昌福鐵路隧道病害整治

張團(tuán)結(jié)

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程系，陜西渭南714000)

昌福鐵路隧道病害整治

張團(tuán)結(jié)

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程系，陜西渭南714000)

南昌至福州鐵路隧道斷層破碎帶、巖爆、軟巖變形、強(qiáng)富水等不良地質(zhì)非常普遍，隧道出入口埋深較淺，圍巖破碎，在隧道施工中出現(xiàn)了襯砌開裂、襯砌背后空洞、隧道滲漏水等病害。通過對(duì)此隧道病害的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，并結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)資料，針對(duì)襯砌開裂出現(xiàn)的三種不同情況，分別采用了錨固注漿、碳纖維加固以及嵌填溝槽后注漿加固等措施，采用壓漿填充、封堵防水方法整治隧道襯砌背后空洞和滲漏水病害。整治措施實(shí)施后在隧道運(yùn)營(yíng)前變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定，證明采取的處理方法合理有效。

隧道 襯砌開裂 襯砌空洞 隧道滲水 病害整治

圍巖的性質(zhì)直接影響著隧道的穩(wěn)定性。尤其是對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道，開挖施工以及運(yùn)營(yíng)狀況都直接受到地質(zhì)條件的影響，許多隧道在運(yùn)營(yíng)后出現(xiàn)或多或少的問題。常見的隧道病害有水害、凍害、襯砌開裂、襯砌侵蝕、襯砌背后空洞等，而運(yùn)營(yíng)后的隧道病害整治相對(duì)于運(yùn)營(yíng)前成本要增加，故運(yùn)營(yíng)前準(zhǔn)確分析隧道的病害原因并進(jìn)行合理的整治極其重要。

1 工程概況

昌福鐵路隧道設(shè)計(jì)速度200 km/h，預(yù)留滿足250 km/h，為雙線電氣化鐵路有砟軌道隧道。隧道最大埋深100 m。隧道進(jìn)口段位于直線上，出口段位于半徑800 m曲線上。洞內(nèi)為坡度3‰的雙面坡。

隧址區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，主要表現(xiàn)為巖爆、軟巖變形、強(qiáng)富水等，同時(shí)隧道還穿越斷層破碎帶，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。隧道出口60 m處為殘坡積體，碎石含量高，厚約2 m以上，下伏強(qiáng)風(fēng)化砂巖，厚約0～10 m，中間夾有泥質(zhì)砂巖，較軟弱。受埋深、巖性、地質(zhì)構(gòu)造等影響，圍巖穩(wěn)定性差，極易塌方。該隧道建成后，主要存在隧道襯砌開裂、襯砌背后空洞、隧道滲水等病害［1］。

2 襯砌開裂原因分析與整治

隧道襯砌開裂主要為邊墻縱向開裂(其中一處左右邊墻裂縫累計(jì)長(zhǎng)37 m)，拱部縱向開裂一處，邊墻龜裂一處。

2.1 原因分析

通過對(duì)8組邊墻、拱頂鉆孔取樣檢查以及邊墻基礎(chǔ)進(jìn)行破檢［2-3］，除發(fā)現(xiàn)邊墻腳有1處存有4 cm厚的虛渣外，其余7處符合要求。8處的混凝土強(qiáng)度及襯砌厚度均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，對(duì)襯砌裂縫與氣溫的關(guān)系以及隧道收斂情況進(jìn)行了量測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)氣溫越高裂縫越小，隧道收斂量幾乎不發(fā)生變化，隧道襯砌已趨于穩(wěn)定。

通過現(xiàn)象調(diào)查，并結(jié)合設(shè)計(jì)施工圖和有關(guān)施工資料，認(rèn)為襯砌開裂的原因主要有以下幾點(diǎn)［4］:

1)地質(zhì)原因

該隧道地處斷層破碎帶，具有高地溫、巖爆、軟巖變形、強(qiáng)富水等不良地質(zhì)特征，導(dǎo)致圍巖的穩(wěn)定性比較差，在水的長(zhǎng)期作用下，軟弱圍巖及含水量高的松散物質(zhì)逐漸松動(dòng)，作用在隧道襯砌上的壓力越來(lái)越大，致使壓力超過了襯砌本身的承載能力。

