鐵路隧道二次襯砌缺陷處理施工技術(shù)

朱海濤

摘 要：從隧道二次襯砌的混凝土裂縫、滲漏水、欠厚等缺陷的成因進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而制定切實(shí)有效的缺陷處理措施，并且在相關(guān)工程中得到了驗(yàn)證，取得了良好缺陷整治效果，為隧道后期安全、穩(wěn)定的運(yùn)營(yíng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也可為相關(guān)工程施工提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道；缺陷；處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TU761? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2024）02-0028-03

0引言

由于早期建成的隧道受設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)水平的限制，部分隧道建設(shè)周期短、工程質(zhì)量不足，同時(shí)隧道因受施工等各種因素的影響，隧道襯砌厚度變異性大，造成隧道結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備能力降低，影響隧道的使用安全和耐久性，導(dǎo)致隧道營(yíng)運(yùn)過(guò)程出現(xiàn)了襯砌裂損、變形、滲漏水和混凝土剝落等諸多缺陷[1，2]。

采取切實(shí)有效的技術(shù)手段對(duì)隧道缺陷進(jìn)行整治，對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)安全至關(guān)重要。本文通過(guò)南方某鐵路隧道具體的工程實(shí)例，通過(guò)試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用總結(jié)了隧道缺陷整治的相關(guān)技術(shù)措施，從而為相關(guān)隧道工程治理提供一定的借鑒。

1 隧道缺陷種類(lèi)及產(chǎn)生的原因分析

1.1 襯砌混凝土裂縫

可能有以下4種原因：①混凝土配合比控制不嚴(yán)、水灰比過(guò)大、外加劑種類(lèi)選擇不當(dāng)?shù)?。②二次襯砌混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，在水泥水化過(guò)程中，在混凝土內(nèi)部和表面形成溫度差而產(chǎn)生的溫度裂縫[3]。③隧道初期支護(hù)變形未穩(wěn)定就進(jìn)行二次襯砌施工，以及二次襯砌模板拆模過(guò)早，在外力及混凝土自重作用下的產(chǎn)生的變形裂縫。④施工過(guò)程中因突發(fā)情況，造成混凝土中斷，導(dǎo)致兩次澆筑混凝土連接處產(chǎn)生施工冷縫[4]。

1.2 襯砌背后脫空

可能有以下4點(diǎn)原因：①光面爆破參數(shù)選擇不當(dāng)，超欠挖嚴(yán)重。②初期支護(hù)表面不平整。③混凝土收縮等原因[3]，導(dǎo)致二次襯砌混凝土泵送不密實(shí)。④二次襯砌混凝土水灰比控制不當(dāng)，使混凝土本身產(chǎn)生較大收縮。

1.3 襯砌滲漏水

可能有以下2點(diǎn)原因：①沉降縫、施工縫混凝土振搗不密實(shí)。②防水板搭接焊接質(zhì)量不合格，或出現(xiàn)焊漏、焊穿現(xiàn)象，未及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)而失去防護(hù)效果產(chǎn)生的滲漏[3]。

1.4 襯砌欠厚

可能有以下3點(diǎn)原因：①預(yù)留沉降量不足[5]。②防水板松鋪系數(shù)不當(dāng)。③開(kāi)挖尺寸控制不當(dāng)?shù)取?/p>

2 隧道缺陷整治處理措施

2.1 缺陷整治原則

若同一部位或同一板襯砌存在多種類(lèi)型的缺陷，應(yīng)根據(jù)實(shí)際缺陷情況采用最有效的處理手段。對(duì)于存在的缺陷，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)化和加固。在整治過(guò)程中，必須確保防水系統(tǒng)得到妥善的修復(fù)和補(bǔ)充，以保證其能夠發(fā)揮出真正有效的防水功能。

