高速鐵路隧道質(zhì)量缺陷處理技術(shù)研究

殷慶武

摘 要：文章結(jié)合某標段在建高速鐵路隧道混凝土缺陷處理實例，分析了高速鐵路隧道施工中二襯混凝土裂紋、滲漏水、二襯背后空洞、混凝土不穩(wěn)定塊、接觸網(wǎng)槽道等缺陷產(chǎn)生的原因以及危害，闡述了高速鐵路隧道缺陷的解決措施，從而提出解決缺陷的不同方式和施工辦法，更好的為同類工程提供參考。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；隧道；混凝土；缺陷；處理技術(shù)

中圖分類號：U457 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0140-03

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路建設(shè)中隧道的修建數(shù)量日益增多，鐵路建設(shè)的快速發(fā)展帶給人們出行方便的同時也提升了生活效率，尤其是高速鐵路的發(fā)展，然后在此同時鐵路的安全問題也成為了人們關(guān)注的焦點，其中高速鐵路隧道質(zhì)量缺陷，尤其是二次襯砌混凝土缺陷問題是一個重要的安全問題。

高速鐵路隧道質(zhì)量缺陷主要包括二襯混凝土裂紋和滲漏水、二襯施工縫因崩邊及錯臺產(chǎn)生的混凝土不穩(wěn)定塊、接觸網(wǎng)預(yù)埋槽道質(zhì)量缺陷以及二襯混凝土背后的工藝性脫空。在現(xiàn)如今的電氣化高速鐵路時代，上述隧道缺陷必須在運營前治理完成，否則將增加運營后治理的難度和成本，甚至危害運營后的安全。

1 缺陷調(diào)研方法

①首先邀請三方檢測單位，采用混凝土綜合質(zhì)量檢測儀、地質(zhì)雷達、鋼筋雷達等對混凝土缺陷進行詳細探測。并且在治理完成后再一次檢測已確認治理效果。

②根據(jù)三方檢測結(jié)果、圍巖類別、地質(zhì)條件，對本標段6.5座隧道每一處的不密實、空洞及裂縫、滲漏水所在隧道部位及與接觸網(wǎng)關(guān)系進行逐一分類，建立缺陷整治臺帳一覽表。查明當時施工時的具體情況，有無突泥涌水、塌方及其他情況。

③查明隧道地質(zhì)情況和周邊圍巖地下水分布情況、水系情況。

④查明隧道防水板鋪設(shè)情況和襯砌厚度、仰拱及找平層施工情況及隧道檢測資料。

2 缺陷調(diào)查結(jié)果及危害

經(jīng)過上述檢測，觀察等一系列現(xiàn)場的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)我標段6.5座隧道缺陷的情況如下。

2.1 二襯混凝土裂紋

襯砌的開裂處主要位于環(huán)向施工縫、拱腰及邊墻處。大部分裂縫寬度在2 mm以內(nèi)，為細微裂縫，沒有環(huán)向、縱向貫通，通過取芯機在裂縫處取的芯樣顯示，縫的深度在3 cm以內(nèi)，最深處也不到5 cm，沒有沿襯砌厚度方向貫通，對結(jié)構(gòu)的受力影響微乎其微。

2.2 二襯滲漏水

經(jīng)調(diào)查二次襯砌滲漏水主要表現(xiàn)為，邊墻、拱圈以及施工縫等局部裂紋處滲水，必須徹底治理，因為高速鐵路采用電氣化高壓電接觸網(wǎng)，所以一旦有滲漏水的話，會導(dǎo)致電網(wǎng)觸電，必然會影響隧道結(jié)構(gòu)的安全和和行車安全，所以滲漏水問題較嚴重，直接關(guān)系到人們的生命和財產(chǎn)安全問題。

