某運營地鐵結(jié)構(gòu)病害檢測與治理

劉 聰，賀躍光，劉 響

（長沙理工大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙410114）

我國各地區(qū)復(fù)雜多樣的氣候、水文和地質(zhì)條件，導(dǎo)致運營地鐵隧道病害的種類多樣，病因復(fù)雜。運營地鐵的隧道結(jié)構(gòu)主要會發(fā)生以下幾類病害:滲漏水、結(jié)構(gòu)性病害、混凝土病害和基底病害。對病害隧道進(jìn)行全面檢測，找出可能隱患，采取有針對性的治理措施。同時對較嚴(yán)重的滲漏水病害，還應(yīng)進(jìn)行綜合檢查和治理，確保隧道安全。

1 隧道結(jié)構(gòu)的病害檢測

1.1 病害檢測方法

地鐵結(jié)構(gòu)的檢測對象主要包括隧道混凝土結(jié)構(gòu)自身強度、密實性等方面。主要檢測內(nèi)容:隧道結(jié)構(gòu)厚度；隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)背后回填密實度，有無空隙、空洞病害等；混凝土強度；隧道相關(guān)調(diào)查，包括滲漏水病害調(diào)查、圍護(hù)結(jié)構(gòu)殘損調(diào)查等。由于檢測工作在已運營地鐵中進(jìn)行，需加強對既有設(shè)施設(shè)備的保護(hù)，所有檢測手段均采用無損檢測，不對隧道現(xiàn)有結(jié)構(gòu)造成任何破壞。隧道結(jié)構(gòu)病害檢測主要使用電磁法、回彈法，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查。

1.1.1 電磁感應(yīng)檢測

采用電磁對隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度及背后的密實程度進(jìn)行檢測。在混凝土表面向結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)射電磁波，形成電磁場，混泥土內(nèi)部鋼筋切割磁感線發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。由于感應(yīng)電磁場強度與空間梯度變化及鋼筋位置、直徑、保護(hù)層厚度有關(guān)。檢測數(shù)據(jù)由電纜傳給服務(wù)器，再由計算機軟件生成剖面圖。服務(wù)器根據(jù)記錄的測量來感應(yīng)電磁場梯度變化，通過分析處理確定鋼筋位置與混凝土保護(hù)層厚度；同時根據(jù)電流形態(tài)、強弱及變化等多種因素判定目標(biāo)體性質(zhì)。

根據(jù)規(guī)范布設(shè)測量線路。2號線南線（上行線）每斷面設(shè)置5條檢查線，頂板兩條、南北側(cè)墻各一條、底板沿兩軌道各一條；北線（下行線）每斷面設(shè)置4條線，頂板、南北側(cè)墻、底板各一條。

檢測過程中需采用連續(xù)監(jiān)測方式。數(shù)據(jù)處理采用配套的電磁感應(yīng)處理軟件，形成報告結(jié)果。

1.1.2 回彈儀檢測

采用混凝土回彈儀進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)強度檢測。根據(jù)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定:當(dāng)測點數(shù)多于10時，混凝土抗壓強度；當(dāng)測點數(shù)少于10時，混凝土抗壓強度（為混凝土抗壓強度最小值）。

根據(jù)規(guī)范要求，選取8個斷面隧道內(nèi)壁進(jìn)行抽取檢測。

1.1.3 現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場檢測主要針對隧道結(jié)構(gòu)裂縫和隧道防水排水系統(tǒng)。對隧道的結(jié)構(gòu)裂縫采取目測與裂縫測寬儀相結(jié)合的方式，對全線隧道進(jìn)行量測與照相記錄。測量裂縫的長度和間距，用油漆進(jìn)行標(biāo)記，以便后期的病害整治。在隧道內(nèi)人工檢查隧道防水和排水系統(tǒng)狀況，針對其結(jié)構(gòu)破損、溝管開裂漏水、排水溝與積水井有無淤積堵塞等進(jìn)行檢測。