隧道缺陷整治前，應(yīng)對(duì)缺陷的形成原因進(jìn)行認(rèn)真分析判斷，只有確認(rèn)結(jié)構(gòu)安全沒(méi)有受到根本影響，或缺陷不是由于地層應(yīng)力超過(guò)結(jié)構(gòu)承受能力造成的，方可進(jìn)行缺陷整治，否則應(yīng)會(huì)同設(shè)計(jì)單位進(jìn)行結(jié)構(gòu)評(píng)估，采取相應(yīng)的技術(shù)處理。

2.2 隧道缺陷整治措施

2.2.1 襯砌混凝土裂縫

2.2.1.1 缺陷整治措施

把裂縫四周各5 cm寬范圍內(nèi)襯砌表面沖洗干凈，并清除松散的混凝土。在裂縫兩側(cè)涂快干型封縫膠兩至三道。在距裂縫250 mm的兩側(cè)鉆注漿孔，間隔500 mm，斜向穿過(guò)裂紋，保持其垂直深度在設(shè)計(jì)襯砌厚度的1/3～1/2范圍內(nèi)，且孔的直徑應(yīng)小于20 mm。注漿口的傾斜角應(yīng)保持在45°左右。

采用環(huán)氧樹(shù)脂作為灌漿材料，注漿結(jié)束后封堵孔口，等待環(huán)氧樹(shù)脂的硬度滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)之后，再使用砂輪機(jī)將灌漿口移除。注漿結(jié)束后，在裂縫兩側(cè)的20～30 cm區(qū)域內(nèi)，對(duì)二次襯砌表面進(jìn)行兩次水泥基結(jié)晶型防水涂料的涂刷，涂刷厚度應(yīng)控制在2.0 mm左右。裂縫處理斷面圖如圖1所示。

2.2.1.2 注意事項(xiàng)

本處理措施適用于鋼筋混凝土襯砌或素混凝土襯砌邊墻部位，當(dāng)裂縫位于素混凝土襯砌拱部時(shí)應(yīng)采取換拱措施處理。注漿應(yīng)從下到上的順序進(jìn)行，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿孔間距、注漿壓力和注漿量等參數(shù)。注漿過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)控漿液配比，加強(qiáng)漿液拌合質(zhì)量，切實(shí)提升注漿漿體與隧道二次襯砌的整體穩(wěn)定性，從根本上解決襯砌裂縫病害[3]。

2.2.2 襯砌背后脫空

2.2.2.1 缺陷整治措施

對(duì)襯砌背后脫空一般采用注漿處理措施，注漿孔孔徑φ42 mm，注漿孔間距為1.0 m×1.0 m，采用梅花型交錯(cuò)布置。

當(dāng)襯砌背后空洞體積小于等于1.5 m3時(shí)，注漿材料采用水泥砂漿，砂漿標(biāo)號(hào)不低于M20。當(dāng)襯砌背后空洞體積大于1.5 m3時(shí)，注漿材料采用C35細(xì)石混凝土。注漿前應(yīng)對(duì)地下水質(zhì)取樣檢測(cè)，視情況摻入適量的防腐劑，以提高注漿材料的防腐性能。

對(duì)于素混凝土的襯砌區(qū)域，應(yīng)將其限定在0.4 MPa之下。對(duì)于鋼筋混凝土的襯砌區(qū)域，其壓力應(yīng)保持在0.8 MPa以下。

當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并穩(wěn)定5 min以上，且注漿量明顯減少方可結(jié)束注漿。在注漿完成后，在注漿孔的位置襯砌表面鑿出一個(gè)長(zhǎng)×寬為100 mm×100 mm、深80 mm、底部長(zhǎng)×寬為130 mm×130 mm的楔形孔[6]，并將φ32的加強(qiáng)鋼筋焊接于注漿鋼管上，采用不小于M30的膨脹水泥砂漿封堵注漿孔，砂漿應(yīng)高出襯砌表面1～2 cm。待水泥砂漿達(dá)到強(qiáng)度后，再用砂輪機(jī)打磨平整。

