钢带加固技术在公路隧道中的应用

席得飞

(兰州公路局高养项目办，甘肃 兰州 730030)

1 工程概况

土家湾隧道位于甘肃省榆中县与定西市交界，是G22青兰高速巉口至柳沟河高速公路上的一座长隧道。隧道穿越土家湾梁，海拔2 070 m，地层岩性主要为风积黄土、老黄土及泥岩。隧道采用分离式断面设计，设计车速80 km/h，上下行隧道行车道中心线间距70 m，上行线隧道全长1 289.25 m，下行线隧道全长1 265 m，采用端墙式洞门设计，巉口方向为整体式洞门，兰州方向为分离式。

2 病害描述

G22青兰高速巉柳段土家湾隧道2002年建成通车至今，拱顶出现了不规则纵、横向及网状裂缝，经地质雷达扫描发现局部衬砌存在脱空现象，为防止病害进一步发展，提高隧道通行安全，兰州局对该隧道存在裂缝及脱空的179衬砌实施钢带加固工程。

3 钢带加固原理及施工工序

3.1 加固原理

在隧道原衬砌承载能力稳定的基础上，通过锁脚锚杆、粘刚胶和倒锥形粘结型锚栓将钢带与衬砌混凝土锚固为一个整体，增大衬砌的截面尺寸，相当于衬砌混凝土加筋，保证了隧道的整体受力结构。当裂缝变形时钢带约束了裂缝的张拉应力延伸，达到了与衬砌共同受力的目的，提高了隧道衬砌的整体承载能力。

加固用钢带采用25 cm宽、5 mm厚的Q355钢板，纵向间距为50 cm。每片弧长14 m，钢带除采用专用粘钢胶与衬砌混凝土粘结牢固外，还采用M16×160特殊倒锥形粘结型锚栓经过2 h化学反应固结与衬砌可靠连接，锚栓有效锚固深度不小于16 cm，钢板外露面防腐处理后全断面恢复涂装。

3.2 施工工序

病害调查→基面打磨→脱空注浆→基面处理→钢带制作→锁脚锚杆设置→植入锚栓→钢带粘贴→钢带封边→压力注胶→涂装恢复。

4 钢带加固施工工艺

4.1 调查定位

根据地质雷达扫描结果和设计图纸对照现场实际病害，确定需要处治的部位或桩号，并做好标记。

4.2 施工准备

施工前要办理好施工占道手续，确定好材料规格及机械设备。对作业人员进行安全技术交底，搭设好移动式作业平台，作业平台要搭设牢固、稳定，并设置警示灯，高空作业人员要绑扎好安全带，作业现场派专人指挥交通。

4.3 基面打磨

首先按提前调查定位好的部位，沿环向用打磨机对原基面依次进行打磨，然后再打磨纵向钢带搭接基面，打磨标准为露出新鲜坚实的混凝土基面为宜，打磨宽度一般比刚带(宽25 cm)两侧宽出至少2 cm，打磨的同时要做好防尘降尘措施。

4.4 脱空注浆

打磨完成后用锤子仔细敲击拱顶衬砌确认脱空具体部位并标记，然后先对出现裂缝的部位进行注胶封闭处理。其次，按标记定位钻孔，设置注浆孔与排气孔，按设计要求拌制好浆液采用高压注浆机进行注浆(脱空注浆是压力不应大于0.1 MPa，具体以现场试验为准)，注浆至排气孔流出相同稠度的浆液为止，然后用木塞封堵直至浆液凝结后取出。

4.5 基面处理

脱空注浆完成后对粘贴钢带的范围内进行基面处理，吹扫表面浮尘后用聚合物砂浆填补找平衬砌表面凹凸不平整处，使平整度小于1.5 mm/m，并保持使衬砌混凝土基面平整、圆顺、干净、干燥。

4.6 钢带制作

在施工准备工作的同时，粘贴加固用的钢带规格严格按设计要求进料，必须具有质量检测报告及产品合格证明，并经第三方检测合格后方能使用。钢带进场后送到钢筋加工车间按设计尺寸加工，每拱钢带分3节，两端各6 m，中间一节2.4 m，与两端搭接20 cm，环向尺寸总长14 m，纵向搭接尺寸1 m，钢带均宽为25 cm。钢带加工成形后用除锈机打磨钢带表面，打磨至露出金属光泽，打磨纹路与钢板受力方向垂直，且钢带粘结面要有一定的粗糙度，然后用脱脂棉沾丙酮将钢板表面擦拭干净，除去锈气。钢带外露面要涂刷防腐漆3道，防止钢带生锈，缩短使用寿命。