圖1 地鐵隧道部分裂縫及滲水情況

1.2 病害檢測結(jié)果

對地鐵二號線DK19＋933～DK20＋082區(qū)間段進(jìn)行全方位病害檢測，部分裂縫及滲水情況如圖1所示。沿地鐵南北線進(jìn)行回彈儀測定，除個別點外，測區(qū)所有構(gòu)件混凝土抗壓強度值均大于原強度設(shè)計值，滿足設(shè)計強度30MPa的要求。采用雷達(dá)檢測法實測鋼筋保護(hù)層厚度，多數(shù)測區(qū)實測鋼筋保護(hù)層偏薄，主筋鋼筋平均間距為121.2～156.3mm，箍筋的平均間距為92.0～150.1mm。檢測結(jié)果如表1所示。

表1 病害檢測結(jié)果

2 病害治理

2.1 滲漏整治

滲漏水治理方法有很多種，主要有灌漿法、填充法、表面處理法、排水法等。對不同的裂縫寬度與深度、不同的滲漏水規(guī)模需采取不同的治理方法，根據(jù)前期的裂縫檢測情況采取相應(yīng)滲漏水病害治理措施。

2.1.1 灌漿法

灌漿法是指在滲水部位或裂縫部位采取特殊手段，將粘性或防水性材料壓注到裂縫部位，恢復(fù)裂縫部位整體的穩(wěn)定性和防水性。灌漿法適用于寬度≥0.3mm、深度較深的受力裂縫修補，當(dāng)修補需要承受較重承載力和耐久性結(jié)構(gòu)時，需選用合成樹脂材料，因其具有強度高與強粘結(jié)力的特性。對于出現(xiàn)的寬裂縫可采用水泥漿，注漿材料選用普通硅酸鹽水泥的純水泥漿，沙子宜選河沙，細(xì)度模數(shù)為1.2～2.0，配合比為w／c＝0.5～0.8。延伸率大和抗?jié)B性能好的材料可進(jìn)行防水裂縫的修補，活動性裂縫則采用彈性材料外纖維布。

2.1.1.1 隧道結(jié)構(gòu)壁后灌漿

由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻壁后的圍巖疏松、空洞、集水造成裂損與滲漏水病害，可注入漿液對圍巖進(jìn)行加固與密實，堵塞裂縫、達(dá)到整治滲漏水的目的。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻壁每隔2～4m布設(shè)一個孔徑為φ42cm注漿孔，注漿孔深度應(yīng)穿透圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度，并深入到圍巖內(nèi)10～30cm。修補前先進(jìn)行壓水實驗，確定滲透范圍，布設(shè)合理注漿孔間距；然后使用防水型灌漿材料進(jìn)行注漿施工，注漿時孔口壓力控制在0.4～0.6MPa以下，壓漿時應(yīng)注意觀察漿液串孔現(xiàn)象和裂縫發(fā)展情況，注意封堵和調(diào)整，如遇吃漿量過大情況，可暫停注漿，重新設(shè)孔、隔天再注，以避免漿液擴散過大造成浪費；若孔口吸漿量不大于0.6L／min且持續(xù)20min，注漿結(jié)束。

對結(jié)構(gòu)壁后較大空洞，有條件時可先灌注不分散型砂漿或者混凝土，然后再補灌防水型灌漿料；如果結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)欠佳，可考慮采用輕質(zhì)型灌漿材料進(jìn)行回填注漿，以減少負(fù)荷。

2.1.1.2 隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)防水注漿

對出現(xiàn)涌水的隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫，如果其背面沒有較大孔洞，可根據(jù)具體滲漏水狀況進(jìn)行加固、密實、堵塞裂縫，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)強度和防水能力；分階段集水再由側(cè)墻排水槽排出。注漿時每隔1～2 m布設(shè)注漿孔，如圖2所示，注漿孔深度應(yīng)嚴(yán)格等于或小于混凝土圍護(hù)的結(jié)構(gòu)厚度。修補前應(yīng)先進(jìn)行壓水實驗，然后使用具有超細(xì)微顆粒防水型灌漿材料進(jìn)行注漿施工，注漿時孔口壓力控制在0.4MPa以下；壓漿時應(yīng)注意觀察漿液串孔現(xiàn)象和裂縫發(fā)展情況，注意封堵和調(diào)整，直至壓滿密實。