2.2.2.2 注意事項(xiàng)

注漿過(guò)程中，相鄰注漿孔應(yīng)設(shè)置閥門(mén)等封堵手段，并與注漿孔孔口管可靠連接，以免在注漿過(guò)程中出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象。在施工前，應(yīng)進(jìn)行注漿試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整注漿參數(shù)。襯砌背后注漿順序?yàn)榭v向應(yīng)自下坡向上坡方向，環(huán)向先邊墻，再拱頂。注漿過(guò)程中，應(yīng)密切注意注漿壓力變化情況，如出現(xiàn)注漿壓力突然上升或下降，應(yīng)立即停止注漿，查明原因后方可繼續(xù)注漿，以確保原有襯砌結(jié)構(gòu)安全。

2.2.3 襯砌滲漏水

2.2.3.1 缺陷整治措施

注漿管采用電鉆或風(fēng)槍鉆孔后安裝，鉆孔直徑不大于2 cm。鉆孔深度限定在設(shè)計(jì)襯砌厚度的1/3～1/2范圍內(nèi)，最佳的范圍是8～10 cm。

點(diǎn)漏處理：注漿管應(yīng)布置在出水點(diǎn)；安裝注漿管時(shí)，應(yīng)清理鉆孔孔壁并進(jìn)行沖洗；注漿管外側(cè)涂刷環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行安裝，以使注漿管安裝牢固；注漿管應(yīng)緊抵出水點(diǎn)[7]。

面漏處理：清除面漏區(qū)域內(nèi)的2～3cm表面混凝土，找出主要的漏水點(diǎn)，并進(jìn)行鉆孔；然后在漏水面上均勻地布置注漿孔，間距控制在20～30 cm。

裂縫滲漏：將注漿孔錯(cuò)落地布置在裂縫兩側(cè)，單側(cè)間隔500 mm左右，鉆孔角度約為45°，并斜穿過(guò)裂縫。應(yīng)將注漿管的外露長(zhǎng)度設(shè)定為8～10 cm，以便于與注漿設(shè)備的連接。

注漿采用環(huán)氧樹(shù)脂，漿液配制應(yīng)根據(jù)隧道滲漏水情況進(jìn)行試配，注漿壓力控制在0.3～0.4 MPa。

注漿結(jié)束的準(zhǔn)則為當(dāng)吸漿量顯著降低，或者接近設(shè)計(jì)的注漿量時(shí)，注漿壓力保持穩(wěn)定且滿足設(shè)計(jì)要求，再繼續(xù)壓注3～5 min就可以中止注漿。注漿過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)觀察壓力變化，當(dāng)壓力突然增高應(yīng)立刻停止注漿。壓力急劇下降時(shí)，應(yīng)暫停該孔注漿，調(diào)整漿液的凝結(jié)時(shí)間及漿液濃度后繼續(xù)注漿。

在完成注漿之后，將注漿孔封閉，待漿液完全凝固并達(dá)到強(qiáng)度后，切除外露的部分，并用封縫材料將孔口修平并打磨光滑，在滲水點(diǎn)兩側(cè)各20～30 cm范圍內(nèi)的二次襯砌表面刷涂?jī)杀榄h(huán)氧樹(shù)脂防水層，刷涂厚度控制在2.0 mm左右。

2.2.3.2 注意事項(xiàng)

需保證注漿管路有足夠的強(qiáng)度且在注漿結(jié)束后立即拆除清洗。注漿時(shí)，操作人員必須穿戴必要的安全防護(hù)用品。應(yīng)根據(jù)漏水量、水流速度以及混凝土裂縫的大小等因素來(lái)調(diào)整漿液的凝固時(shí)間。

