隧道工程结构加固方法及工艺分析

随着社会的发展、科技的不断进步，高速公路的重要性越来越显著，而作为公路一部分的隧道，对其使用功能的要求也越来越高。

公路隧道经过一段时间的运营后,由于围岩的风化、洞内设施的老化等，一般7～10年需要整修一次。隧道加固可以延长隧道的使用寿命，用少量的资金投入，使隧道能够重新满足交通的需求。

衬砌裂损是最常见的隧道病害类型，主要包括隧道衬砌裂缝、错台和衬砌材料劣化，90%以上的隧道存在不同程度的衬砌裂损。衬砌结构裂损后结构承载能力大幅降低，对隧道运营安全造成安全隐患，故需加固修复。隧道工程是公路工程中的控制性工程，隧道修复加固会影响整条道路的营运和通行，部分城市道路（或高速公路）运营压力巨大，而业界目前对隧道工程快速（不中断交通）修复技术研究较少，故有必要结合实际需要开展相关研究。

隧道工程结构加固方法及工艺分析

结构工程中常用的加固措施有加大截面法、置换法、粘钢法、粘碳纤维板（布）、植筋法等，加固方法选取需依照结构承载特征、结构形式、可拆换性及允许空间等多种因素决定。

隧道衬砌结构作为特殊的结构工程，应结合自身承载特征和破坏机理，选取合适的加固方法和工艺。首先，根据国内外隧道加固技术的进展和现状，简要分析和阐述常用的隧道加固技术。

1.裂缝处理

对不影响结构安全性的细小裂缝，考虑裂缝扩展和美观影响，需对其进行封闭和填充。根据国内外经验，裂缝宽度在0.2～１ｍｍ时，需用高强度密封砂浆将裂缝表面封闭，以防止裂缝内钢筋氧化，同时起缝合作用，并防止裂缝进一步发展；裂缝宽度大于１ｍｍ时，除需封闭裂缝表面外，还要用注射等方法将环氧树脂和高强度胶填充裂缝内。

高强度砂浆封闭，其刚度和强度均较高，具有连接裂缝表面、防止裂缝扩展的功能，故对于各种类型裂缝均可有效封闭；裂缝填充物主要用于防止裂缝上下表面错动摩擦，从而防止裂缝剪切、压剪破坏。

裂缝内填充物仅对压剪断裂和剪切断裂有效，对于张拉裂缝或拉剪无效。裂缝内填充物填充饱满即可，压力不得过大，因为过大填筑压力不利于裂缝结构稳定。

2.嵌拱（轨）及钢带加固

隧道衬砌裂缝较严重、但结构尚有较强承载能力时，可通过嵌拱（轨）、钢带以及网片加喷射（钢纤维）混凝土的方法对结构进行加固。

嵌拱（轨）法和钢带加固法通过在衬砌结构内环向支撑（或凿槽埋设）钢带、钢拱架或钢轨，从而使衬砌结构得到有效的支撑。

嵌拱（轨）加固可根据实际需要直接在衬砌外施作，也可以在原衬砌内凿槽安装，具体施作方式可根据紧急程度、加固目的、建筑限界因素综合选定。

3.套拱加固技术

隧道净空允许且衬砌结构存在一定的承载能力时，在既有衬砌外重新施作套拱结构，新施作结构与原结构形成一体共同承担围岩压力，在充分利用原有结构承载力基础上，保证隧道安全。

按照套拱结构施作范围不同，可分为整体式套拱和和局部套拱。需注意，套拱施作前需凿除部分或局部混凝土结构，应保证原结构与新施作结构有效连接。

套拱可通过模筑混凝土施工，也可用喷射（钢纤维、碳纤维）混凝土方式施作，喷射混凝土添加钢纤维和碳纤维可有效增强结构承载能力，减少套拱结构厚度。

4.衬砌换拱

隧道原有结构已失去承载能力或结构净空不允许时，且采用钢带、嵌拱等无法保证承载能力时，需将原有衬砌结构拆除并更换。与衬砌套拱类似，衬砌更换可分为整体全换和局部结构更换。

换拱结构加固除上述病害处治技术外，新材料、新技术和新工艺在我国公路隧道衬砌加固工程也得到了尝试和应用，喷射碳（钢）纤维混凝土加网片、粘碳（芳纶）纤维板（布）法、粘钢板法等方法也在不同的公路隧道、地下铁道的病害处治工程得到了应用。

隧道修复技术应用条件不尽相同，方案选择时需综合考虑衬砌结构裂损程度、技术方案工艺复杂性、造价、施工周期、营运压力、是否必须中断交通、修复方案是否可有效增强结构承载力、是否能够防止其它并发病害（例如渗漏水）等。

隧道运营养护期间，在不断出现衬砌裂损和巨大运营压力背景下，快速、不中断交通的隧道衬砌裂损处治技术是公路隧道运营养护的迫切需要，是隧道工程中新的研究方向。

因此，亟需在现有隧道衬砌裂损病害处治技术基础上，解决快速修复技术的施工工艺和工法、相关处治装备和设备的研制、施工组织和交通组织、施工变形量测与监控技术、运营安全防护保障措施等一系列问题，建立完善的隧道病害快速处治技术体系。