CN112127925A - 一种隧道结构病害修复体系及施工方法 - Google Patents

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何信
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Abstract

本发明属于隧道加固工程领域，涉及一种隧道结构病害修复体系及施工方法，包括UHPC路面结构层、UHPC衬砌结构层、中空注浆钢管桩、锁脚锚杆、药卷锚杆以及防火涂料层。与现有技术相比，本发明所述的隧道结构病害修复体系及施工方法采用UHPC作为隧道病害处治材料，UHPC具有强度高、耐腐蚀、高抗渗性和抗冲击性等优良特性，与传统钢筋混凝土衬砌相比，可以节省施工工序，降低施工难度，提高施工效率，同时可显著减小衬砌厚度，较薄的UHPC衬砌厚度便可提供较高的衬砌承载力，尤其适用于解决既有衬砌的侵限问题，具有较好的经济型和可实施性。

Description

一种隧道结构病害修复体系及施工方法
技术领域
本发明属于公路隧道工程领域，涉及一种隧道结构病害修复体系及施工方法。
背景技术
目前，我国公路隧道工程已进入改造和维修加固为主时期，有资料显示，我国目前大约30％的公路隧道处于病害发育的亚健康状态。经统计，部分运营隧道病害产生的原因是勘察资料不准确，未探明围岩水系及基底的软弱岩层，导致围岩等级判定偏好，设计未施做仰拱，同时部分存在施工质量问题，导致隧道运营不久后出现衬砌开裂、掉块，路面开裂隆起或沉陷，电缆沟倾斜变形等病害。危及行车安全，严重时需封路处治，维修费用高，社会影响恶劣。
一般隧道衬砌拆除处治方法采用重新试做钢筋混凝土衬砌，拆除断面大，还需要架设钢拱架或格栅拱架，铺设防水层，工序繁杂，工作量和施工难度较大，且存在普通混凝土的耐久性和抗渗性较差的缺点。UHPC(超高性能混凝土)是一种水泥基复合材料，它是以水泥为胶结剂，结合各种集料、外加剂等而形成的水硬性胶凝材料，具有强度高、耐腐蚀、高抗渗性和抗冲击性等特点，早期度发展快，后期强度高，其强度是普通混凝土的数倍。因此采用较薄的UHPC衬砌厚度便可显著提高加固后的衬砌承载力，尤其适用于解决既有衬砌的侵限问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种结构力学性能合理、承载力高、防渗性好以及施工简便的隧道结构病害修复体系及施工方法。
本发明所述的一种隧道结构病害修复体系，包括UHPC路面结构层1、UHPC衬砌结构层2、中空注浆钢管桩3、锁脚锚杆4、药卷锚杆5、防火涂料层6及铣刨找平层7；所述中空注浆钢管桩3竖直插入隧道底部围岩中，上部端头嵌入UHPC路面结构层1中；UHPC衬砌结构层2位于原衬砌8的破损部位，并替换破损的衬砌，并通过药卷锚杆5将其与围岩进行加固；锁脚锚杆4位于隧道拱脚位置，并以一定倾角插入围岩；防火涂料6喷涂于UHPC衬砌结构层2表面。
优选地，所述UHPC材料的参数为：抗压强度fcu≥150MPa，抗拉强度ftu≥7.0MPa，抗弯强度fb≥20MPa，水胶比≤0.20。
优选地，所述UHPC路面结构层1厚度为6-15cm。
优选地，当隧道为单向交通时，所述UHPC路面结构层1设置为单面坡；当隧道为双向交通时，可设置为双面坡，横坡坡率为1.5-2.0％，以便隧道内的水沿坡排至两侧边沟。
优选地，所述UHPC衬砌结构层2位于原隧道衬砌破损开裂严重位置，并与原衬砌8通过凿毛连接，保证新旧衬砌连接处的密封性和咬合性。
优选地，所述UHPC衬砌结构层2的厚度宜为20-30cm，具体应结合现场实际以及围岩级别经计算确定。
优选地，所述中空注浆钢管桩3穿透软弱岩土层，并进入高承载力岩土层≥0.5m。所述中空注浆钢管桩3的直径为60-80cm，并在桩身刻有梅花形的注浆孔，钢管打入后，注入水泥浆或水泥砼。
优选地，所述锁脚锚杆4沿隧道走向的打设范围为病害处治段落及前后各≥5m的范围内。
