高速鐵路隧道襯砌裂縫病害及其整治措施研究

陳世國

貴廣鐵路有限責(zé)任公司

高速鐵路隧道襯砌裂縫病害及其整治措施研究

陳世國

貴廣鐵路有限責(zé)任公司

鐵路隧道襯砌裂縫病害的形成主要是由于鐵路最初建設(shè)時(shí)施工技術(shù)不合適、管理不完善、施工條件受限等原因造成的。很多隧道襯砌施工完成以后，襯砌局部會(huì)產(chǎn)生裂縫。鐵路隧道襯砌裂縫病害的治理存在著治理環(huán)境復(fù)雜、治理難度大、施工時(shí)間段等問題。以下將針對鐵路隧道襯砌裂縫病害的有效方法進(jìn)行分析。在本文中，將就高速鐵路隧道襯砌裂縫整治措施進(jìn)行一定的研究與分析。

高速鐵路；隧道襯砌；裂縫病害；整治措施

引言

隧道襯砌裂縫是施工中中經(jīng)常出現(xiàn)的一類問題，當(dāng)隧道襯砌發(fā)生裂縫時(shí)，襯砌截面承載面積會(huì)減小，對整個(gè)隧道的結(jié)構(gòu)承載能力產(chǎn)生影響。同裂縫問題的出現(xiàn)，也常常伴隨著襯砌變形以及滲漏水問題，在引發(fā)多種病害的同時(shí)，對整個(gè)襯砌結(jié)構(gòu)造成了更大的安全隱患，因此就需要積極的做好病害防治工作。

一、鐵路隧道襯砌裂縫病害的成因及分布

鐵路隧道襯砌產(chǎn)生裂縫病害的主要原因就是鐵路襯砌結(jié)構(gòu)承受了不同程度或不均勻的圍巖壓力。除此之外，還有襯砌背后存在空洞、襯砌拱部不夠厚的原因。當(dāng)鐵路隧道的襯砌初步產(chǎn)生裂縫時(shí)，隨著襯砌裂縫分布情況的變化，會(huì)導(dǎo)致鐵路隧道的襯砌發(fā)生變形，進(jìn)而加劇鐵路隧道襯砌發(fā)生裂縫病害。通常鐵路隧道覆土較深的襯砌位置上出現(xiàn)的裂縫數(shù)量、深度均比覆土較淺的襯砌位置的裂縫數(shù)量、深度要高，所以鐵路隧道的拱腰部位是最頻發(fā)襯砌裂縫的位置。

(一)因鐵路隧道襯砌存在空洞而產(chǎn)生的裂縫及分布

當(dāng)鐵路隧道襯砌的背后存在空洞時(shí)，因有空洞的部位會(huì)使隧道產(chǎn)生一種凸向圍巖一側(cè)的自由變形，隧道裂縫由此產(chǎn)生。而且這種空洞的大小會(huì)影響裂縫的數(shù)量和深度?？斩丛酱?，襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生形變的區(qū)域和程度就越大，所產(chǎn)生的裂縫數(shù)量就越多、深度也更深。另外，值得一提的是，根據(jù)空洞所處的位置的不同，導(dǎo)致隧道襯砌產(chǎn)生裂縫的部位也就不一樣。隧道拱頂空洞除了會(huì)在裂縫的襯砌結(jié)構(gòu)位置發(fā)生，還會(huì)在隧道左右兩側(cè)墻角發(fā)生。在隧道右側(cè)襯砌拱腰位置的空洞，在隧道右側(cè)襯砌拱腰、隧道左側(cè)墻角、過渡位置和隧道右側(cè)仰拱等位置也會(huì)有裂縫。

