化學(xué)注漿堵漏技術(shù)在鷹鷂山隧道混凝土滲漏水病害整治中的應(yīng)用

史茂林,胡宗明,劉宏宇,周興財(cái)

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司,太原 030032)

1 工程概況

準(zhǔn)朔鐵路鷹鷂山隧道全長11 572 m，為單線隧道,設(shè)3座斜井(龍卜溝斜井751 m、下石窯斜井845 m、下水頭斜井650 m)和進(jìn)出口共5個作業(yè)工區(qū)掘進(jìn)施工,合同工期24個月。下石窯斜井設(shè)計(jì)縱坡12.47%,地質(zhì)Ⅴ級黃土和Ⅳ級流紋巖,噴混凝土初支完成后滲漏水病害嚴(yán)重,黃土砂礫層段滲漏水100～120 m3/h。由于斜井?dāng)嗝嫘　⒖臻g窄,抽排水困難,為滿足正洞正常施工必須進(jìn)行注漿堵水。按原設(shè)計(jì)采用徑向水泥注漿工期無法保證,且黃土砂礫層地質(zhì)進(jìn)行水泥注漿抗壓后對已支拱架產(chǎn)生變形,擾動原狀土層,支護(hù)拱架產(chǎn)生變形失穩(wěn),給隧道后續(xù)工序施工帶來隱患,經(jīng)工況比選,后采用化學(xué)注漿、施工速度快,經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保,施工中工序互不干擾,對圍巖支護(hù)無擾動。

2 原設(shè)計(jì)徑向水泥注漿堵漏與化學(xué)注漿堵漏執(zhí)行工況分析

2.1 水泥注漿

水泥注漿主要是普通水泥-水玻璃雙液漿(CS漿液)和普通水泥單漿液材料。水泥注漿對黃土砂礫層吃漿量大,注漿時(shí)長時(shí)間漿液不上升。流動的清水堵漏注漿因沒有膠結(jié)的介質(zhì),難形成固結(jié)體,噴射混凝土初支后徑向水泥注漿單孔注漿0.5～1.0 m3,注漿終壓力1.5～2.0 MPa,頂水灌注,注漿在受到高壓富水地層中水的沖刷作用時(shí),注漿材料被沖稀,導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞,注漿機(jī)具采用2T62—60/210型高壓注漿泵配合機(jī)械水泥漿攪拌筒(0.25 m3/個)。單漿液水灰比W∶C=0.5∶1，雙液漿水灰比W∶L=0.6∶1～0.8∶1,水泥水玻璃體積比C∶S=1∶1,在下石窯斜井K4+08.7～K3+58.7段進(jìn)行雙液水泥注漿,注漿作業(yè)堵漏效果差,支護(hù)變形收斂增大,后停止作業(yè)。

2.2 化學(xué)注漿

化學(xué)注漿堵漏是利用IP-11以多氰酸酯和多羥基聚醚進(jìn)行聚合化學(xué)反應(yīng)生成的高分子化學(xué)注漿堵漏材料,注漿后遇水立即進(jìn)行聚合反應(yīng),分散乳化或發(fā)泡膨脹并與結(jié)構(gòu)體固結(jié),用IE-01型高壓灌注堵漏機(jī),通過RUTH止水針頭進(jìn)行注漿堵漏施工,把水流頂回原流水管(埋設(shè)塑料管)道,頂水灌注堵漏,可快速止水,尤其是對大量涌水的漏水點(diǎn)更有神奇之處。注漿后圍巖無變形收斂。所用機(jī)具體積小,可多點(diǎn)面同時(shí)進(jìn)行,并有以下特點(diǎn)。

(1)親水性好,遇水后會立即進(jìn)行聚合反應(yīng),分散乳化或發(fā)泡膨脹,并與砂石泥土固結(jié)成彈性固結(jié)體,迅速堵塞裂縫,永久性止水。

(2)可控制誘導(dǎo)時(shí)間,產(chǎn)品遇水后的固結(jié)時(shí)間可控制在幾十秒至數(shù)分鐘。

(3)膨脹性大。韌性佳,無收縮,與基材黏著力強(qiáng),且對水質(zhì)的適應(yīng)性較強(qiáng)。

(4)可灌性好,單液注漿,施工簡便,清洗容易。

注漿效果檢查：注漿初壓力1.5～2 MPa,此時(shí)注漿速度為10～15 L/min,注漿壓力達(dá)到5 MPa時(shí),漿液基本注不進(jìn)去,說明孔區(qū)已飽和密實(shí),達(dá)到了充填、擠壓、堵漏的效果。下石窯斜井K4+08.7～K3+58.7段采用化學(xué)注漿施工后圍巖支護(hù)無變形收斂,堵漏效果較好。