2.3 二襯背后空洞

二次襯砌背后空洞是由于在二襯混凝土在澆筑過程中常常受到人為因素、技術(shù)因素、混凝土干縮、徐變等因素的影響，在襯砌拱頂與圍巖之間形成空隙，一般為工藝脫空。這種空隙會改變襯砌的受力結(jié)構(gòu)，減弱其支護強度，因為若有脫空存在，襯砌將無法在圍巖和初支變形的第一時間起到主動限制變形的作用，只能在變形達到一定程度后被動支承，這樣會給隧道安全造成隱患。

2.4 二襯混凝土不穩(wěn)定塊

二襯施工縫處存有邊緣不平整現(xiàn)象，由于崩邊及錯臺影響存在不穩(wěn)定混凝土塊，假如模板臺車的定位不準確的話就會造成二次錯臺及施工縫崩邊、崩塊，加上高速鐵路行車速度能達到350 km/h，列車通行的震動和高壓風的影響，會造成崩塊掉落情況，給通車的安全帶來隱患。

2.5 槽道施工缺陷

接觸網(wǎng)預(yù)埋槽道存在的問題主要有：槽道嵌入深度超過允許偏差值、槽道平行誤差較大、槽道型號安裝錯誤、或者因臺車移動時未解除T型螺栓造成脫落。如不及時整治，將會影響后續(xù)四電工程施工。

3 缺陷整治的基本原則

①確保不破壞隧道防水板的原則，確保已經(jīng)施工的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)、電力、照明、通信及信號等四電接口設(shè)施完整性的原則。

②根據(jù)混凝土開裂部位、滲漏水情況和裂縫大小，在認真分析結(jié)構(gòu)的原因后，因地制宜選擇不同的治理方法，分類治理。主要采用壓力灌漿法、注射法和直接封閉法，并結(jié)合采用。

③在治理裂縫過程中，不得破壞原結(jié)構(gòu)，尤其不得大面積鑿除混凝土和鑿深槽，不得裸露鋼筋。

④治理順序：延伸較長的裂縫，分段處理，裂縫密度大的地段，逐條處理。

⑤治理裂縫時，以補強加固為主要目標。

⑥在裂縫治理中使用的注漿材料、封縫材料和涂料等應(yīng)滿足穩(wěn)定可靠、施工易做，材料耐久，經(jīng)濟適用、環(huán)保的要求，采用經(jīng)過檢測和鑒定，并經(jīng)實踐檢驗、質(zhì)量可靠的材料。

4 隧道缺陷整治方案和施工工藝

4.1 病害處理總體施工方案

①二襯混凝土裂縫處理和滲漏水處理因為需要進行注漿工藝，工藝性較強，擬選用專業(yè)性較強的修補單位以及專業(yè)人員進行實施，務(wù)必徹底治。

②對于裂縫寬度大于0.5 mm的大型結(jié)構(gòu)貫穿性裂縫、大體積混凝土的蜂窩狀嚴重缺陷以及深而蜿蜒的混凝土干縫，主要使用壓力注漿法注入低粘度改性環(huán)氧樹脂進行治理。

③對于裂縫寬度為0.2～0.5 mm的混凝土干縫以及蜂窩狀局部缺陷，主要使用注射法注入低粘度改性環(huán)氧樹脂進行治理。

④對于裂縫寬度小于0.2 mm的混凝土表、淺層微細獨立干縫或網(wǎng)狀裂紋，使用直接封閉法，利用低粘度改性環(huán)氧樹脂膠液封閉裂縫通道。

⑤對于集中滲水點和滲水裂縫，采用壓力注漿法注入聚氨酯灌漿料，然后涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進行治理。

4.2 混凝土裂縫處理施工方案

4.2.1 壓力灌漿法

①主要處理措施。壓力注漿法適用于裂縫寬度大于0.5 mm的大型結(jié)構(gòu)貫穿性裂縫，是在一定時間內(nèi)，以較高壓力將修補裂縫用的注漿材料壓入裂縫腔內(nèi)的方法。

