鐵路隧道襯砌脫空病害整治新材料及新工藝的應(yīng)用研究

張洪賓

中鐵十五局一公司 云南西雙版納 666399

1 隧道襯砌脫空病害

隧道襯砌脫空是比較嚴(yán)重的病害之一，由于受到地質(zhì)、人為和技術(shù)3方面綜合因素影響，導(dǎo)致了隧道二次襯砌脫空病害的出現(xiàn)。脫空區(qū)的存在將嚴(yán)重影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載力，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)承載不均勻而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，致使二次襯砌極易開裂。二襯開裂將進(jìn)一步引起滲漏水、凍害和鋼筋銹蝕等一系列危害，還可能誘發(fā)圍巖松弛或失穩(wěn)脫落。嚴(yán)重時會發(fā)生突發(fā)性崩塌事故，使得隧道的維修保養(yǎng)周期和使用壽命顯著縮短，并對交通運(yùn)營質(zhì)量和人員生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。針對襯砌脫空病害，施工單位仍大多采用鉆孔、預(yù)埋注漿管（鋼管或PVC管）、回填注入水泥漿（水泥砂漿）的傳統(tǒng)方式進(jìn)行病害整治，施工效率低下、施工工序繁瑣。注入的水泥漿體后期收縮率增大，導(dǎo)致砂漿層與襯砌混凝土脫離，對襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起不到促進(jìn)作用，反而增大了結(jié)構(gòu)的自重荷載。基于傳統(tǒng)注漿材料與注漿工藝存在的問題，對回填注漿材料與注漿工藝進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。采用新型注漿材料及配套注漿工藝，提高注漿材料與襯砌混凝土協(xié)同工作能力，減少施工間隔時間，提高施工效率。本注漿工藝已在滬昆高速鐵路開展應(yīng)用，并取得顯著效果。

2 施工材料

2.1 注漿材料

傳統(tǒng)隧道襯砌脫空病害整治注漿材料多為水泥漿或水泥-水玻璃雙漿液，水料比控制在0.50-0.75，通過低壓注漿方式對脫空區(qū)進(jìn)行回填注漿，注漿時水泥漿體填滿脫空區(qū)域后，即可封閉注漿孔完成注漿。通過現(xiàn)場鉆芯取樣檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)注漿工藝施工的水泥漿體由于收縮率較大，在凝結(jié)硬化后與襯砌混凝土和上層防水板脫離，在隧道襯砌結(jié)構(gòu)上形成了“兩層皮”現(xiàn)象。傳統(tǒng)注漿材料不僅不能提高襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，反而增大了襯砌自重，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和運(yùn)行安全性起到不利影響。為提高襯砌脫空病害整治效果，注漿材料需滿足以下幾點要求：①注漿材料漿體應(yīng)具有良好的流動性和工作性，保證漿體可填充防水板與襯砌混凝土間細(xì)微空隙。②注漿材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。③注漿材料應(yīng)具有微膨脹效應(yīng)，在凝結(jié)硬化后體積穩(wěn)定性良好。④注漿材料應(yīng)與混凝土具有良好的結(jié)合強(qiáng)度。針對傳統(tǒng)注漿材料存在的缺陷，研制新型微膨脹注漿材料，新材料是由普通水泥、石英砂、膨脹劑、聚合物等組成，具有流動性大、早期強(qiáng)度高、與襯砌混凝土黏結(jié)性能好、體積微膨脹等優(yōu)點。

2.2 封堵材料

注漿完成后，需對注漿孔及觀察孔進(jìn)行封堵，封堵材料質(zhì)量的好壞將直接影響后續(xù)車輛運(yùn)行安全。新工藝采用快速封堵材料（由普通水泥、石英砂、膨脹劑、聚合物等組成），該種材料具有凝結(jié)時間快、強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好等優(yōu)點，且具有硬化后體積微膨脹效應(yīng)，用于封堵注漿孔效果良好。

3 施工工藝

新型注漿工藝在傳統(tǒng)注漿工藝基礎(chǔ)上，采用微膨脹注漿材料，通過膨脹注漿桿取代鋼管或PVC管，制漿注漿一體機(jī)制備流動度良好漿體，在設(shè)定注漿壓力下進(jìn)行注漿施工，注漿完成后采用快速封堵材料封閉注漿孔，施工完成后注漿材料與混凝土結(jié)合情況良好。施工注意事項：（1）鉆孔。同一脫空區(qū)至少鉆孔2個（1個為注漿孔，1個為觀察孔），注漿孔直徑宜為40-50mm。（2）注漿桿安裝。根據(jù)脫空區(qū)深度選擇合適的連接套桿，注漿嘴上部抵至防水板，同時確保注漿桿膨脹部分全部沒入注漿孔內(nèi)。使用高壓注漿機(jī)進(jìn)行打壓，當(dāng)注漿桿與二襯混凝土完全填充后開始注漿，注漿壓力保持在0.4-0.6MPa，不得高壓注漿。在注漿過程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控注漿壓力，當(dāng)觀察孔出現(xiàn)漿液流出后，即可封閉注漿觀察口，然后采用0.3-0.5MPa壓力繼續(xù)注漿1-2min，以確保脫空區(qū)注滿漿液。（3）注漿結(jié)束后，待注漿料達(dá)到初凝狀態(tài)時即可拆除注漿桿（時間約為1.5-2h）。拆除注漿桿時僅打開注水閥即可取下。

4 工程應(yīng)用

2017年7月于某新建高速鐵路客專隧道進(jìn)行新材料和新工藝現(xiàn)場注漿試驗。選取Ⅱ級襯砌脫空區(qū)（襯砌厚度為設(shè)計厚度的50%-80%），脫空區(qū)面積1.2m×1.0m，現(xiàn)場使用水鉆在脫空區(qū)中部與邊緣處各取孔1個。微膨脹注漿材料采用制漿注漿一體機(jī)進(jìn)行制備，水料比為0.19，注漿壓力為0.6MPa。脫空區(qū)注漿時間為32min，經(jīng)檢測注漿后襯砌厚度為45cm，滿足襯砌厚度設(shè)計要求。養(yǎng)護(hù)28d后現(xiàn)場鉆芯取樣檢測注漿料與混凝土結(jié)合強(qiáng)度。注漿料與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度為1.62MPa，滿足《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)劃》TG/GW115-2012）要求。

5 結(jié)語

微膨脹注漿材料具有良好的流動性，較高的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度高，現(xiàn)場使用情況良好。隧道襯砌脫空病害整治工藝改變傳統(tǒng)注漿方式，使用注漿桿代替預(yù)埋鋼管或PVC管，施工效率高，節(jié)約施工成本，減少隧道運(yùn)營階段安全隱患。從現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，使用微膨脹注漿材料和新工藝進(jìn)行病害整治，經(jīng)檢測注漿材料與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度為1.62MPa，襯砌厚度為45cm，滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。