下穿鐵路頂進(jìn)箱涵裂縫化學(xué)注漿工程實(shí)踐與思考

朱傳俊 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海大修段

1 前言

頂進(jìn)箱涵工藝是下穿既有鐵路隧道施工的主要工法，對(duì)于此類(lèi)下穿鐵路隧道工程，在混凝土的澆搗預(yù)制過(guò)程中，以及在箱涵頂進(jìn)就位過(guò)程中，會(huì)不可避免產(chǎn)生或多或少的裂縫，很多裂縫是貫穿的，下雨天或有地下水位影響時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生滲漏。如果長(zhǎng)期滲漏，導(dǎo)致裂縫處鋼筋活化銹蝕明顯加快，可能破壞預(yù)制鐵路箱涵結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，因此引起鐵路單位重視和積極治理。

2 裂縫成因

混凝土開(kāi)裂原因，主要有混凝土施工階段混凝土塑性收縮、沉降，水泥水化反應(yīng)自收縮，養(yǎng)護(hù)干燥收縮，以及水化熱溫度開(kāi)裂等原因；另外在使用階段過(guò)載、鋼筋銹脹，以及堿骨料反應(yīng)膨脹開(kāi)裂等原因。

鐵路頂進(jìn)箱涵側(cè)墻鋼筋混凝土較厚較高較長(zhǎng)，水泥水化前期放熱量較大，放熱速率較快，混凝土內(nèi)部溫升峰值較高，形成內(nèi)外溫差梯度較大，產(chǎn)生較大的收縮量，特別是較長(zhǎng)的箱體開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)較高，形成較多的垂直環(huán)形裂縫。

鐵路頂進(jìn)箱涵到位后列車(chē)的振動(dòng)等早期荷載會(huì)加速上面收縮或膨脹裂縫的貫通。

3 鐵路箱涵裂縫修補(bǔ)方法選擇

裂縫修補(bǔ)工藝很多，但是大體可分為三類(lèi)：①表面涂膜防水法②縫隙切割崁縫密封法③裂縫化學(xué)注漿法。下穿鐵路箱涵多為清水混凝土墻面，采用背水面涂膜防水法和縫隙切割崁縫密封法，都會(huì)對(duì)箱體結(jié)構(gòu)表面形成破壞，影響美觀性。

裂縫化學(xué)注漿工藝一般可分為“斜鉆孔穿截高壓注漿法”和“針眼騎縫貼嘴低壓注漿法”兩種。

鐵路箱涵裂縫修補(bǔ)堅(jiān)持對(duì)結(jié)構(gòu)最小損傷，采用“針眼騎縫貼嘴低壓注漿法”工藝，灌注粘結(jié)性好的耐久性強(qiáng)密封漿液。少量局部的地方補(bǔ)充采用其它的縫隙修補(bǔ)方法。

4 針眼騎縫貼嘴低壓注漿法基本原理

首先設(shè)計(jì)相應(yīng)的注漿貼嘴，以針尖幫助貼嘴定位，保證貼嘴通道與縫隙對(duì)正，通過(guò)環(huán)氧膠泥等粘接材料，在裂縫線(xiàn)路上間隔200 mm-350 mm粘貼注漿貼嘴，膠泥通過(guò)錨固孔的上下錨固原理，使其牢固的粘接在裂縫混凝土表面，同時(shí)能夠承受注漿器的注漿壓力。再采用膠泥或者雙快水泥等批刮密封貼嘴之間的袒露裂縫，密封寬度為50 mm-80 mm，從而使得裂縫外部完全封閉。

貼嘴法則是通過(guò)注漿器自動(dòng)完成注入，一般為低壓。在注入過(guò)程中始終保持約0.3 MPa的壓力，能實(shí)現(xiàn)將修補(bǔ)材料注入到寬僅0.02 mm的裂縫末端。同時(shí)，緩慢均勻的壓力可以將裂縫中積存的空氣壓入混凝土的毛細(xì)孔中，并通過(guò)混凝土的自然“呼吸”作用排出，有效地避免產(chǎn)生氣阻，從而確保填充質(zhì)量。

該方法讓漿液在壓力的作用下長(zhǎng)時(shí)間不斷向前浸潤(rùn)，讓裂縫的主干道或微細(xì)末梢等能較為飽滿(mǎn)的填充。高壓較難對(duì)微細(xì)末梢進(jìn)行填充。因此我們一般優(yōu)先選用“貼嘴法”進(jìn)行注漿，優(yōu)先選用粘度較小的親水環(huán)氧等漿液，以求漿液滲透深入大小裂縫，獲得最充分的固結(jié)范圍效果。