(二)地下水產(chǎn)生的作用力

地下水產(chǎn)生的作用力包括地下水壓力以及寒冷天氣中對圍巖造成的凍脹力，一般情況下隧道設(shè)計(jì)中并不著意考慮地下水對于圍巖的作用力影響，但是在涌水巨大，滲透性較高的地區(qū)中很有可能會(huì)因?yàn)榕潘煌〞扯顾畨毫Τ掷m(xù)作用在圍巖上使其長時(shí)間處于極限平衡狀態(tài)，而引起襯砌的開裂，一般出現(xiàn)水平狀裂縫以及環(huán)向裂縫。特別是在寒冷地區(qū)襯砌后背的地下水結(jié)冰進(jìn)而圍巖凍結(jié)而產(chǎn)生的凍脹力，這種凍脹力的作用依然是持續(xù)的，其變形也是逐步積累，凍脹力使得拱下部至邊墻的范圍內(nèi)產(chǎn)生主動(dòng)土壓力引起拱頂附近局部范圍內(nèi)產(chǎn)生壓潰現(xiàn)象。

(三)施工工藝與質(zhì)量方面

1)施工工藝問題和過程管理不到位造成施工質(zhì)量缺陷。如施工配合比控制不嚴(yán)謹(jǐn)，澆筑、振搗及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不佳造成襯砌空洞、開裂，混凝土不密實(shí)、蜂窩麻面引等質(zhì)量問題。另外澆筑時(shí)混凝土模板不平順導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸形狀差異引起受力不良，出現(xiàn)裂縫，造成承載能力降低。2) 施工組織不當(dāng)。由于施工組織不當(dāng)，施工過程中各工序銜接不夠緊密導(dǎo)致成環(huán)不及時(shí)都會(huì)使拱頂、拱腰處出現(xiàn)裂縫。

二、施工過程控制混凝土裂縫產(chǎn)生的措施

目前隧道二襯施工普遍采用整體模板臺(tái)車工藝，由于整體模板臺(tái)車工藝的特殊性，加上隧道施工環(huán)境的復(fù)雜性，襯砌混凝土搗固和養(yǎng)護(hù)是造成襯砌裂紋的主要原因，如何完善混凝土振搗及養(yǎng)護(hù)工藝，是防止襯砌裂紋的有效手段。

1.混凝土振搗：目前隧道襯砌施工普遍使用整體模板臺(tái)車工藝，由于混凝土灌注窗口狹小，對混凝土振搗造成極大地困難，振搗不到位造成混凝土不密實(shí)、容易產(chǎn)生裂紋。對于模板襯砌臺(tái)車施工工藝，附著式振動(dòng)器是目前較為成熟的工藝。襯砌臺(tái)車內(nèi)側(cè)布置附著式振動(dòng)器，按照水平間距2m，高度間距2.0m至2.5m較為合適，梅花形布置；振動(dòng)器功率1.5KW。混凝土灌注過程中按照混凝土澆筑進(jìn)度依次分層啟動(dòng)振動(dòng)器，振搗時(shí)間25～35s左右，在實(shí)際過程中需要根據(jù)混凝土質(zhì)量對工藝進(jìn)行調(diào)整。

2.混凝土養(yǎng)護(hù)：隧道襯砌混凝土由于特殊的環(huán)境，無法進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，灑水養(yǎng)護(hù)是主要手段。二襯混凝土的養(yǎng)護(hù)宜采用噴霧養(yǎng)護(hù)，不宜采用噴淋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)從上而下分段進(jìn)行，防止漏噴。養(yǎng)護(hù)的最低期限根據(jù)洞內(nèi)平均環(huán)境溫度和濕度，最低養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d。養(yǎng)護(hù)時(shí)間間隔控制在2小時(shí)左右，以表面濕潤為原則，水溫度與混凝土表面溫差不得大于15℃。

三、隧道襯砌裂縫控制、整治措施和施工工藝

鐵路隧道裂縫的整治措施可總結(jié)為加強(qiáng)襯砌自身強(qiáng)度和提高圍巖穩(wěn)定性兩種。使用其中一種便能在一定程度上控制結(jié)構(gòu)變形、抑制裂縫產(chǎn)生，但同時(shí)釆取兩種措施則效果更佳。實(shí)踐中對于隧道襯砌裂縫的防治一般會(huì)采用錨桿加固、碳纖維加固、騎縫注漿、鑿槽嵌補(bǔ)、直接涂抹工藝的中一種或數(shù)種相結(jié)合的措施。