②施工工藝。壓力灌漿法施工步驟如下：裂縫表面清理—沿縫兩側(cè)鉆斜孔/騎縫鉆孔—清孔—安裝壓環(huán)式注漿嘴—表面封縫—配漿—注漿—拆管—封孔。

③施工要點。

灌壓環(huán)氧樹脂或者聚氨酯之前先對裂縫周邊用角磨機或鋼絲刷等工具進行處理，清理結(jié)構(gòu)裂縫處混凝土表面的灰塵、白灰、浮渣及松散層等污物；對于油污用毛刷蘸丙酮、稀料等有機溶液，把裂縫兩側(cè)各20～30 mm范圍擦洗干凈并保持干燥。

采用手電鉆鉆14 mm孔，注漿孔交叉布置在裂縫兩側(cè)，鉆孔斜穿裂縫，確保漿液注入并填滿裂縫，孔深為襯砌厚度的1/3～1/2。鉆孔與裂縫水平距離為100～200 mm，孔間距為300～500 mm。斜孔傾角約為45～60°。

鉆孔結(jié)束后應(yīng)使用單向刷或氣泵吹孔，將孔內(nèi)粉末及碎屑清理干凈，防止或減少粉末、碎屑堵塞注漿孔，影響注漿效果。

采用14 mm壓環(huán)式注漿嘴，使用專用T型扳手安裝使注漿嘴橡膠圈膨脹，將注漿嘴牢固上緊。

在打磨及清理干凈混凝土裂縫基層后，使用封縫材料進行封縫，先沿與裂縫垂直方向抹。盡量使用封縫材料填充進裂縫一定深度，然后再沿裂縫走向抹，避免在一處反復(fù)涂抹。若縫兩側(cè)有較多細微龜裂的部位，應(yīng)抹至80～100 mm寬，并按邊緣，消除卷邊?；炷羷兟涮幰畛涿軐崳芽p末端也要封閉嚴密。封縫寬度為50 mm，厚度不小于3 mm。

配制漿液時應(yīng)按照“少量多次”、“配比準確”、“攪拌均勻”和“注意漿溫”的原則進行。每次配漿不宜太多，配好的漿液應(yīng)在半小時內(nèi)使用完畢；漿液的配比準確，應(yīng)使用電子天平進行精確稱重，配制環(huán)氧樹脂時，主劑：固化劑以合理比例配制；主劑與固化劑應(yīng)在倒入時邊倒邊攪拌，應(yīng)攪拌至顏色一致，充分混合均勻，防止?jié){液暴聚；漿液配制時應(yīng)密切注意漿溫，若漿溫過高則表明漿液固化反應(yīng)迅速，應(yīng)立即停止配制。

注漿輸入管連接注漿嘴進行注漿，要求如下：

注漿結(jié)束后應(yīng)先關(guān)閉閥門再拆管，最后用清洗劑清洗干凈多余注漿料和機具設(shè)備。

注漿結(jié)束后不得立即敲除注漿嘴，應(yīng)待漿液完全固化后敲除，并使用同色水泥砂漿進行封孔。

4.2.2 注射法

①主要處理措施。注射法適用于裂縫寬度為0.2～0.5mm的混凝土干縫以及蜂窩狀局部缺陷，是使用專用的低壓注射器，以一定的壓力將低粘度、高強度的裂縫修補膠注入裂縫腔內(nèi)的方法。

②施工工藝。注射法施工步驟如下：裂縫表面清理—粘結(jié)注射底座—封閉裂縫—配漿—安裝注射器注漿—漿液固化—表面清理。

③施工要點。

灌壓環(huán)氧樹脂之前先對裂縫周邊用角磨機或鋼絲刷等工具進行處理，清理結(jié)構(gòu)裂縫處混泥土表面的灰塵、白灰、浮渣等松散層等污物；對于油污用毛刷蘸丙酮、稀料等有機溶液，把裂縫兩側(cè)各20～30 mm范圍擦洗干凈并保持干燥。

