东部过境高速公路涉东江水源工程碧岭隧洞加固施工技术浅析

谢松欢

(广东省深圳市东江水源工程管理处，广东 深圳 518122)

1 工程概况

东部过境高速公路涉东江水源工程是政府投资建设的一项大型跨流域调水工程，有效地缓解了深圳水资源不足的问题。东江水源工程自东向西，从惠州东江到深圳市宝安区，全程共计106 km，是深圳的“生命线工程”[1]。为保障工程的使用寿命及安全运行，每年10月进行为期一个月的全线停水检修工作。

碧岭隧洞作为东江水源工程的重要组成，总长度为1.795 8 km，隧洞净宽净宽4.2 m，净高5.3 m。为加强主体结构的稳定性及可靠性，要对隧洞K76+533.2～K76+683.2区段内衬砌采用粘贴钢板结合钢拱架进行加固处理，加固总长150 m，从西坑检修口处进入施工作业点约为900 m。及时对该隧洞洞段进行加固处理，确保隧洞结构的安全，避免引发严重的隧洞坍塌事故，影响工程运用的稳定性。隧洞加固处理方式是对隧洞环向断面采用内贴钢板方式进行内部加强处理，增加自锁锚杆对内贴钢板进行锚固等。

2 隧洞加固施工工艺流程

本次加固处理隧洞段为碧岭隧洞，由于东江水源工程停水检修期比较全，因此要求对碧岭隧洞的加固在一个月以内完成。碧岭隧洞加固段离检修支洞口距离较远[2]，且受到隧洞断面宽度的限制，给大型机械设备、车辆以及材料的运输等工作造成了极大的不便。此次加固的主要目的在于预防隧洞在外部施工影响下，产生结构性损伤。对其进行加固工作，需要确保在恢复供水后，不会影响到流面，因此此次主要采用拱顶钢板用脚手架做临时支撑，待稳定后再对拱顶衬砌进行钻孔植自锁锚杆作业。

2.1 自锁锚杆安装工艺

本工程自锁锚杆主要用于外包钢板与衬砌锚固部位，现场自锁锚杆φ16 mm，锚固长度18 cm、21 cm，外露约5 cm，上螺栓，锚杆长、短间隔错开梅花型布置，避开裂缝400 mm，具体位置和数量根据现场实际情况确定。安装控制流程图如图1所示。

图1 自锁锚杆安装控制流程图

施工工艺流程：现场测量放线确定孔位—钻孔设备就位钻孔—孔位底部扩孔—空压机清孔—通过钻孔灌入无机灌浆料—孔道内安装自锁锚杆—锚杆抽样进行抗拔实验。

1)测量放孔。根据自锁锚杆平面布置图和详图进行锚杆中心点的放线，并用记号笔标注孔位位置，在施工过程中经常进行复测，确保孔位的准确。根据施工图纸定位放线：边墙和底板上自锁锚杆间距为700 mm，顶拱间距500 mm。

2)钻孔。确定锚杆孔位后，采用直径18 mm或20 mm的钻头成孔。钻机使用过程中须保持牢固，确保钻机机架的水平度和立轴的垂直度，严禁打穿结构止水层。

3)底部扩孔。底部扩孔是施工中的关键工艺，主要工具为扩孔钻头，将直孔底部扩大成倒锥孔[3]。

4)清孔。钻孔至设计深度后，将孔底的积灰掏洗干净，以防止注入灌浆料后与积灰混合，影响浆体强度。

5)灌浆。将灌浆料粉料与液料按设计配比拌合后，导管为胶皮管，两端分别与灌浆容器以及钢筋捆绑送入钻孔内，预留50 mm空隙，自孔底向外灌注。随着灌浆料的灌入，应逐步地将灌浆管向外拔出直至孔口，可将孔内的水和空气挤出孔外，以保证锚固体灌浆连续密实[4]。