(一)不穩(wěn)定高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)的錨固注漿加固方式

采用水灰比 1：1的水泥漿，注漿壓力0.5～1.0MPa。錨固注漿加固所使用的材料主要有水泥砂漿、防水砂漿，中空錨桿以及化學(xué)注漿液等。工藝方面：第一，要進(jìn)行錨桿安裝，將中空錨桿鉆入到設(shè)計(jì)深度，按照設(shè)計(jì)間距以梅花形布置(一般1.2m左右)。同時(shí)在錨桿外側(cè)設(shè)置用于觀察以及排氣的軟管，安裝螺母、止?jié){塞以及墊板的第二，初次注漿，將提前配置的水泥砂漿進(jìn)行壓注，一般來說，該環(huán)節(jié)壓力控制在 0.6-0.7MPa，如果在注漿過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)漿較少或者不再進(jìn)漿，則完成注漿；第三，二次注漿。初次注漿完成后，由于砂漿材料的干縮以及離析沉淀，則會(huì)形成具有較小縫隙的通道，對于該種情況，需要在初次注漿漿液終凝前進(jìn)行二次注漿，壓力控制在0.9MPa左右；第四，襯砌找平，用防水砂漿對混凝土錨固注漿區(qū)域進(jìn)行過找平，對存在裂縫進(jìn)行封閉并對錨桿墊板實(shí)現(xiàn)覆蓋。在該項(xiàng)工作完成后，則正式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

(二)一般或輕微裂縫部位

第一步是向裂紋位置襯砌背后進(jìn)行控制壓力注漿；第二步是在裂縫延伸范圍內(nèi)鑿出楔形槽，槽深約為8cm，里口寬約8cm，外口寬約6cm，第三步是用鋼絲刷刷洗或高壓水沖洗等方法將槽內(nèi)清洗干凈；最后用由環(huán)氧樹脂、磷苯二甲酸二丁脂、丙酮、乙二胺配制成配合比為1：0.1：0.12：0.05的環(huán)氧基液進(jìn)行槽壁涂刷，用配合比為水泥：砂子=1：2的200#膨脹水泥砂漿作為槽內(nèi)嵌襯(注意事項(xiàng)：水泥砂漿中必須以JP型膨脹劑摻和料，其摻量為水泥重量的10%左右)。

(三)騎縫注漿法

該方式所使用的材料主要有漿液以及環(huán)氧樹脂砂漿。工藝方面：第一，要沿裂縫走向進(jìn)行鑿槽，并從裂縫位置向兩端延伸 10cm 的距離，保證槽寬為 5cm；第二，清除槽內(nèi)浮塵；第三，順著裂縫設(shè)置注漿鋼管，間距控制為0.6-0.7m，并通過環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行溝槽的嵌填以及注漿管固定；第四，當(dāng)砂漿完全凝固后，對環(huán)氧樹脂漿液材料進(jìn)行壓注，壓力控制在 0.4MPa 左右；第五，割管。當(dāng)完成注漿工作后，對注漿管外露部分進(jìn)行割除，并做好填色料以及掛抹料的涂刷。