本发明所述隧道结构病害修复体系的施工方法，具体包括以下步骤：
1)施工前准备；
2)打设锁脚锚杆：在病害处治段落及前后各≥5m范围内打设锁脚锚杆进行拱脚加固。
3)施做中空注浆钢管桩：在病害处治段落路面开裂变形严重区域，垂直向下打设中空注浆钢管桩，并注浆进行基底加固；
4)对侵限和破损开裂严重区域衬砌进行拆除切割：根据衬砌开裂贯通严重程度确定是采用局部拆除或全断面拆除；当病害严重需要全断面拆除重做时，拆除按照“先拱后墙”的原则进行；环向按照“拱顶—拱腰—边墙—底板”的顺序分四次进行拆除；衬砌凿除施工隔段施工，每段施工长度根据工程实际确定；
5)对衬砌拆除区域施做锚杆，并对暴露出来的原衬砌断面进行凿毛；
6)施做UHPC衬砌结构层；
7)重复步骤3)-5)直至完成整个病害区段的衬砌加固修复工作，然后统一涂抹防火涂料；
8)对原破损路面进行铣刨拉毛，对铣刨拉毛面的松散部位进行清理，裂缝进行灌缝修复，找平后铺设UHPC路面结构层。
与现有技术相比，本发明所述的隧道结构病害修复体系及施工方法采用UHPC作为隧道病害处治材料，UHPC具有强度高、耐腐蚀、高抗渗性和抗冲击性等优良特性，与传统钢筋混凝土衬砌相比，可以节省施工工序，降低施工难度，提高施工效率，同时可显著减小衬砌厚度，较薄的UHPC衬砌厚度便可提供较高的衬砌承载力，尤其适用于解决既有衬砌的侵限问题，具有较好的经济型和可实施性。
附图说明
图1是本发明所提供的隧道结构病害加固体系的剖视结构示意图。图2是本发明所采用的UHPC衬砌结构层与原隧道衬砌凿毛接头示意图。其中，1-UHPC路面结构层、2-UHPC衬砌结构层、3-中空注浆钢管桩、4-锁脚锚杆、5-药卷锚杆、6-防火涂料层、7-铣刨找平层、8-原衬砌。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的隧道结构病害修复体系及施工方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
实施例为某高速公路隧道，该隧道为分离式隧道，单洞两车道，净宽10.25m，限高5.0m，隧道二衬为40cm素混凝土，未施做仰拱。隧道运营不久出现局部衬砌开裂掉块、路面隆起开裂、电缆沟倾斜等病害，拱腰破损严重部位存在一定程度的侵限问题，最大侵限量达到8cm。经检测基底存在软弱泥岩层，遇水软化，同时病害严重位置处衬砌厚度不满足设计要求，实际厚度20-35cm。
病害处治过程中采用的UHPC材料的参数如下：抗压强度fcu＝150MPa，抗拉强度ftu＝7.5MPa，抗弯强度fb＝23MPa，水胶比0.16。
UHPC路面结构层1厚度为10cm，设置为单面坡，横坡坡率为1.5％。
由于该隧道主要病害出现在左侧或右侧拱腰位置，其他位置衬砌完整性较好，因此经综合考虑计算后，只做局部衬砌更换处治。将破损混凝土衬砌拆除后更换为20cm厚的UHPC衬砌结构层2，并与原完整衬砌7通过凿毛连接，处治后的衬砌轮廓满足建筑限界要求。
中空注浆钢管桩3长度6m，穿透下方软弱泥岩层，并进入承载力相对较高灰岩层0.5m。中空注浆钢管桩3的直径80cm，并在桩身刻有梅花形的注浆孔，钢管打入后，注入水泥砼。
锁脚锚杆4沿隧道走向的打设范围为病害处治段落及前后各5m。
本发明提供的隧道结构病害修复体系及施工方法，其施工步骤如下：
A、施工前准备。
B、打设锁脚锚杆。在病害处治段落及前后各5m范围打设锁脚锚杆进行拱脚加固。
C、施做中空注浆钢管桩。在病害处治段落路面开裂变形严重区域，垂直向下打设中空注浆钢管桩，并注浆进行基底加固。
D、对侵限和破损开裂严重区域衬砌采用镐头机进行拆除切割。衬砌凿除进行隔段施工，每段施工长度2m。
E、对拆除区域施做锚杆，并对暴露出来的原衬砌断面进行凿毛。
F、浇筑UHPC衬砌结构层。
G、重复步骤D～F直至完成整个病害区段的衬砌加固修复工作，然后统一涂抹防火涂料。
H、对原破损路面进行铣刨拉毛，对铣刨拉毛面的松散部位进行清理，裂缝采用自密实UHPC进行灌缝修复，找平后铺设UHPC路面结构层。