6)安装自锁锚杆。孔内灌浆完成后，放置自锁锚杆，杆体放入角度与钻孔角度保持一致，安装到位后用加力加压使锚杆端部的扩胀套筒张开自锁。

7)检验与试验。锚杆施工完成后进行验收试验，按要求进行抗拔力检测。

2.2 钢板粘贴工艺

对隧洞桩号K76+533.2～K76+683.2长为150 m的范围内采取包钢处理，钢板厚度为10 mm，包钢宽度为0.5 m，焊接连成整体环向型，每环之间边角间距20 mm，每三环钢板之间留80 cm空隙安装排水管。

主要工艺流程为：洞外钢板加工、涂抹防护涂料—混凝土表面处理—钢板就位—安装钢板与自锁锚杆固定—安装钢拱架与钢板焊接—钢板四周密封—钢板与衬砌接触面灌胶—表面清理—施工质量检查。

1)洞外钢板加工。依据图纸尺寸进行钢板加工及开孔，并用钢丝刷磨机或磨光砂轮对钢板粘贴面进行除锈以及打磨处理，粗糙程度越高越好，打磨的纹路与钢板受力方向相垂直，打磨完成后表面涂刷防护涂料[5]。

2)混凝土表面处理。依照设计图纸要求，进行现场测量定位，在需要粘贴钢板的混凝土表面上绘制钢板位置样，并将混凝土表面凿除2～5 mm，确保粗骨料充分外露，针对表面不平整的位置应当凿平，并采用钢丝刷去除表面浮浆以及松散物及表面松散粉尘等。

3)安装钢板与自锁锚杆固定。自锁锚杆安装后，锚固段张开后嵌入衬砌内，上端部通过螺母固定钢板，确保钢板与混凝土表面的间隙大于4 mm，保障灌注胶层的厚度。自锁锚杆有较为可靠的抗拔力，能够为钢板粘贴提供较为有效的加压，确保粘贴的效果，此外还能够有效减少剪切力，提升钢板粘贴的耐久性。

4)钢拱架安装及焊接钢板。钢拱架采用16#工字钢，焊接在隧洞横断面钢板上，沿轴线间距1 m布置。

5)密封罐胶。钢板焊接完成后，用密封材料将钢板边缘封闭，将注入嘴粘贴在钢板的注入口处，再在钢板角点处及钢板边缘插入排气口，待封边胶固化后，用泵将粘钢灌注胶从注入嘴灌注到钢板和混凝土的空隙中[6]，灌注工作持续到所有排气管均有胶液流出。

6)灌胶完成后，钢板表面残余浆液及密封材料清理干净，用小锤敲击钢板表面检查灌胶密实饱满情况。

3 隧洞加固施工技术

常用的隧洞加固技术包括增大截面法、粘贴刚面、粘贴纤维复合材料、体外预应力以及改变结构体系的技术方法。本次对碧岭隧洞段加固中主要采用的是粘贴钢板加固施工技术，粘贴钢板加固施工技术根据计算分析结果，对不能满足荷载承载力的隧洞部分，根据面积替代法设计钢板尺寸及数量，同时采用粘接剂以及锚栓将设计的钢板粘贴在隧洞加固的位置上[7]，从而促使加固部位隧洞混凝土与设计钢板共同作用，构成一个有机整体，提升隧洞自身的结构承载力及可靠度，延长隧洞的使用寿命。但在采用粘贴钢板加固施工技术中，还存在较多的问题，如钢板及锚栓的防锈问题，如果未能做好防锈处理，那么可能会导致钢板及锚栓的锈蚀，缩短隧洞的使用寿命，影响隧洞的加固效果。

3.1 定位放线

定位放线是进行隧洞加固施工中的一个关键环节，也是首要工作，放线人员在对设计方案有全面了解的基础上，严格根据设计方案要求，准确标记加固位置，确保粘贴部分位置的施工精确性得到提升[8]。在放线的过程中，通常将轮廓线与实际粘贴部位向外扩散一定的距离，并做好相应的现场清理工作，避免粘贴部位受到杂质的影响，导致粘贴钢板加固效果不佳。