圖2 注漿鉆孔布置

2.1.2 填充法

沿裂縫將混凝土開鑿成溝槽，然后嵌填各種修補材料，達(dá)到恢復(fù)結(jié)構(gòu)的耐久性、整體性及防水性等性能。該方法一般用來修補寬度大于0.3mm的裂縫，操作簡單、費用低廉。寬度小于0.3mm而深度較淺的裂縫，或是裂縫中有充填物，用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫，以及小規(guī)模裂縫的簡易處理都可釆取開V型槽，然后作填充處理的方法。先鑿除裂縫周圍的腐蝕、松散混凝土，用堵漏劑填塞，以達(dá)到治水和修補的雙重效果。對于一般漏水點，施工混凝土切割機在漏水點周圍鑿一個6cm寬、4cm深的V型坑，再用足量的速凝性堵水砂漿填滿壓實。對于壓力型漏水點，除在漏水點處鑿V型坑外，還需在其中間安置一根直徑為8～12mm的軟管用以排水，再用足量的速凝性堵水砂漿從邊緣向坑中央封堵，并填滿壓實，最后扎緊排水軟管，并用速凝性堵水砂漿堵住。

2.1.3 表面處理法

表面處理法是將合成樹脂、無機膠凝等防水材料涂在裂縫表面，以恢復(fù)其防水性、耐久性的一種常用裂縫修補方法。該方法特別適用于水泥砂漿難以灌入的細(xì)小裂縫、深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲狀裂縫、不漏水的裂縫、不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫或裂縫寬度≤0.2mm的細(xì)微裂縫修補。對有滲水等病害發(fā)生的可在修補后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的背水面噴涂高效防水劑，密封表面用于防水、防潮、防裂。先對結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行清理:用鋼絲刷和高壓水將結(jié)構(gòu)表面的灰塵、油污、泛堿、浮漿、松動碎塊等雜物清除干凈，確保露出混凝土新面?；炷帘砻嬉秸粲邪纪共黄交蚩锥吹确涓C麻面，可用聚合物砂漿嵌填抹平，以保證防水材料均勻地覆蓋。防水材料一般采用水泥砂漿、環(huán)氧膠泥或者環(huán)氧粘貼玻璃布。

2.1.4 排水法

對于滲漏水嚴(yán)重、甚至出現(xiàn)涌水現(xiàn)象的隧道頂板以及側(cè)墻與頂板結(jié)合處，應(yīng)先在出現(xiàn)涌水的側(cè)墻上鑿一個泄水孔，以減小涌水處水壓，再用速凝型隔水砂漿進(jìn)行封堵，若泄水孔不能有效減小水壓，可采用在側(cè)墻邊設(shè)置盲溝，進(jìn)行引導(dǎo)性排水。

2.2 結(jié)構(gòu)性裂損整治

上部基坑超荷載會對隧道結(jié)構(gòu)造成影響，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。隧道本身存在裂縫且長久未治理也會導(dǎo)致混凝土耐久性降低，從而影響結(jié)構(gòu)強度。對于隧道中出現(xiàn)的這些結(jié)構(gòu)性裂損與變形，可采取結(jié)構(gòu)補強法（包括斷面補強法、錨固補強法、預(yù)應(yīng)力法等）進(jìn)行補救。