為確保環(huán)氧樹(shù)脂和原始混凝土的緊密結(jié)合，在涂抹環(huán)氧樹(shù)脂之前，需要先在粘接表面上涂一層環(huán)氧基液，然后再進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂的涂抹。環(huán)氧樹(shù)脂的涂抹應(yīng)該分兩次進(jìn)行，每一層的厚度控制在5 mm，而整體的厚度不要超過(guò)10 mm。施工時(shí)，按先引水、處理漏水縫，再進(jìn)行注漿的順序施工。

2.2.4 二次襯砌換襯處理

當(dāng)隧道缺陷類(lèi)型為欠厚或防水板切割襯砌混凝土等情況，并影響襯砌結(jié)構(gòu)安全時(shí)需進(jìn)行換襯處理。

2.2.4.1 缺陷整治措施

二次襯砌缺陷位于拱部的，無(wú)論環(huán)向長(zhǎng)度多長(zhǎng)，均需將拱部二次襯砌全部拆除進(jìn)行換襯。當(dāng)二次襯砌缺陷位于的邊墻時(shí)，只需拆除缺陷部分即可，拆除縱向?yàn)槿毕萏幭蛲庋由熘辽? m。若鑿除邊緣距離環(huán)向施工縫小于1 m時(shí)，應(yīng)加長(zhǎng)拆除長(zhǎng)度至施工縫處。

鑿除、切割二次襯砌時(shí)，其邊緣應(yīng)修整平順，并形成內(nèi)寬外窄的倒梯形，梯形與原襯砌表面交度宜為60°。切口表面應(yīng)進(jìn)行鑿毛形成粗糙面后清理干凈，涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，并安裝止水條，以利于混凝土接茬及接縫的防水。

無(wú)論是拱部還是邊墻進(jìn)行換襯處理，均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求配置二次襯砌鋼筋，以加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

鑿除、切割后需要重新植入鋼筋時(shí)，鋼筋植入深度按30 cm、50 cm交替布置，植筋采用化學(xué)錨固劑進(jìn)行錨固，且鋼筋抗拉力應(yīng)達(dá)到鋼筋抗拉強(qiáng)度的85%以上。

拱部拆除換襯采用專(zhuān)用二次襯砌臺(tái)車(chē)施工，邊墻處以及運(yùn)營(yíng)線施工宜采用組合鋼模板或大塊鋼模板。

采用微膨脹混凝土，其標(biāo)號(hào)不得低于該段原設(shè)計(jì)二次襯砌混凝土標(biāo)號(hào)，并振搗密實(shí)。

2.2.4.2 注意事項(xiàng)

在施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制隧道的防排水系統(tǒng)的施工質(zhì)量。一次澆筑的混凝土不得跨越原施工縫，以免因錯(cuò)縫產(chǎn)生襯砌裂縫。混凝土拆模后應(yīng)對(duì)接縫表面進(jìn)行打磨處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

在襯砌缺陷整治前，應(yīng)采用地質(zhì)雷達(dá)、敲擊等手段對(duì)缺陷范圍進(jìn)行探查，以確定缺陷處理范圍。

在處理缺陷時(shí)，使用注漿方法時(shí)，根據(jù)注漿記錄來(lái)評(píng)估注漿的效果。必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)注漿，以保證襯砌背后的空洞得到充分填充。

當(dāng)隧道二次襯砌滲水量較大，采用注漿止水難以達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，此時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析研判，必要時(shí)進(jìn)行換拱處理，以免留下隱患。

在運(yùn)營(yíng)線上進(jìn)行隧道的缺陷修時(shí)，必須強(qiáng)化與鐵路部門(mén)的交流，確定天窗點(diǎn)時(shí)間。在每天的施工結(jié)束之后，必須對(duì)機(jī)器設(shè)備、工具和材料進(jìn)行核對(duì)，絕對(duì)不能遺漏任何一項(xiàng)，這樣才能避免對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)造成威脅[8]。

在隧道施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)隧道二次襯砌質(zhì)量的控制，盡可能避免隧道出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，確保后期隧道運(yùn)營(yíng)安全。

參考文獻(xiàn)

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