Claims (10)

1.一种隧道结构病害修复体系，其特征在于，包括UHPC路面结构层(1)、UHPC衬砌结构层(2)、中空注浆钢管桩(3)、锁脚锚杆(4)、药卷锚杆(5)、防火涂料层(6)及铣刨找平层(7)；所述中空注浆钢管桩(3)竖直插入隧道底部围岩中，上部端头嵌入UHPC路面结构层(1)中；UHPC衬砌结构层(2)位于原衬砌(8)的破损部位，并替换破损的衬砌，并通过药卷锚杆(5)将其与围岩进行加固；锁脚锚杆(4)位于隧道拱脚位置，并以一定倾角插入围岩；防火涂料(6)喷涂于UHPC衬砌结构层(2)表面。
2.根据权利要求1所述的隧道结构病害修复体系，其特征在于，所述UHPC材料的参数为：抗压强度fcu≥150MPa，抗拉强度ftu≥7.0MPa，抗弯强度fb≥20MPa，水胶比≤0.20。
3.根据权利要求1所述的隧道结构病害修复体系，其特征在于，所述UHPC路面结构层(1)厚度为6-15cm。
4.根据权利要求1所述的隧道结构病害修复体系，其特征在于，隧道为单向交通时，所述UHPC路面结构层(1)设置为单面坡；隧道为双向交通时，可设置为双面坡，横坡坡率为1.5-2.0％。
5.根据权利要求1所述的隧道结构病害修复体系，其特征在于，所述UHPC衬砌结构层(2)位于原隧道衬砌破损开裂严重位置，并与原衬砌(8)通过凿毛连接。
6.根据权利要求1所述的隧道结构病害修复体系，其特征在于，所述UHPC衬砌结构层(2)的厚度宜为20-30cm。
7.根据权利要求1所述的隧道结构病害修复体系，其特征在于，所述中空注浆钢管桩(3)穿透软弱岩土层，并进入高承载力岩土层≥0.5m。
8.根据权利要求1所述的隧道结构病害修复体系，其特征在于，所述中空注浆钢管桩(3)的直径为60-80cm，并在桩身刻有梅花形的注浆孔，钢管打入后，注入水泥浆或水泥砼。
9.根据权利要求1所述的隧道结构病害修复体系，其特征在于，所述锁脚锚杆(4)沿隧道走向的打设范围为病害处治段落及前后各≥5m的范围内。
10.如权利要求1所述的隧道结构病害修复体系的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)施工前准备；
2)打设锁脚锚杆：在病害处治段落及前后各≥5m范围内打设锁脚锚杆进行拱脚加固。
3)施做中空注浆钢管桩：在病害处治段落路面开裂变形严重区域，垂直向下打设中空注浆钢管桩，并注浆进行基底加固；
4)对侵限和破损开裂严重区域衬砌进行拆除切割：根据衬砌开裂贯通严重程度确定是采用局部拆除或全断面拆除；当病害严重需要全断面拆除重做时，拆除按照“先拱后墙”的原则进行；环向按照“拱顶—拱腰—边墙—底板”的顺序分四次进行拆除；衬砌凿除施工隔段施工，每段施工长度根据工程实际确定；
5)对衬砌拆除区域施做锚杆，并对暴露出来的原衬砌断面进行凿毛；
6)施做UHPC衬砌结构层；
7)重复步骤3)-5)直至完成整个病害区段的衬砌加固修复工作，然后统一涂抹防火涂料；
8)对原破损路面进行铣刨拉毛，对铣刨拉毛面的松散部位进行清理，裂缝进行灌缝修复，找平后铺设UHPC路面结构层。
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