現(xiàn)不同的狀況，因此要結(jié)合實(shí)際的施工情況以及施工能力選擇相應(yīng)的施工技術(shù)，確保加固施工的效果。在水利工程中，隧洞加固施工的質(zhì)量有著關(guān)鍵性的影響，但由于現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境較為復(fù)雜，在施工的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較多的問(wèn)題。因此，針對(duì)東江水源工程碧嶺隧洞的實(shí)際施工狀況，充分考慮多種因素的影響，采用了鋼板粘貼的加固施工方法，確保加固施工的質(zhì)量及效果，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際施工情況，靈活運(yùn)用多種施工工藝，優(yōu)化工藝流程，從而保證隧洞加固施工的質(zhì)量，為停水檢修碧嶺隧洞加固工程的順利完成提供了保障。