粘結(jié)注射底座時，將密封膠抹在注漿嘴地板上，貼嘴時用定位針穿過進漿管，對準縫口插上，然后將注射底座壓向混凝土表面抽出定位針。注射底座按間距20 cm沿裂縫走向布置，不規(guī)則裂縫的交叉點及端部均需布置注射底座。

沿裂縫的走向，全長使用密封膠進行封縫，封縫應(yīng)不小于50 mm寬，3 mm厚。養(yǎng)護待密封膠固化。

配制漿液時應(yīng)按照“少量多次”、“配比準確”、“攪拌均勻”和“注意漿溫”的原則進行。每次配漿不宜太多，配好的漿液應(yīng)在半小時內(nèi)使用完畢；漿液的配比準確，應(yīng)使用電子天平進行精確稱重，配置環(huán)氧樹脂時，主濟：固化劑以合理比例配置；主濟與固化劑應(yīng)在倒入時邊倒邊攪拌，應(yīng)攪拌至顏色一致，充分混合均勻，防止?jié){液暴聚；漿液配置時應(yīng)密切注意漿溫，若漿溫過高則表明漿液固化反應(yīng)迅速，應(yīng)立即停止配置。

用注射器吸取注漿液，插入注射底座，擰開拉環(huán)，使?jié){液通過注射底座自動注入裂縫，注漿時采用多點同步灌注方式，從下至上，從寬至窄，逐步推進，施工中采用穩(wěn)壓慢灌，每孔純灌時間不少于90 min，以保證灌漿質(zhì)量。

當注入裂縫的環(huán)氧樹脂膠液固化后，撤去注射器，卸下其底座，然后清理表面，必要時刻用角磨機平混凝土表面。

注射法適用于裂縫寬度為0.2～0.5 mm的混凝土干縫以及蜂窩狀局部缺陷，是使用專用的低壓注射器，以一定的壓力將低粘度、高強度的裂縫修補膠注入裂縫腔內(nèi)的方法。

4.2.3 直接封閉法

①主要處理措施。在混凝土表面涂刷環(huán)氧樹脂以封閉微細裂縫的修補方法稱直接封閉法，適用于寬度小于0.2 mm的微細裂縫的的修補，也可用于混凝土外表面的裝飾和防水處理，以及防止混凝土保護層的碳化和有害離子對混凝土的腐蝕。

②施工要點。當采用直接封閉法時，應(yīng)注意以下幾點：

應(yīng)先清干結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面的水分，干燥后進行裂縫的封閉。

涂刷環(huán)氧樹脂時，應(yīng)使膠液在結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面充分滲透，微裂縫內(nèi)應(yīng)含膠飽滿，一般應(yīng)沿裂縫多道涂刷。

涂刷時，應(yīng)排除氣泡，使涂面平整、含膠飽滿均勻。

多層涂刷時應(yīng)重復(fù)上述步驟，在表面所涂的膠液達到指干狀態(tài)時立即涂刷下一層。

4.3 隧道襯砌滲漏水處理施工方案

根據(jù)現(xiàn)場排查情況看，隧道襯砌的滲水位置基本都集中在邊墻上2 m左右的地方，且襯砌防排水系統(tǒng)的預(yù)埋泄水管排水情況較差，結(jié)合施工過程情況分析，極有可能是泄水管堵塞，導(dǎo)致地下水位上升，沿襯砌裂紋形成滲水。

4.3.1 主要處理措施

結(jié)合隧道內(nèi)實際情況以及綜合原因，對滲水較大部位、施工縫等采用注漿和引排結(jié)合的方式進行，遵照“堵排結(jié)合，以排為主”的原則，采用低壓注射器進行注漿。