可參照整治漏水方法對圍護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行整治。但對已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕成洞、空鼓、剝皮、掉塊的結(jié)構(gòu)，可直接鑿除其表面混凝土直至裸露新鮮層，使用鋼絲刷或者砂紙同高壓水槍進(jìn)行除渣、打磨、清洗，最后再進(jìn)行混凝土修補。修補處涂抹厚度小于2cm的修補水泥砂漿，初凝硬化后再涂抹下一層，如此反復(fù)直至與結(jié)構(gòu)表面持平，如果孔洞較大且深，則需要補上鋼筋網(wǎng)，加入級配骨料或高強混凝土進(jìn)行拌合以提高強度。

2.3 混凝土病害整治

混凝土病害整治主要針對混凝土在地表淺層受外界環(huán)境侵蝕或是自身材料等因素引起病變的整治，包括涂層覆蓋、混凝土除氯、混凝土鋼筋銹蝕處理等整治技術(shù)。

1）涂層覆蓋技術(shù)主要針對混凝土表層病害，并沒有對混凝土結(jié)構(gòu)整體造成破壞，所以對這類病害，可以直接對受損部位進(jìn)行處理，一般可以對表層進(jìn)行開鑿清理，清洗受損部位，逐層進(jìn)行修補，并且在表面涂層防護(hù)，以保證混凝土結(jié)構(gòu)長久穩(wěn)定性。

2）混凝土除氯技術(shù)，影響鋼筋腐蝕的主要因素是氯化物，氯元素破壞鋼筋表層的鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋與外界空氣直接接觸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕。由于混凝土中含大量的氯離子應(yīng)采取措施，保護(hù)混凝土內(nèi)部鋼筋穩(wěn)定性，常用方法有電化學(xué)除氯技術(shù)。

3）混凝土鋼筋銹蝕，混凝土內(nèi)部鋼筋發(fā)生銹蝕，使得結(jié)構(gòu)處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，若不及時采取措施，將造成不可估量的后果。對這類病害，一般可對銹蝕部位混凝土開鑿，使銹蝕部分的鋼筋完全裸露，對于受損面積較小（≤5%）的鋼筋，可先對其進(jìn)行除銹，涂刷保護(hù)層，保證鋼筋穩(wěn)定性。同時檢查混凝土中氯離子含量，對于氯離子超標(biāo)的應(yīng)及時采取除氯技術(shù)，降低混凝土中氯離子含量，必要時可直接鑿除該部分混凝土，重新涂刷新混凝土層。受損面積較大，且對鋼筋修補已經(jīng)超出鋼筋修補范圍的，可在受損部位補足鋼筋。

2.4 底板的穩(wěn)定處理

作為無仰拱設(shè)計受力結(jié)構(gòu)兼具傳力結(jié)構(gòu)的混凝土底板，如果不能保證其整體穩(wěn)定，將導(dǎo)致許多病害發(fā)生，包括側(cè)墻不穩(wěn)定、翻漿冒泡、底板隆起等。對于巖質(zhì)隧道底部，地下排水系統(tǒng)的好壞對底板會產(chǎn)生直接影響，容易導(dǎo)致底板損害。其中，翻漿冒泡是常見病害，對于這類病害可采取增設(shè)地下排水系統(tǒng)、加固底板的措施，目的是降低地下水位，避免底板被侵蝕。對已被破壞的底板，可根據(jù)不同情形采取注漿（見圖3），或是直接置換的辦法來處理。

圖3 注漿工序流程

3 結(jié) 語

運營地鐵隧道檢測主要是針對不同類型的病害，獲得其形狀、發(fā)生位置、發(fā)展趨勢等基本信息。適時檢測和可靠分析，對于病害處理與病害預(yù)防具有重要意義。

對運營隧道病害的治理，如果單純對病害進(jìn)行局部修補與治理顯然不夠合理。一般情況下，對于發(fā)生病害的部位，應(yīng)結(jié)合隧道病害的監(jiān)測報告、地質(zhì)情況分析病害產(chǎn)生原因，有針對性地采取治理措施。應(yīng)對病害的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，同時對較嚴(yán)重的滲漏水病害，還應(yīng)進(jìn)行綜合檢查、綜合治理，以確保隧道安全。

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