5 “貼嘴低壓注漿法”灌注研究及性能影響因素

5.1 漿液在裂縫中的走向

為了更好地實(shí)現(xiàn)密封性能，我們首先需要弄清楚漿液的走向性。在箱涵裂縫中，如果縫隙均勻順暢連續(xù)，那么漿液往前后左右上下的灌注深度應(yīng)該保持一致，

但是在頂進(jìn)箱涵的裂縫，縫隙寬度不一，即使是一條裂縫，也存在寬度的區(qū)別，有時(shí)候甚至差異很大，為了達(dá)到理想的效果和狀態(tài)，我們?cè)谶x擇合適工法的基礎(chǔ)上，更要著重選擇材料，只有工藝材料的雙重結(jié)合，才能更好的對(duì)裂縫進(jìn)行治理。

5.2 漿液灌注性能的影響因素

每種漿液都有其適用范圍，科學(xué)合理的使用漿液往往達(dá)到事半功倍的效果，而最直觀的原因就是不同的漿液，灌注性能不一樣，針對(duì)的裂縫情形不一樣，漿液是否灌得進(jìn)，灌入的連貫性如何，灌注的是否飽滿(mǎn)，和混凝土的粘接是否牢固，都是我們需要著重實(shí)驗(yàn)研究的。

（1）漿液粘度

漿液粘度是最表觀的體現(xiàn)，通過(guò)肉眼和攪拌就能很清晰的反映，一般在相同環(huán)境，相同灌注壓力下，粘度越低的漿液越容易灌入，灌入速度也相對(duì)較快。

在等寬的標(biāo)準(zhǔn)裂縫灌漿，高粘度的漿液，進(jìn)漿效率低，微小的粘度區(qū)別對(duì)于效率影響不大，但是在達(dá)到某個(gè)粘度臨界點(diǎn)后，進(jìn)漿效率開(kāi)始大幅提高，而這臨界點(diǎn)，就是我們用來(lái)選擇漿液的標(biāo)準(zhǔn)之一。

（2）漿液的表面張力

液體的表面張力決定了附著在固體上的行進(jìn)速度，在同樣的外力作用下，表面張力越大，行進(jìn)速度越快。例如水和油，水在荷葉上能形成水珠，快速的滾動(dòng)，而油不行，這就是因?yàn)樗谋砻鎻埩Υ笥谟?。同樣的，漿液的表面張力也是影響漿液灌注速度的因素之一。

張力對(duì)于進(jìn)漿影響較平緩，一般情況下，我們認(rèn)為表面張力越大的漿液，進(jìn)漿性能越好。但是這也不是絕對(duì)的，因?yàn)檫€有粘度，附著性能等各因素的影響，所以各個(gè)指標(biāo)是一個(gè)綜合選擇的過(guò)程。

6 鐵路箱涵“貼嘴法”工程實(shí)踐和創(chuàng)新

6.1 鐵路箱涵的漿液工程實(shí)踐

過(guò)去近10年鐵路箱涵裂縫貼嘴法注漿工程實(shí)踐中，鐵路箱涵的開(kāi)裂情況，每個(gè)地區(qū)，每個(gè)工程都不一樣。需要對(duì)每個(gè)工程裂縫情況進(jìn)行勘測(cè)和分析以后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，記錄進(jìn)漿量，計(jì)算灌漿深度，取芯確認(rèn)灌漿深度和固結(jié)情況，達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)再開(kāi)展工程。

6.2 潮濕基面的貼嘴創(chuàng)新

對(duì)于一條貫穿裂縫，不管現(xiàn)在滲漏的部分，還是現(xiàn)在暫時(shí)不滲漏部分，都需要進(jìn)行全線(xiàn)的灌注。暫時(shí)不滲漏的部分，環(huán)氧貼嘴非常容易，在加固領(lǐng)域也會(huì)采用這樣的方法對(duì)裂縫灌注環(huán)氧漿液，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的補(bǔ)強(qiáng)。

但是潮濕和滲漏狀態(tài)，貼嘴就會(huì)松脫，導(dǎo)致貼嘴注漿的失敗。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，我們采用潮濕粘結(jié)的親水環(huán)氧膠泥，在引流、分步及加快膠泥凝固速度等措施下，可以實(shí)現(xiàn)有效的滲漏縫隙貼嘴，使其能承受注漿器的注漿壓力，其它部位通過(guò)雙快水泥也可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充封閉。

這樣針對(duì)鐵路箱涵部分滲漏的裂縫，終于可以全線(xiàn)完整的貼嘴封閉從而達(dá)到注漿目的。

6.3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)解漿液的可灌性

無(wú)溶劑親水環(huán)氧漿液，一般對(duì)于裂縫寬度大于0.3 mm的裂縫都能實(shí)現(xiàn)進(jìn)漿。在細(xì)微滲潮的縫隙，親水環(huán)氧漿液能將水?dāng)D出置換，或者推向底土方向。因此大部分貼嘴法灌注不同粘度的親水環(huán)氧漿液，對(duì)縫隙實(shí)施密封的同時(shí)，還可以受力傳遞補(bǔ)強(qiáng)。因此灌注后取芯試件，壓力破壞時(shí)，再次破壞面不在原裂縫界面上。