(四)對于嚴(yán)重裂縫病害的整治措施

(1)在襯砌背后(裂紋處)進(jìn)行控制壓力注漿，確保襯砌混凝土與巖層的粘結(jié)性，改善襯砌混凝土受力情況來控制裂縫擴(kuò)張。注漿參數(shù)如下：注漿孔間距2.0m×2.0m，梅花形布置；注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，漿液水灰比1：1。按照“由下至上，先稀后稠”的順序；漿液采用425#普通硅酸鹽水泥和細(xì)砂。(2)在裂縫位置鑿除厚14cm的混凝土，并在裂縫延伸處鑿出槽寬小于8cm楔形槽，深度深于裂縫深度；另外需要將楔形槽內(nèi)壁清除干凈。(3)施作砂漿錨桿。砂漿錨桿參數(shù)如下：錨桿間1.0m×1.0m，梅花形布置、直徑Φ22mm，桿長3.0m；(4)布設(shè)鋼管鋼架。鋼管鋼架采用直徑為580mm為鋼管，管內(nèi)灌200#水泥砂漿，以達(dá)到增強(qiáng)鋼管架的剛度的目的。鋼架之間用ф22mm的鋼筋進(jìn)行連結(jié)(注：間距為1.0m)；(5)布設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距為25cm×25cm左右，并與錨桿、鋼架連接成整體，網(wǎng)格環(huán)向筋為Φ20mm，縱向筋為Φ8mm；(6)混凝土作業(yè)，混凝土加固層厚為16cm，向其中噴射200#混凝土厚10cm左右。另外，在襯砌表面灌注6cm厚的200#細(xì)石膨脹混凝土可增強(qiáng)襯砌表面美觀。

結(jié)束語

鐵路隧道襯砌裂縫病害現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，在發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)，根據(jù)產(chǎn)生的裂縫的嚴(yán)重程度，并結(jié)合裂縫分布情況，要及時(shí)選取合理的整治措施和技術(shù)對其進(jìn)行整治。同時(shí)對于裂縫的預(yù)防工作也不能馬虎，在施工過程中必須按照既定的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)強(qiáng)度來進(jìn)行施工，加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)督、檢查力度，以便最終保障工程質(zhì)量的達(dá)標(biāo)。

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表1 精處理再生過程廢水主要離子含量分析

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由計(jì)算結(jié)果可見：將進(jìn)堿(酸)+置換階段的排水進(jìn)行混合，廢水平均含鹽量約21567mg/L，含鹽量偏高；將進(jìn)堿(酸)+置換+正洗階段排水進(jìn)行混合，混合后廢水的平均含鹽為3799mg/L，為進(jìn)堿(酸)+置換階段混合水樣含鹽量的17.6%；將高速混床再生全過程排水進(jìn)行混合后，廢水的平均含鹽量約為2334mg/L，含鹽量較低。

3.3 精處理再生廢水回收利用

根據(jù)精處理再生廢水水質(zhì)分析，將精處理再生廢水分為兩部分，一部分為低含鹽量廢水，包括樹脂輸送、樹脂清洗、樹脂分離、樹脂再生過程的正洗后期以及陰、陽樹脂混合幾個(gè)階段的排水，這部分廢水的含鹽量很低，屬于低含鹽量廢水，水量偏大，單次再生的水量合計(jì)為331m3，占精處理再生全過程排水水量的60.3%，這部分廢水通過調(diào)節(jié)pH值后，可直接回用。

另一部分為高含鹽量廢水，主要為進(jìn)酸/堿+置換以及正洗初期排水，水量合計(jì)為223.6m3。由于這部分廢水含鹽量高，侵蝕性強(qiáng)，嚴(yán)重限制了回用途徑。其中，陽樹脂再生廢水中含有大量的Cl-和NH4+，陰樹脂再生廢水中含有大量的Na+，硬度離子和SO42-含量均很低。將陰樹脂再生排水和陽樹脂再生排水混合后的再生廢水，主要含NaCl和NH3，均為電力生產(chǎn)過程中的有用物質(zhì)，具有資源化回收利用的潛力。

從實(shí)際情況出發(fā)，選用合理的技術(shù)回收精處理再生廢水，既能實(shí)現(xiàn)水的回收，又能回收水中含有的有用物質(zhì)，減少廢水排放的同時(shí)增加了廢水的資源化利用，既緩解了電廠用水緊張的狀況，又獲得了良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

總之，火電廠離子交換再生廢水回收資源化利用工藝的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)離子交換再生廢水的完全回收再利用，可以降低全廠新鮮水取水量及廢水排放量，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對其的研究非常有必要。

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