4.3.2 施工要點

采取以下整治措施：

①疏通隧道雙側(cè)排水管，檢查隧道襯砌邊墻泄水孔是否暢通，對堵塞的泄水孔進行疏通。

②若泄水管無法清通則在隧道邊墻水溝底高程上10 cm的地方用風鉆打設(shè)新的泄水孔，用PVC管將排水引入邊墻排水溝。

③用高壓清洗機或空壓機以6 MPa的壓力向灌漿嘴內(nèi)注入潔凈水，觀察出水點情況，并將縫內(nèi)粉塵清洗干凈。

④在裂紋處使用專用的低壓注射器進行注漿，水泥采用超細P.O42.5普通硅酸鹽水泥，由外向內(nèi)逐孔壓注，注漿壓力0.01～0.03 MPa。

⑤注漿完畢后對注漿效果進行檢驗，檢驗合格將混凝土表面清理干凈，用調(diào)和好后的“水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料”刮涂兩層防水，厚度不小于2 mm。刮涂“水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料”前應(yīng)檢查注漿效果，填充不密實時需調(diào)高注漿壓力進行補充注漿。

4.4 襯砌背后空洞處理措施

在施工前，根據(jù)提供的隧道襯砌背后病害區(qū)域統(tǒng)計表采取現(xiàn)場核對施工里程，必要時進行鉆設(shè)Φ25 mm孔進行脫空核對，對核實存在的病害區(qū)進行標識，做到標識清楚，編號有序，便于在有限的時間內(nèi)開展施工，不致于盲目施工，耽誤有效的作業(yè)時間。

4.4.1 鉆孔及安設(shè)注漿管

利用搭設(shè)好的作業(yè)平臺，首先對檢測處空洞或不密實處采用紅油漆進行標識。

要求鉆設(shè)不得小于2個有效孔，一個在空洞較高處，作為排漿孔和觀察孔，一個在較低處，做為注漿孔。鉆孔前應(yīng)注意觀察二襯回填泵達砼口和隧道坡度方向，在預(yù)計大約空洞較低處鉆設(shè)另一孔作為注漿孔。采用沖擊鉆鉆孔，鉆孔直徑為Φ28 mm，先采用30 cm短鉆桿鉆孔，待鉆至約20 cm，根據(jù)地質(zhì)雷達掃描長度換設(shè)長鉆桿繼續(xù)施鉆，直至鉆通二次襯砌厚度，找到脫空處，在鉆設(shè)的過程中注意嚴禁將防水板鉆通、鉆破，并根據(jù)鉆孔檢查防水板靠二次襯砌凈空處的脫空厚度及防水板背后是否有脫空，脫空厚度。鉆孔時發(fā)現(xiàn)防水板前方有空洞后，采用毛刷將鉆孔清刷干凈，采用四周涂刷快凝的環(huán)氧樹脂Φ25 mm中空錨桿，外加方型鋼板的形式連接，鋼板四周采用膨脹螺栓固定，中間設(shè)孔，并與注漿管四周焊接牢固，要求環(huán)氧樹脂錨固入砼的深度不得小于10 cm，排漿孔錨桿深入距防水板約1 cm處，盡可能伸出砼面，以便于排漿和驗證是否注滿漿液；注漿孔錨桿深入空洞約5 cm即可，以便于漿液注入。要求環(huán)氧樹脂凝固時間控制在10 min以內(nèi)，以加快施做進度，鉆孔完畢后應(yīng)及時安裝注漿管。

4.4.2 注漿

脫空注漿漿液按設(shè)計要求采用1：1水泥漿液，注漿漿液采用攪拌機二次拌漿，確保攪拌質(zhì)量，注漿機壓力控制在0.05～0.1 MPa，注漿盡可能一氣呵成，直至排氣孔排出均勻漿液，要求注漿孔和排漿孔均應(yīng)設(shè)置漿液閥，出漿孔應(yīng)設(shè)漿液回漿管，回流漿液流入攪拌料儲料桶。當排漿孔無空氣流出時，關(guān)閉出漿孔閥門穩(wěn)壓慢慢注3 min即可停止注漿，待終凝后將鋼管采用砂輪機割掉，進行防銹處理。

