談新疆達(dá)坂隧洞工程管片裂縫處理技術(shù)

蔣 增 花

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

談新疆達(dá)坂隧洞工程管片裂縫處理技術(shù)

蔣 增 花

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

通過工程案例，對(duì)TBM法施工隧洞管片裂縫的原則作了介紹，探討了裂縫處理方法、化學(xué)灌漿材料選擇、施工技術(shù)及檢查等技術(shù)，指出采用化學(xué)灌漿是管片裂縫處理行之有效的一種解決方法，處理后提高了隧洞整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、整體性、耐久性和抗?jié)B性。

TBM隧洞，管片裂縫，修補(bǔ)，化灌，驗(yàn)收

1 工程概況

新疆達(dá)坂隧洞為無壓引水隧洞，全長32 km,設(shè)計(jì)斷面為圓形，施工期隧洞開挖采用TBM法與鉆爆法相結(jié)合進(jìn)行施工。其中約21 km長掘進(jìn)機(jī)施工段采用六邊形預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌，襯砌后內(nèi)徑為6.0 m，管片寬1.6 m，厚度28 cm，掘進(jìn)過程中歷經(jīng)斷層破碎帶、高地應(yīng)力洞段、富水洞段以及泥質(zhì)膨脹巖等不良地質(zhì)洞段，遭遇十幾次塌方卡機(jī)，均采用化學(xué)灌漿的方法成功脫困。2010年年初，隧貫通洞通水，待秋季停水進(jìn)洞檢查，發(fā)現(xiàn)局部混凝土襯砌管片產(chǎn)生壓縫裂縫，發(fā)生裂縫的地段主要在管片2 458環(huán)～14 791環(huán)洞段范圍內(nèi)，裂縫寬度在0.1 mm～1.5 mm之間，長度多數(shù)貫通1.6 m板寬，少數(shù)裂縫僅從一側(cè)板端向中心位置發(fā)展。若不及時(shí)對(duì)襯砌管片裂縫進(jìn)行處理，通水不僅會(huì)導(dǎo)致裂縫滲漏水量損失，惡化洞周圍巖，同時(shí)局部洞段外水有弱腐蝕性，還會(huì)引發(fā)鋼筋的銹蝕，出現(xiàn)混凝土保護(hù)層脫落、溫度變化脹裂等病害，對(duì)隧洞運(yùn)行安全帶來危害。據(jù)檢查統(tǒng)計(jì)，管片裂縫總計(jì)8 188條，需進(jìn)行化灌處理裂縫總長度4 871.22 m，涂刷總面積約2 446 m2。因此通水前必須采取有效措施修補(bǔ)出現(xiàn)的裂縫，以消除潛在病害與減少水量損失，經(jīng)綜合分析，結(jié)合施工期應(yīng)對(duì)塌方卡機(jī)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，決定采用化學(xué)灌漿處理方案，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)隧洞結(jié)構(gòu)的整體性，保證襯砌管片的強(qiáng)度、抗?jié)B性以及耐久性。

2 裂縫處理原則

鑒于TBM襯砌管片裂縫通水時(shí)不僅會(huì)導(dǎo)致裂縫滲漏水量損失，惡化洞周圍巖，同時(shí)局部洞段外水有弱腐蝕性，還會(huì)引發(fā)鋼筋的銹蝕，出現(xiàn)混凝土保護(hù)層脫落、溫度變化脹裂等病害。經(jīng)過多次研討論證意見的綜合，確定裂縫處理所遵循的原則為：

1)處理措施要徹底，不留隱患，確保長期輸水安全；

2)裂縫處理，以實(shí)現(xiàn)隧洞結(jié)構(gòu)整體性的恢復(fù)為主，保證襯砌管片的強(qiáng)度、抗?jié)B性以及耐久性；

3)根據(jù)裂縫形成的原因、監(jiān)測變形分析以及對(duì)隧洞產(chǎn)生威脅程度確定處理方法。

先判斷襯砌管片壓縫裂縫對(duì)隧洞整體結(jié)構(gòu)會(huì)帶來怎樣的威脅，進(jìn)一步確認(rèn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理或是灌漿和表面封閉處理；隨后參照規(guī)范判斷裂縫是靜止的還是活動(dòng)的，以明確灌漿材料或表面封閉處理材料的性能指標(biāo)。對(duì)于靜止裂縫，采用彈性材料進(jìn)行裂縫修補(bǔ)；對(duì)于活動(dòng)裂縫，應(yīng)進(jìn)行觀測分析并控制裂縫開展，待其穩(wěn)定后再按靜止裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。若裂縫發(fā)展不能控制，則應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施，限制結(jié)構(gòu)變形，裂縫宜用彈性或接近彈性材料進(jìn)行封閉處理。