4.7 锁脚锚杆设置

每环钢带底部两侧拱墙处各设置两根长70 cm的φ25锁脚锚杆，间距一般10 cm。具体将锁脚锚杆分别设置于检修道以上3 m拱墙处，与拱墙锚固牢固，用于固定钢带，承受钢带环向张拉力及剪切力。

4.8 植入锚栓

应先按设计距离定位钻孔，深度确保不小于16 cm，注意如遇裂缝及钢筋时应错开布置。钻孔完成后清洗或吹扫衬砌基面浮尘，然后植入固定钢带的锚栓，锚栓为M16×160特殊倒锥形粘结型锚栓，锚栓与化学粘结剂一并植入，使胶体充分渗透到衬砌与锚栓连接面，植入深度必须符合设计要求，待形成强度后(4～6 h)对锚栓进行拉拔试验，检验合格后方可进行钢带安装。

4.9 钢带粘结

粘贴用的钢带按锚栓间距用开孔器打孔，开孔形状为扁圆形且略大于锚栓直径，这样做有利于间隙调整，严禁使用氧焊或电焊切割开孔，避免破坏钢板力学性能，开孔后的孔位边缘要打磨圆滑。粘贴前钢带粘结面再次用除锈机打磨一次，去除表层污垢及锈蚀，利用辅助机具将钢板运送至操作平台，人工安装钢带至固定在锚栓上，并不断调整间隙把钢带安放稳定，并紧贴在衬砌基面。通过螺帽将钢板暂固定在衬砌基面，钢板应与衬砌面保留5 mm的空隙，以利于粘钢胶充满整个粘结面，起到更好的连接作用，钢带与衬砌表面预留的空隙调整合适后拧紧螺帽。用同样的方法再次安装纵向钢带，纵向钢带与环向钢带搭接面还需焊接牢固，使之形成一个稳定的整体。钢带检查安装牢固后，基面与钢带连接面四周用封边胶封边，封边胶封边时要连续密实，不得间断，否则会产生漏胶现象，封边的同时安装注胶管及排气管。

4.10 压力注胶

钢带封边胶凝结牢固后，按照要求配制粘钢胶，胶体应满足设计要求的各项力学指标和性能要求。注胶枪插入注胶管中稳压灌入，注胶时压力一般控制在0.2～0.4 MPa之间，当相邻注胶管开始有新鲜胶液流出后为宜，在当前状态下持续稳压2～5 min，同时用橡胶锤持续敲击钢带表面使胶体密实、饱满。待该段钢带内胶液密实且相邻注胶管(排气管)无气泡排出后，方可将当前注胶管封闭，移至下一注胶管继续注胶。

4.11 涂料恢复

钢带注胶完成，待胶体固化后割断注胶管(排气管)，清理钢带表层污垢，对钢带外露面进行防腐处理，涂刷防腐漆4道，然后拱顶全断面喷涂防火涂料，恢复原涂装。

5 施工质量控制

粘贴钢板加固施工质量应该符合设计及《公路隧道加固技术规范》(JTG/T 5440-2018)的相关规定，质量控制要求如表1所示。另外，钢板外观应平整、圆顺，胶体应固化，锚固应牢靠。钢板尺寸、厚度、防腐处理，锚栓间距应满足设计要求，胶层应均匀，无局部过厚、过薄现象。

表1 粘贴钢板加固施工质量控制表

6 结束语

通过加固后的效果观察，隧道裂缝稳定，未出现开裂和衬砌剥落现象，避免了衬砌厚度不足导致的裂缝，提高了隧道衬砌整体承载力，结构安全性有了保障，加固效果较为明显。钢带加固技术对原有衬砌结构影响小，施工快捷、简便，节约成本、经济有效，环境污染小，主要占用施工空间少，解决了隧道不能封闭交通，施工不便的技术问题。