鐵路軟巖隧道運營后二次襯砌縱向裂縫處理措施

孫奇云

(中鐵二十五局集團有限公司，廣東 廣州 510510)

1 工程概況

本次案例的鐵路隧道全長14580 m，雙線，隧洞斷面為圓拱型，二次襯砌開裂段落處于軟巖大變形段落，原設(shè)計圍巖級別為Ⅳ級，變更為Ⅴ級，初支按Ⅴ加強型復(fù)合式襯砌施作，二襯按Ⅴc復(fù)合式襯砌施作，開挖預(yù)留40 cm變形量。初期支護采用I25a型鋼鋼架，間距0.6 m/榀，噴射C30混凝土，厚32 cm；襯砌采用C35鋼筋混凝土，拱墻厚55 cm，仰拱厚65 cm，主筋采用Ф22 mm@200布置，初支完成后靠平導(dǎo)側(cè)正線邊墻60°范圍采用3 m徑向注漿。

2 二次襯砌裂縫產(chǎn)生原因

2.1 地質(zhì)原因

隧道支護結(jié)構(gòu)的受力大小受壓扭性斷層影響帶影響、圍巖應(yīng)力較大、發(fā)生軟巖大變形(粘性變形)、襯砌施作時圍巖應(yīng)力未完全釋放、運營期地下水對圍巖產(chǎn)生劣化等的綜合作用效應(yīng)，使所處位置的地質(zhì)層軟化程度較高、強度低，而且還出現(xiàn)了一定程度的膨脹，導(dǎo)致圍巖的壓力增加，二次襯砌受到的壓力也會隨之增加；同時隧道所處地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致圍巖難以形成良好的拱形，圍巖不能有效地發(fā)揮其“承載拱”的特點[1]。

2.2 混凝土的原因

二次襯砌的混凝土配合比就顯得尤為重要，如果配合比不合理就很容易提升水化熱。使用混凝土進行灌注后，由于水泥水化熱的作用會使混凝土的溫度逐漸升高，并且在3 d左右達到最高。但由于支護結(jié)構(gòu)與襯砌之間有防水材料的存在，所以水化熱的作用使熱量很難快速傳遞，只能在襯砌表面集聚。但是當(dāng)熱量集聚的同時，混凝土表面溫度在不斷下降至常溫，溫度降低會導(dǎo)致混凝土的收縮，那么襯砌表層就會受到一定的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于其最大承受能力時，就會出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

2.3 工程施工技術(shù)原因

(1)混凝土的質(zhì)量。其受到多種因素如攪拌時間、運輸距離、振動強度等的影響，如果混凝土質(zhì)量上存在缺陷，則在后期使用中很容易開裂。

(2)過早地對混凝土進行拆模。如果在混凝土還沒有有效凝固的情況下過早地進行拆模，混凝土的受力面就會出現(xiàn)一定程度的下沉，拱圈也會隨之發(fā)生變形，出現(xiàn)了不同程度的拉裂。

不僅如此，過早地拆模還會導(dǎo)致混凝土過量失水而發(fā)生干縮的現(xiàn)象，表面更容易產(chǎn)生裂紋，這也是縱向裂紋產(chǎn)生的重要原因之一。

(3)拆模后缺乏對混凝土的有效養(yǎng)護。由于二次襯砌的位置一般都比較重要，特別是在拱頂出，如果不能做到良好有效的養(yǎng)護，那么混凝土就很難發(fā)揮其真正的作用。此外，養(yǎng)護液不僅價格較高，而且噴涂時的操作難度也較大，如果噴涂效果不佳也會導(dǎo)致混凝土的強度不足，從而產(chǎn)生裂紋。

(4)二次襯砌的操作時間不當(dāng)。二次襯砌應(yīng)該是在一次襯砌與圍巖基本穩(wěn)定后再進行，如果外界環(huán)境存在明顯的不足就急于進行二次襯砌，則會使混凝土承受更多的變形壓力，這也是導(dǎo)致混凝土后期開裂的重要原因之一。

(5)受到周圍施工環(huán)境的影響。在二次襯砌施工中，往往會受到周圍環(huán)境的影響，如爆破產(chǎn)生的震動會使強度尚未達到標(biāo)準(zhǔn)的混凝土出現(xiàn)裂紋。

3 整治措施

3.1 根據(jù)隧道襯砌開裂程度分3種整治措施

(1)拱墻錨桿+C35鋼筋混凝土套襯。拱墻選取Φ32 mm自進式錨桿，L=5.0 m，間距1.5m×1.5m(環(huán)×縱)，梅花型布置；在邊墻腳設(shè)置Φ32 mm自進式錨桿，L=3.5 m，縱向間距1.0 m；在既有襯砌上植筋釬釘，Φ12 mm鋼筋釬釘間距0.4 m×0.4 m，深入既有襯砌內(nèi)30 cm；在既有襯砌內(nèi)設(shè)置厚度為25 cm的C35鋼筋混凝土套襯(現(xiàn)場實際采用C40鋼筋混凝土)，主筋外側(cè)采用Φ18 mm@200，內(nèi)層采用Φ22 mm@200布置。

