UHPC装配式套衬技术在隧道二衬加固中的应用

工程概况

主要创新点

一、技术思路          

（一）常规隧道衬砌加固措施的缺陷          

目前，公路隧道衬砌加固的常规方法主要有模筑（钢筋）混凝土套衬、喷射（型钢）混凝土套衬、网喷混凝土加固等。从近年来实施的养护工程项目来看，传统方法能够到达既定的设计目标，加固效果整体良好，但是也存在一些瑕疵：          

1.普通混凝土材料抗拉性能低、易开裂、耐久性差；          

2.喷射混凝土工艺繁琐、质量不易控、施工现场粉尘大；          

3.现浇（现喷）混凝土套衬工艺，施工周期长，需要长时间封闭隧道，既对交通影响较大，与人民对美好交通出行的愿望不符；          

4.普通混凝土预制套衬虽然能够较好解决施工周期、质量可控、交通干扰问题，但因普通混凝土预制管片尺寸大、自重大，对隧道既有净空大幅压缩、容易侵限的问题无法解决，同时，预制、运输、吊装等整个施工过程不太便捷。          

（二）解决思路          

为解决常规加固措施存在的缺陷，结合装配化施工工艺，首先要从材料上进行突破。与普通混凝土相比，UHPC超高性能混凝土的抗压强度≥120MPa，抗拉强度≥5MPa，使其具有超高的强度；搅拌过程中添加了较高体积比的短钢纤维增强材料，使其具有超高的韧性；内部具有不连通孔结构，具有很高的抵抗气、液体侵入能力，使其具有超高的耐久性。          

（三）UHPC预制套衬加固技术的优点          

利用UHPC超高性能混凝土具有的超高强度、超高韧性、超高耐久性等特点，可以使预制管片更加轻薄、耐久，从而实现施工便捷、质量可控、不压缩隧道净空、施工周期短的目的。          

二、关键技术方案          

（一）设计阶段          

1.截面形式的确定：首先通过经济性分析，得到相同长度下UHPC的材料用量，根据材料用量来初步设计结构截面形式（需满足隧道建筑限界要求），然后通过结构计算，确定最终的截面形式。          

2.构件划分：结构构件的划分不仅要考虑合理的受力状态，还要考虑构件制造和安装的可操作性。构件的制造和安装要求预制构件轻量化，减少构件类型，实现预制构件的标准化，便于实现规模化生产。构件的横向划分主要考虑对构件弯矩的影响，将构件的接头部位布置在弯矩较小处；构件纵向划分主要考虑构件的重量影响。          

3.接头构造：对于装配式结构设计来讲，接头是预制装配式结构受力和渗水的薄弱部位，接缝的连接形式是装配式结构整体受力的关键，设计阶段应根据数值模拟来研究接头构造，确定接缝的连接形式。          

（二）预制阶段          

UHPC预制构件应采用高精度的钢模制作，加工模板前，要对隧道断面进行加密复测，构件生产前，要对钢模误差进行严格检测。          

（三）安装阶段          

1.安装前应准确标记预制管片的安装位置。          

2.安装时选用经济合理的吊装机械，拼装完成后沿预留注浆孔注浆，确保套衬背后与既有衬砌填充密实。          

3.安装后要布设数据传感器，及时采集分析数据。          

三、实施效果          

采用UHPC预制套衬加固技术，有效弥补了隧道既有衬砌存在的厚度不足、裂损等结构缺陷，提高了衬砌结构的安全可靠度。UHPC装配式套衬加固技术采用工厂预制工艺，施工质量、工程耐久性能够得到较好的控制，减少了后期隧道维修次数，延长了隧道维修周期，降低了隧道运营成本，经济效益显著。同时，施工时对周边环境影响小，施工周期短，社会效益显著。

生产、应用及推广情况

2022年，在陇南公路事业发展中心承建的G316线柏垭子隧道维修处治工程中，首次使用了UHPC装配式套衬加固技术，也是全国首例采用UHPC装配式套衬加固隧道二衬结构的案例。后期若能研发出配套的安装设备，推广前景很大。