對(duì)于越細(xì)的縫隙，需要選擇粘度極低的親水環(huán)氧漿液，并且能緩凝漿液的凝固時(shí)間，能有40 min-80 min的灌漿時(shí)間。對(duì)于較寬的縫隙，需要選擇粘度較大的親水環(huán)氧漿液，凝固速度較快。

但往往是較小的縫隙，漿液可灌性受阻，特別是在冬季，氣溫較低時(shí)，漿液的粘度更大，可灌性更差?，F(xiàn)場(chǎng)可能通過(guò)加熱提高漿液的溫度到20℃，甚至25℃，來(lái)提高漿液的可灌性，也可同時(shí)提高一點(diǎn)灌漿壓力。

溫度高低會(huì)直接影響漿液反應(yīng)時(shí)間的快慢，特別是在低溫環(huán)境下，漿液活性較差，粘度較高，正常溫度下可以灌入的漿液會(huì)出現(xiàn)灌不進(jìn)的情況，所以根據(jù)漿液的特性，溫度較低時(shí)，可以提前預(yù)熱，溫度較高時(shí)，要實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間是否來(lái)得及施工，及時(shí)調(diào)整工序。

6.4 多樣化的漿液選取

表1 丙烯酸鹽漿液性能參數(shù)

表2 裂縫寬度對(duì)應(yīng)的漿液及工法選擇對(duì)應(yīng)表

由于混凝土原材料的問(wèn)題，我們也發(fā)現(xiàn)縫寬小于0.3 mm的微小縫隙，就像一根細(xì)線(xiàn)，但是長(zhǎng)期無(wú)法自愈，為此一直在尋找粘度較低的親水環(huán)氧漿液，希望能通過(guò)低粘度和較大的表面張力，達(dá)成灌入到細(xì)小縫隙的目的。最終找到一款粘度只有60 cps且具備施工性的環(huán)氧漿液。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，這款環(huán)氧漿液的粘度優(yōu)勢(shì)的確可以灌入到較小的裂縫中，但是依然會(huì)出現(xiàn)極小裂縫灌不進(jìn)的情況，在此前提下，我們又試驗(yàn)了國(guó)外用于結(jié)構(gòu)縫隙修補(bǔ)的粘彈性丙烯酸鹽，具有比親水環(huán)氧漿液更低的粘度，而且水為溶劑，具有更大的表面張力和可灌性。通過(guò)緩凝劑將漿液凝固時(shí)間調(diào)整至40 min-60 min，采用貼嘴法對(duì)這些親水環(huán)氧漿液無(wú)法灌入的細(xì)小縫隙實(shí)現(xiàn)成功灌注，并觀察至今已有3年，未出現(xiàn)滲漏情況。這是一次大膽的嘗試，不僅是漿液的更新，更是工法和漿液搭配的成功案例。具體見(jiàn)表1、表2所示。

6.5 裂縫環(huán)境漿液的選擇

根據(jù)多年的鐵路下穿箱涵裂縫堵漏實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，除了材料本身固結(jié)體的自身耐久性能外，所處環(huán)境也是影響材料耐久性的關(guān)鍵因素，所以根據(jù)箱涵裂縫容易出現(xiàn)的代表性現(xiàn)象，粗略總結(jié)以下各環(huán)境下的漿液選擇，具體見(jiàn)表3所示。

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7 總論

裂縫的化學(xué)灌漿是一個(gè)值得長(zhǎng)期跟進(jìn)研究的課題，不同工程的裂縫修補(bǔ)，都有其獨(dú)特的環(huán)境和特性，每個(gè)項(xiàng)目都是一個(gè)獨(dú)立的課題現(xiàn)場(chǎng)，的確頗有挑戰(zhàn)，只有理清了裂縫的基本特征，了解各種漿液的性能特點(diǎn)，在不違背漿液本身的基本原則和標(biāo)準(zhǔn)的前提下，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)和后期的總結(jié)，積極學(xué)習(xí)研究國(guó)內(nèi)國(guó)外的新型漿液、工法和設(shè)備，科學(xué)應(yīng)用，循序漸進(jìn)，步步為營(yíng)，才能逐漸找到更好的處理方案和思路，然后在后續(xù)的工程項(xiàng)目中加以改進(jìn)，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，將國(guó)內(nèi)裂縫修補(bǔ)技術(shù)提升到更高的層面。