(2)C35鋼筋砼套襯+鎖腳錨桿。邊墻腳設(shè)置Φ32 mm自進式錨桿，L=3.5 m，縱向間距1.0 m；在既有襯砌上植筋釬釘，Φ12 mm鋼筋釬釘間距0.4 m×0.4 m，深入既有襯砌內(nèi)30 cm；在既有襯砌內(nèi)設(shè)置厚度為25 cm的C35鋼筋混凝土套襯(實際施工時采用C40的鋼筋混凝土)，主筋外側(cè)采用Φ18 mm@200，內(nèi)層選取Φ22 mm@200布置。

(3)襯砌雖然開裂但是不通過套襯進行加強的部分，一般選取“環(huán)氧漿液注漿+環(huán)氧砂漿封縫”的方式對裂縫進行有效的封堵。當(dāng)裂紋寬度、深度較小，甚至<2 mm時，對混凝土的強度以及其防水能力影響不大。但為了防止隨著時間推移，受到水分侵蝕的作用、風(fēng)化或鋼筋腐蝕等因素的影響而導(dǎo)致裂紋逐漸變寬變深，影響襯砌的功能，因此需要在裂紋表面涂刷特定的漿液進行有效的封堵，防止其進一步變大。其中特定的涂液一般選取環(huán)氧樹脂漿液，也可以選取YZJ-1型結(jié)構(gòu)膠，這二者的封堵效果都能滿足工程的需要[2]。

3.2 裂縫注漿處理

對于沒有套襯的裂紋進行處理時，一般通過沿縫鑿槽的方式，首先用壓漿混凝土進行封堵，然后再通過環(huán)氧砂漿進行適當(dāng)?shù)那堆a。如果裂縫出現(xiàn)了一定程度的滲漏水，那么要在裂縫中間處打一個排水孔，將滲漏的水分排至外界，要求該排水孔要穿透整個襯砌，保證排水孔的有效[3,4]。

(1)沿縫鑿槽。首先要準(zhǔn)確測量出裂縫的長度及寬度，沿裂紋的縱向鑿出一個呈倒梯形的槽，槽口的寬度要大于裂縫實際寬度至少4cm左右，倒梯形的高度為8 cm。

(2)封縫。進行封堵時要在距離裂縫30 cm～50 cm的范圍內(nèi)按照注漿管，將環(huán)氧砂漿運送至裂縫中進行有效的密閉。環(huán)氧砂漿的配制：首先將環(huán)氧樹脂進行加熱待全部熔化后，加入一定量的二丁脂二者進行充分的攪拌，然后再向混合液中加入一定量的水泥沙子，再次攪拌均勻后就形成了所需的砂漿，并且環(huán)氧砂漿在配置完成后應(yīng)該在30～40 min的時間內(nèi)使用完。

(3)壓水試驗。環(huán)氧樹脂砂漿封堵并有效凝固后還要對封堵的效果通過壓水實驗進行檢測。實驗中選取的壓水應(yīng)為顏色明顯的有色水，并維持0.4MPa左右的試驗壓力，從而測定其水壓及進水量的大小，并以此作為后期注漿的主要依據(jù)。

(4)注漿。注漿時要從裂縫的兩端開始進行，逐步流向裂縫的中間位置，如果裂縫中有排水孔，則要先對其進行封閉，當(dāng)相鄰的排水孔注漿完畢后再選取頂水注漿的方式進行封堵。注漿壓力要<壓水實驗的壓力，通常在0.2～0.4 MPa的范圍內(nèi)。當(dāng)實際的注漿量快要達到估算值時，適當(dāng)降低注漿的速度，壓住3～5 min的時間后就可以結(jié)束注漿作業(yè)。如果注漿時發(fā)現(xiàn)壓力出現(xiàn)了大幅度的下降就應(yīng)立即停止作業(yè)，調(diào)整相關(guān)參數(shù)后再繼續(xù)進行。

(5)嵌縫。完成了主要的注漿后，還要將外露且凝結(jié)的漿液利用鐵絲去除，然后對裂縫再次涂刷環(huán)氧樹脂，進一步地壓實、補充。

3.3 小裂紋處理

如果存在寬度為0.2 mm以上的小裂紋，則可以選取高壓堵漏灌注機向裂縫中注入膠液，從而增強裂縫的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在用該設(shè)備處理裂紋時，首先要仔細觀察混土的裂紋走向，然后保持裂紋附近的干凈，再用封口膠對裂縫進行相應(yīng)的封閉。在實際操作中，對灌注孔進行打孔時要確保孔的中心與前面呈45°，相鄰兩灌注孔要保持20～30 cm的距離。將灌注針頭放入灌注孔后需要立即用扳手?jǐn)Q緊，然后向其中注入灌封膠，直到膠液流出孔外，表示已經(jīng)注滿，然后再進行其他孔的灌注。

4 結(jié)語

二次襯砌出現(xiàn)裂紋的情況在鐵路隧道的建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)，而防止裂紋的出現(xiàn)以及裂紋的應(yīng)對措施就成為了鐵路隧道施工中需要面對的一大問題。本文就二次襯砌產(chǎn)生裂紋的原因、技術(shù)處理等方面進行的闡述，也希望能為以后的鐵路隧道施工提供更多有意義的借鑒經(jīng)驗，推動我國的鐵路建設(shè)。