2)設(shè)計(jì)原因

隧道所處的地質(zhì)條件和環(huán)境條件差，隧道位置選擇不理想;設(shè)計(jì)單位的地質(zhì)勘探資料不夠詳細(xì)，設(shè)計(jì)的地質(zhì)條件與實(shí)際情況存在偏差;支護(hù)結(jié)構(gòu)不夠合理，強(qiáng)度不足，防排水體系不夠完善;未采取有效措施減小混凝土收縮及溫度應(yīng)力對(duì)裂縫的影響，細(xì)部處理不夠合理。

3)施工原因

①隧道開挖成型差，未及時(shí)處理欠挖部分，對(duì)超挖部分又未及時(shí)回填;襯砌混凝土厚度差異較大，部分襯砌混凝土厚度較薄。

②拌合混凝土?xí)r原材料計(jì)量有誤，對(duì)外加劑的摻入量未嚴(yán)格控制，當(dāng)砂、石料的含水率發(fā)生變化時(shí)，沒有及時(shí)調(diào)整施工用水量，在混凝土運(yùn)輸及泵送過程中存在加水的現(xiàn)象，造成混凝土水灰比變大。

③施工時(shí)，混凝土灌注、拆摸、養(yǎng)護(hù)不按規(guī)定進(jìn)行。拆模過早，混凝土強(qiáng)度較低，過量承受荷載，導(dǎo)致混凝土在自重或外界荷載作用下出現(xiàn)裂縫。

2.2 襯砌開裂治理

裂縫治理原則應(yīng)以加固為主、拆換為輔［5］。對(duì)于襯砌強(qiáng)度不足或襯砌強(qiáng)度達(dá)到要求但襯砌厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定值的開裂地段，必須拆除襯砌，按照設(shè)計(jì)要求重新施作;對(duì)于襯砌強(qiáng)度及厚度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的開裂地段，根據(jù)裂縫寬度及長(zhǎng)度，采用補(bǔ)強(qiáng)措施進(jìn)行加固。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況，將裂縫按以下3種情況分類，并用油漆標(biāo)識(shí)在隧道襯砌上。對(duì)鉆孔位置、開槽位置進(jìn)行放樣，位置、類型確定好后施工。

1)對(duì)于襯砌裂縫數(shù)量較少，裂縫寬度在5 mm以上，長(zhǎng)度達(dá)到10 m以上的地段，或襯砌裂縫嚴(yán)重影響到隧道的承載力和穩(wěn)定性的地段，采用錨固注漿方法［6］進(jìn)行加固。具體施工流程為:

①開槽。順裂縫鑿出10 cm×10 cm的槽，用高壓風(fēng)清凈槽內(nèi)雜物。

②嵌補(bǔ)。用AB樹脂砂漿嵌補(bǔ)且預(yù)留注漿孔。

③壓漿。待槽內(nèi)AB樹脂砂漿固化后給裂縫壓注AB樹脂砂漿。

④布設(shè)錨桿。沿裂縫兩側(cè)布設(shè)R32N自進(jìn)式中空注漿錨桿，錨桿縱向間距1.5 m、環(huán)向間距1.0 m。

⑤鉆孔。在土中或軟巖上鉆進(jìn)時(shí)，放慢鉆進(jìn)速度，堅(jiān)持少?zèng)_擊，多回轉(zhuǎn)。注意觀測(cè)鉆孔中流水的狀況，若出現(xiàn)水孔堵塞的現(xiàn)象，后撤錨桿50 cm，及時(shí)清除孔內(nèi)堵塞物，繼續(xù)鉆進(jìn)直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

⑥清孔。采用水或高壓風(fēng)清洗鉆孔，確保鉆孔暢通后，從錨桿上卸下鉆機(jī)連接套，錨桿外露孔口長(zhǎng)度在10～15 cm之間為宜。

⑦塞孔。在錨桿外露端處，用鋼管將止?jié){塞打入孔口10 cm左右，安裝墊板及螺母，此時(shí)不宜上緊。

⑧注漿。將注漿管、錨桿、壓漿泵用快速接頭連接好，開泵注灰漿，整個(gè)過程必須連續(xù)灌注，一次完成，不停頓，直至漿液從止?jié){塞邊緣溢出或壓力表達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，即可停泵。