注漿達到設(shè)計終壓后即可終止注漿。注漿結(jié)束后將露出的注漿管割除并將注漿孔封填密實。

4.4.3 注漿過程中可能出現(xiàn)的特殊情況處理

因是要點施工，在注漿過程中可能因時間關(guān)系，一次施工不能注完，在最后停機前灌水關(guān)閥門，將注漿孔采用水沖清干凈，以方便再次補灌漿。

在注漿過程中可能存在前后幾版環(huán)向施工縫漏漿的問題，在注漿過程中應(yīng)加強觀察，當發(fā)現(xiàn)施工縫或冷縫有漏漿時，應(yīng)及時調(diào)濃配合比，適當加入速凝劑，對漏漿點及時采用麻筋封堵，待停止漏漿后將其取出。如因?qū)嵲陔y堵漏漿時，可采取間歇注漿或隔夜注漿方式處理，確保注漿效果。

4.5 襯砌不穩(wěn)定塊處理措施

對二襯混凝土不穩(wěn)定塊，需對施工縫作一些處理，以增強新舊混凝土的連接，防止運營后掉塊，并盡量降低施工縫對結(jié)構(gòu)整體性帶來的不利影響。應(yīng)符合下列規(guī)定：

①處理混凝土施工縫，應(yīng)在抗壓強度不應(yīng)小于1.2 MPa以后進行。

②在已硬化的混凝土表面上，應(yīng)清除水泥薄膜和松動石子以及軟弱混凝土層至堅實的基面，并加以充分濕潤和沖洗干凈，且不得積水，然后涂上環(huán)氧類的界面劑。即要做到：去掉乳皮，微露粗砂，表面粗糙。

③重新植入鋼筋網(wǎng)灌入同標號混凝土，其鋼筋的布置和墻體厚度均應(yīng)考慮方便施工，易于保證施工質(zhì)量。

④混凝土應(yīng)細致振搗密實，以保證新舊混凝土的緊密結(jié)合。

⑤防水混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，宜少留置施工縫。

⑥高度大于2 m的墻體，宜用串筒或振動溜管下料。

4.6 接觸網(wǎng)槽道缺陷處理方案

隧道接觸網(wǎng)槽道缺陷主要是因為拱頂槽道因襯砌脫模時未全部解除固定螺栓，脫模時拉脫槽道或者使槽道松動；槽道安裝偏差誤差過大，不滿足設(shè)計要求；或者由于作業(yè)人員的疏忽，槽道型號選擇錯誤與，處理方法如下。

①針對嵌入誤差過大（大于10 mm）的槽道，可以進行打磨處理，把脫模后槽道邊緣混凝土呈斜坡狀打磨平順。

②針對傾斜誤差較大呈“八”字形槽道，重新進行返工處理。

③槽道平行度小于10 mm的地方，由電化局在安裝時調(diào)整處理，滿足安裝要求。

④里程偏差超出規(guī)范要求與四電設(shè)計單位協(xié)商，如果可以進行調(diào)整的不進行整改，不能調(diào)整的需進行返工處理。

⑤其他類型缺陷，如位置漏錯埋、拉環(huán)、平行度大于10 mm，槽道距施工縫小于60 cm等，均采用后置槽道處理；后置槽道委托中鐵四院進行設(shè)計，設(shè)計時應(yīng)將防閃絡(luò)接地一并考慮，后置槽道安裝完成后按要求進行拉拔試驗。

5 結(jié) 語

對于電氣化高速鐵路隧道的缺陷處理，特別是對隧道滲漏水、混凝土不穩(wěn)定塊以及接觸網(wǎng)槽道缺陷處理，目前國內(nèi)仍然未發(fā)現(xiàn)一整套系統(tǒng)的較成熟的治理經(jīng)驗，需在施工中不斷總結(jié)經(jīng)驗，進一步深入研究，完善出更科學(xué)可行的缺陷處理技術(shù)，以保證高速鐵路隧道的干燥穩(wěn)定和高壓電力信號的安全，從而消除高速鐵路運營后的安全隱患，保證人民生命財產(chǎn)的安全。

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