3 裂縫處理方法

1)裂縫寬度小于0.15 mm無滲水裂縫，以及無外水洞段裂縫寬度不小于0.15 mm，則采用表面涂料涂刷進(jìn)行封閉(如龜裂裂縫為無規(guī)則裂縫，裂縫深度小于3 mm不予處理；龜裂裂縫：裂縫是無規(guī)則的，裂縫深度小于3 mm)；

2)裂縫寬度在0.15 mm～1.5 mm之間的有外水洞段和滲水裂縫，經(jīng)施工期實(shí)踐表明，宜先對(duì)裂縫化學(xué)灌漿，再涂刷接近彈性的涂層進(jìn)行裂縫表面封閉；另對(duì)裂縫寬度不小于0.15 mm的洞段增設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，加強(qiáng)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)通知設(shè)計(jì)以便采取處理措施。

4 化學(xué)灌漿材料選擇及施工方法

4.1 化學(xué)灌漿材料選擇

4.1.1 滲水裂縫注漿材料

對(duì)于漏水或滲水裂縫，利用機(jī)械的高壓動(dòng)力將水溶性聚氨脂化學(xué)灌漿材料注入混凝土裂縫中。該材料具有遇水會(huì)迅速分散、乳化、膨脹、固結(jié)的特性，水溶性聚氨酯初始膨脹率能夠達(dá)到100%，形成膠凝體以后，第一次膨脹消失，但具有很好的彈性，成為穩(wěn)定的類似止水橡皮的彈性體。水溶性聚氨酯灌漿材料進(jìn)入裂縫的深度與裂縫寬度相關(guān)：裂縫越寬，漿液流速越大，進(jìn)入裂縫就越深，灌漿效果越好。這樣固結(jié)的彈性體填充到混凝土管片裂縫內(nèi)，將水流完全地堵塞在混凝土結(jié)構(gòu)體之外，以達(dá)到止水堵漏、補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料性能檢測情況詳見表1。

表1 水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料性能檢測

4.1.2 防水涂料

隧洞管片裂縫處理的防水涂料要求其防水抗?jié)B能力強(qiáng)，涂膜材料不開裂；具有足夠強(qiáng)度，與管片基面粘結(jié)力強(qiáng)，并能與管片結(jié)構(gòu)形成整體；材料本身具有無腐蝕、耐腐蝕性，耐久性好，不含溶出物、操作簡單、易檢查、無污染等特性。經(jīng)比選，新型HK-966彈性材料是一種由環(huán)氧改性的雙組分彈性密封材料，具有良好的涂刷性和粘結(jié)性，分子中的環(huán)氧基團(tuán)賦予材料良好的粘結(jié)性能，而彈性的聚氨酯成分提供了優(yōu)良的抗沖磨及抗老化性能，該材料可作為裂縫修補(bǔ)的遮蓋材料，使修補(bǔ)后外觀保持整潔。同時(shí)該材料也可單獨(dú)對(duì)混凝土裂縫、變形縫進(jìn)行表面封閉、灌封施工。HK-966彈性涂料性能指標(biāo)詳見表2。

表2 HK-966彈性涂料性能指標(biāo)

4.1.3 堵漏材料

對(duì)于注漿孔口封堵、明水封堵、槽體臨時(shí)封槽以及為注漿等創(chuàng)造無水作業(yè)條件均需應(yīng)用封堵材料，同樣本隧洞裂縫處理也需要封堵材料，其應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：速凝、凝結(jié)時(shí)間可調(diào)，抗?jié)B性能好，粘著力強(qiáng)，強(qiáng)度高，短時(shí)間內(nèi)不開裂，可帶水作業(yè)。經(jīng)比對(duì)本達(dá)坂隧洞裂縫處理堵漏材料選用力頓快硬特種水泥。力頓快硬特種水泥性能檢測統(tǒng)計(jì)詳見表3。

表3 力頓快硬特種水泥性能檢測統(tǒng)計(jì)

4.2 化學(xué)灌漿方法

4.2.1 管片滲水裂縫滲漏處理

高壓化學(xué)灌漿堵漏施工應(yīng)由受過專業(yè)培訓(xùn)的人員且有專業(yè)施工設(shè)備的施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。具體施工工藝：

1)清理：用鋼絲刷清除縫面的浮泥、泥垢；

2)鉆孔、封縫：采用電鉆，沿裂縫兩側(cè)每隔20 cm～30 cm布斜孔，孔深不少于管片厚度的1/2，孔徑10 cm～14 mm，鉆孔角度宜45°，穿過縫面不少于5 cm，用力頓快硬水泥封孔、封縫；

3)壓水檢查：封縫后隔一定時(shí)間注漿，以便觀察封縫后的效果，如有旁滲的需返工，直至整個(gè)封面不滲水為止。注漿前應(yīng)進(jìn)行壓水檢查，試壓的壓力一般在0.3 MPa以下，主要目的是：檢查止?jié){塞的止?jié){效果；保證漿液的密實(shí)性和膠結(jié)強(qiáng)度；測定鉆孔的吸水量，核實(shí)巖層透水性，為注漿選用泵量、泵壓和確定漿液的配比提供參考數(shù)據(jù)；