⑨緊固。當(dāng)灰漿強(qiáng)度達(dá)到初始設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可上緊墊板及螺母。

2)對(duì)于襯砌裂縫數(shù)量較少，裂縫寬度在5 mm以上，長(zhǎng)度不足10 m的地段，或者單條裂縫開裂較嚴(yán)重的地段，采用碳纖維加固方法［7］。具體工藝流程為:

①處理面層。將襯砌混凝土表面劣化層清除，表面平整度滿足5 mm/m2要求。

②封閉裂縫。將基層清理干凈，用密封膠封閉裂縫。

③預(yù)涂底膠。用滾筒刷在襯砌表層涂抹樹脂，確保樹脂涂抹均勻，厚度不超過0.4 mm。

④找平處理。樹脂固化干燥后，用電動(dòng)砂輪去掉底層樹脂中的氣泡，并將底層樹脂整平。

⑤粘貼碳纖維布。在碳纖維布和粘貼的襯砌部位上，分別用滾筒毛刷均勻涂抹粘結(jié)膠，粘貼碳纖維布。同時(shí)，用光滑滾子反復(fù)滾壓纖維布表面，使多余膠料滲出，消除粘貼層之間的氣泡。

3)對(duì)于襯砌裂縫范圍較小，裂縫寬度在5 mm以下的地段，若裂縫有明顯的剪切錯(cuò)動(dòng)及滲漏水現(xiàn)象，可采用環(huán)氧樹脂砂漿嵌填溝槽并固定注漿管注漿處理;若錯(cuò)動(dòng)及滲漏水不明顯，可沿裂縫鑿槽嵌補(bǔ)聚合物水泥砂漿，或清理襯砌混凝土基面后直接涂抹水泥基滲透結(jié)晶型材料進(jìn)行處理。

該隧道邊墻豎向裂縫及拱部環(huán)向裂縫寬度在5 mm以下，隧道滲漏水現(xiàn)象明顯，按照前一種方法進(jìn)行整治。具體工藝為:先將裂縫內(nèi)清理干凈后，沿裂縫表面涂刷快干型封縫膠(封縫膠寬度為裂縫兩側(cè)各5 cm)，并按25 cm間距預(yù)留注漿孔;然后將攪拌均勻的AB樹脂砂漿注入裂縫內(nèi)，待樹脂砂漿固化后清除表面封縫膠。

3 襯砌背后空洞原因分析與整治

隧道左邊墻襯砌背后空洞有2處，空洞深度在20～40 cm，2處長(zhǎng)度共計(jì)5 m;右邊墻襯砌背后空洞有3處，空洞深度多在30～40 cm，3處長(zhǎng)度共計(jì)20 m。

3.1 原因分析

1)防水板鋪設(shè)時(shí)后面可能已經(jīng)有較大空洞［8］，混凝土澆筑后無(wú)法擠壓防水板緊貼隧道開挖輪廓，造成空洞。

2)襯砌內(nèi)含有雜物。3)混凝土質(zhì)量太差。

3.2 襯砌背后空洞的整治

襯砌背后空洞回填應(yīng)根據(jù)襯砌厚度、空洞大小、襯砌裂損程度等情況，采用相應(yīng)的填充方法［9］。對(duì)襯砌裂損嚴(yán)重以及結(jié)構(gòu)部件間連接薄弱的地段，為避免因壓漿引起邊墻傾倒，首先應(yīng)用錨桿加固拱部和邊墻，然后再進(jìn)行壓漿填充;對(duì)于襯砌完整背后存有空隙的地段，直接進(jìn)行壓漿填充。

此隧道襯砌均比較完整，沒有出現(xiàn)大的裂損破壞，因此，主要采用壓漿填充襯砌背后空洞。具體方法為:

1)按照設(shè)計(jì)位置確定施工區(qū)段后，在襯砌表面明顯標(biāo)示，利用簡(jiǎn)易工作臺(tái)進(jìn)行鉆孔施工?？咨钜源┩敢r砌為標(biāo)準(zhǔn)，孔位按照設(shè)計(jì)要求呈梅花形布置，共設(shè)3排，頂排不可高于拱腳。鉆孔縱向間距4 m，環(huán)向間距2 m。

2)在襯砌背后進(jìn)行注漿作業(yè)，注漿材料為1∶1水泥砂漿，水灰比1∶3，注漿壓力控制在0.3 MPa，達(dá)到注漿終壓2 min后拆除注漿管，以水泥砂漿堵塞孔口，結(jié)束單孔壓漿。注漿順序應(yīng)自下而上進(jìn)行。

4 隧道滲漏水原因分析與整治

隧道滲漏水有三處，主要出現(xiàn)在拱部和邊墻裂縫或施工縫處，一處滲水面積較大，但滲漏水量一般。

4.1 原因分析

隧道滲漏水主要原因是，在修建隧道時(shí)穿過了山體地下水集聚的通道，破壞了山體原始的水系統(tǒng)平衡。當(dāng)隧道圍巖與含水地層連通時(shí)，如果襯砌的防水及排水設(shè)施、方法不完善時(shí)，就必然會(huì)造成隧道滲漏水。

4.2 襯砌滲漏水的整治

整治隧道滲漏水通常遵循“堵、排、截”相結(jié)合的原則［10-11］進(jìn)行。常見的整治方法主要有:①對(duì)于大面積且滲漏水嚴(yán)重地段，首先向襯砌背后及內(nèi)部注漿止水或引水，基面逐漸干燥后，用摻外加劑防水砂漿或防水涂層等進(jìn)行處理，最后封閉引水孔;②對(duì)于一般的大面積滲漏水和漏水點(diǎn)較多地段，宜用速凝材料堵水后，用防水涂層或防水砂漿抹面進(jìn)行防水處理;③對(duì)于裂縫較大的滲漏水地段，通常采用向襯砌內(nèi)注速凝漿液堵水，當(dāng)滲水量較小時(shí)，向裂縫或襯砌內(nèi)注漿后及時(shí)清理表面，然后再用防水涂層或防水砂漿加強(qiáng)即可。

該隧道有一處大面積的滲漏水地段，按照上述第二種方法進(jìn)行整治，具體工藝流程為:

①鉆孔。在襯砌上按梅花形布置壓漿孔，然后利用風(fēng)槍鉆壓漿孔，鉆孔深度以深入襯砌背后20 cm為宜。

②鉆孔完成后，用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)粉渣。

③壓漿材料采用水泥漿與水玻璃的體積比為1∶1～1∶0.3的水泥—水玻璃雙液漿。漿液采用小型攪拌機(jī)拌制，壓漿時(shí)應(yīng)按由下向上，兩側(cè)對(duì)稱，先兩側(cè)后中間的順序進(jìn)行，壓漿壓力控制在0.3 MPa，以防壓力過大損壞襯砌。壓漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得隨意停泵，以防止堵塞管路，影響注漿效果。每孔壓漿完成立即采用砂漿封堵，防止?jié){液外流。漿液凝結(jié)時(shí)間應(yīng)控制在10 min左右。

④清理襯砌表面并涂刷防水涂層。

另外兩處滲漏水地段滲水量不大，嵌縫處理后及時(shí)清理襯砌表面，涂刷止水防水涂層。

5 結(jié)論

本文針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下，隧道在施工后出現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行了分析和整治，整治后的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示該隧道經(jīng)加固后變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定，證明針對(duì)此隧道使用的襯砌開裂、滲漏水、襯砌背后空洞的處理方法合理有效。為隧道的安全運(yùn)營(yíng)提供了一定的保證。今后應(yīng)進(jìn)一步研究更加合理的施工開挖方法、支護(hù)方式，盡量將隧道病害消除在施工階段。

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(責(zé)任審編葛全紅)

U457+.2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.22

1003-1995(2015)02-0079-03

2014-06-27;

2014-07-30

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013年科研基金項(xiàng)目(2013-53)

張團(tuán)結(jié)(1981—)，男，河南正陽(yáng)人，講師，碩士。