3.2 材料及构造基本要求

进行加固施工过程中，采用的黏结剂具有较高的强度、耐久性以及弹性。焊缝轻度较高，钢板与螺栓等部件均需要符合相关的技术要求。此外对粘结强度具有较高的要求，不仅要求黏结剂强度性能合理，使用的材料强度也应达到相应的强度要求。因此，现场施工人员需要加强对基本材料的强度管理，提升总体性能。在对隧洞加固施工的中，如果对隧洞侧面进行钢板粘贴使用，要求钢板的高度不能超过梁高的1/3[9]。在加固施工范围内，确定锚固的长度，若不能达到设计要求，就需要及时进行调整。此外在粘贴后，需要在钢板表面涂刷一层防锈漆，避免锈蚀问题的发生，提升加固施工效果。

3.3 混凝土及钢板表面处理

进行钢板粘贴前需要现将构件表面的抹灰层清理干净，如果存在局部损坏的问题，需要进行凿毛处理，并用水泥砂浆进行修补。若构件有裂缝，那么就要及时处理该问题。混凝土表面情况一般有以下几种处理的方式。

1)将混凝土表面打磨平整，去除表面的浮浆、油渍等污染物，裸露出新的混凝土结构表面。

2)对湿度比较大混凝土表面，采用人工祛湿的方法进行干燥处理。

3)对于表面疏散、空鼓的层面要及时进行处理，清除干净表面的腐蚀、剥落等物质，将主体结构裸露出来。

4)选择适合的修复材料进行处理。

此外，在钢板结合的部分，要进行相应的除锈处理，操作时可以通过采用砂轮机进行打破，确保钢板表面出现金属光泽。

3.4 混凝土钻孔植筋

进行锚固钢筋的安装之中，需要先使用记号笔做标记，之后采用钢筋探测仪，全面检查钢筋安装的位置，从而保证钻孔时不会损坏钢筋的结构。在使用冲击钻的过程中，应当确保各项技术参数能够达到相应要求，钻孔时要适当地放缓速度，钻头稳定后加快速度，成孔与植筋结构面达到垂直度的要求；钻孔工作完成之后，采用刷子将内部留下的灰渣清除干净[10]，并进行干燥处理，均达到相应要求后，才可以进行注胶施工。注胶前，工作人员要详细了解说明书，掌握正确的操作方法，在各方面符合施工要求后，将植筋胶放入到胶枪之中，连接混合管，将颜色不一致的胶体挤出，待胶体颜色完全一致后，直接插入孔底进行注胶施工，注满2/3即可；将钢筋进行除锈处理之后，直接插入孔底，钢筋要缓慢插入，确保黏结剂与钢筋良好结合，之后对暴露位置进行调节，可以通过采用绑丝等方式固定钢筋，采取从到上的方式逐渐完成植筋施工，将溢出的植筋胶重新全部填充到钻孔之中，确保植入的钢筋能够全部被植筋胶包括起来。

3.5 钢板粘贴

对进行钢板粘贴中使用到的钢板要求其应当在同一个工厂中进行统一性的生产，并结合设计方案开展钻孔工作，经过相关工程检验，确定其符合工程标准后，再次进行除锈、清洗处理，完成之后涂胶并粘贴使用。在进行钢板粘贴时，应当对螺栓做压紧处理，确保施工现场支撑结构设计的合理性，此外还需要采用人工锤击的方式提升钢板粘贴的牢固性，直至周边位置上有胶液溢出，认定为钢板粘贴合格。粘贴工作结束完成后，还应当采取人工的方式进行周边的处理，进一步强化粘贴的牢固程度。

4 结语

由于围岩结构存在不同的情况，在进行加固施工中也会出现不同的状况，因此要结合实际的施工情况以及施工能力选择相应的施工技术，确保加固施工的效果。在水利工程中，隧洞加固施工的质量有着关键性的影响，但由于现场施工环境较为复杂，在施工的过程中会出现较多的问题。因此，针对东江水源工程碧岭隧洞的实际施工状况，充分考虑多种因素的影响，采用了钢板粘贴的加固施工方法，确保加固施工的质量及效果，在此基础上结合实际施工情况，灵活运用多种施工工艺，优化工艺流程，从而保证隧洞加固施工的质量，为停水检修碧岭隧洞加固工程的顺利完成提供了保障。