4)灌漿：當(dāng)經(jīng)試壓檢查無異常后，用高壓風(fēng)將縫面及孔內(nèi)的積水吹出，即可進(jìn)行注漿。灌漿材料選用水溶性聚氨酯灌漿材料，使用高壓灌漿機(jī)灌注，立面灌漿順序?yàn)橛上孪蛏蠅簼{，平面可從一端開始，單孔逐一連續(xù)進(jìn)行壓漿，當(dāng)相鄰孔開始出漿后，保持壓力3 min～5 min，即可停止本孔灌漿，改注相鄰灌漿孔，依次直至頂部的出氣口出漿，說明整環(huán)灌漿滿漿液。注漿壓力控制在0.8 MPa以下(以設(shè)計(jì)為準(zhǔn))，在設(shè)計(jì)壓力下不進(jìn)漿摒漿3 min～5 min結(jié)束灌漿；

5)清理：注漿完畢后對(duì)注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)不漏即可去掉或敲掉外露的灌漿嘴，將混凝土表面溢漏已固化的灌漿液清理干凈；

6)表面處理：化灌結(jié)束后均要求進(jìn)行表面防水涂料涂刷處理，其施工工藝如下。

4.2.2 防水涂料刮面處理

混凝土管片裂縫按設(shè)計(jì)要求灌漿結(jié)束，待凝7 d后可進(jìn)行防水涂料刮面處理，具體施工工藝:

1)清理：清刷基面，用高壓水清洗，擦拭干凈；

2)打磨：沿裂縫兩側(cè)打磨、寬度30 cm左右；

3)涂刷界面劑：待管片表面干后，涂刷BE14界面劑，要求涂刷薄而均勻；

4)刮涂防水涂料：涂刮刷一道HK-966彈性聚氨酯涂料，厚度1 mm左右；

5)粘貼胎基布：沿裂縫方向粘貼寬度30 cm左右的胎基布；

6)表面再涂刷一層防水涂料：涂刮刷一道HK-966彈性聚氨酯涂料，厚度1 mm左右。涂層厚度要均勻，每條縫應(yīng)一次性連續(xù)涂刷完成，兩遍厚度不小于1.5 mm。

5 驗(yàn)收檢查

1)化灌檢測方法：如貫通有外水、滲水的裂縫，待灌注化學(xué)材料10 d后不滲水為合格；如干縫化灌是從裂縫的一端向另一端灌漿，下一孔或縫面有溢流，或按規(guī)范要求進(jìn)行壓水試驗(yàn)，縫表面不滲水或不漏水為合格。

2)防水噴涂材料檢測方法：除按技術(shù)要求和現(xiàn)行的規(guī)程、規(guī)范嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)外，主要檢測噴涂厚度和粘結(jié)強(qiáng)度，例如進(jìn)行過程質(zhì)量控制，每涂200 m2，選擇最不利位置測0.002 5 m2，厚度小于1.5 mm為不合格,需重新涂刷合格為止，其他增檢項(xiàng)目和檢測數(shù)量、范圍及項(xiàng)目等可由業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方商定。

3)驗(yàn)收應(yīng)由四方組成驗(yàn)收小組，詳細(xì)檢查，認(rèn)為達(dá)到設(shè)計(jì)處理要求，簽字驗(yàn)收。

6 結(jié)語

2013年年初已對(duì)新疆達(dá)坂隧洞內(nèi)管片裂縫進(jìn)行了化學(xué)灌漿修補(bǔ)處理，通過后期通水運(yùn)行實(shí)踐表明，化學(xué)灌漿是裂縫處理較為有效的方法，實(shí)現(xiàn)了恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性，保證管片混凝土強(qiáng)度、耐久性和抗?jié)B性的目的。

[1] 新疆達(dá)坂隧洞混凝土管片裂縫處理工程投標(biāo)文件[Z].2012.

[2] 蔣碩忠.防水建筑材料重要成員——化學(xué)灌漿材料[J].中國建筑防水，2005(6)：95-97.

[3] 南鐵雷.水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)裂縫化學(xué)灌漿處理工藝[J].甘肅水利水電技術(shù)，2007(2):152-153.

On segment craft treatment technique of Daban tunnel project in Xinjiang

JIANG Zeng-hua

(Yili River Development and Construction Administration Bureau in Xinjiang, Urumchi 830000, China)

According to the engineering cases, the paper introduces the principle for the TBM method to treat tunnel segment cracks, explores some techniques, including the selection for chemical grouting materials, construction technique, and checking, and points out the chemical grouting is the feasible solution to the segment crack to improve the stability, wholeness, durability and anti-permeability, of the tunnel whole structure.

TBM tunnel, segment crack, maintenance, chemical grouting, acceptance

1009-6825(2014)36-0164-03

2014-10-11

蔣增花(1980- )，女，工程師

U455

A