2.3 水泥注漿與化學(xué)注漿優(yōu)化前后所用費(fèi)用比較(表1)

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

化學(xué)注漿施工速度快,經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保,施工中不影響其他工序施工。最大限度地解決了工序相互干擾問題,節(jié)約了成本。經(jīng)核算，比徑向水泥注漿每延米斷面節(jié)約水泥12 t,共節(jié)約水泥1 307.5 t,節(jié)約費(fèi)用119.3萬元,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

表1 優(yōu)化前后增減費(fèi)用計(jì)算

2.5 社會效益

機(jī)具體積小，操作簡單，勞動力投入少,可多點(diǎn)面同時(shí)施工,施工更安全,環(huán)保,無毒,效果良好,施工中受到建設(shè)單位、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位的一致好評,為企業(yè)贏得了榮譽(yù),也為今后混凝土病害整治工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

3 化學(xué)注漿堵漏施工

3.1 注漿機(jī)具

(1)IE-01型高壓灌注堵漏機(jī)

性能：灌注壓力可達(dá)7 kN,滿足注漿壓力1.5～2.0 MPa要求,可進(jìn)入0.02 mm以上的發(fā)絲裂縫。機(jī)具體積小,便于操作及攜帶(質(zhì)量7 kg)。采用模組化設(shè)計(jì),便于組裝、拆卸及保養(yǎng)。除一般傳統(tǒng)置料方式外,本機(jī)另可切換至吸料管進(jìn)料,可節(jié)省倒料時(shí)間及節(jié)省材料，并可以避免材料二次污染。IE-01型高壓灌注堵漏機(jī)。示意見圖1、圖2。

圖1 IE-01型高壓灌注堵漏機(jī)(電動)

圖2 高壓灌注堵漏機(jī)(自制手動)

(2)RUTH止水針頭

RUTH止水針頭見圖3,長度為70、85、100 mm幾種,是漿液注入裂縫內(nèi)的連接件,埋設(shè)時(shí)應(yīng)用工具緊固,并保證針頭的橡膠部分及孔壁在未使用前干燥,否則在緊固時(shí)容易引起打滑。圖4為注漿工況。

圖4 注漿工況

3.2 注漿材料(表2)

3.3 堵漏步驟

首先對滲漏水部位進(jìn)行人工鉆孔、鑿槽,槽腔內(nèi)做成無管空腔,槽面用堵漏材料封堵,埋設(shè)注漿針頭,待凝固24 h后進(jìn)行注漿堵漏施工。

表2 IP-11聚氨酯堵漏劑性能參數(shù)

3.3.1 尋找裂縫

對于潮濕基層,先清掃集水,待基層全部清理干凈、表面稍干時(shí),仔細(xì)尋找裂縫,用色筆或粉筆沿裂縫作好記號；對于干燥基層,清理后可用氣泵或吹風(fēng)機(jī)吹除表面灰塵。

3.3.2 鑿槽引水

將漏水部位鑿成方槽或倒八字狀的孔洞,并清理干凈渣土或雜物。漏水量大時(shí)先可用插管引流出結(jié)構(gòu)面。

3.3.3 鉆孔

按混凝土結(jié)構(gòu)厚度,距離裂縫約150～350 mm,沿裂縫方向兩側(cè)交叉鉆孔?？拙喟船F(xiàn)場實(shí)際情況而定,以兩孔注漿后漿液在裂縫處能交匯為原則,一般剛開始時(shí)孔距宜為300 mm；孔徑的大小,應(yīng)按配套的止水針頭大小而定,采用的為非標(biāo)的13 mm鉆頭?？着c裂縫斷面應(yīng)成交角45°～60°交叉,并交叉在底板中部的1/3范圍。

3.3.4 埋止水針頭

RUTH止水針頭為配套部件,是漿液注入裂縫內(nèi)的連接件,埋設(shè)時(shí)應(yīng)用工具緊固,并保證針頭的橡膠部分及孔壁在未使用前干燥,否則在緊固時(shí)容易引起打滑。

3.3.5 結(jié)構(gòu)表面封堵

方式一：用普通水泥摻水玻璃封堵,水玻璃濃度50 Be′。使用前應(yīng)對工程所用水泥進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn),以確定適宜的摻量,摻量為水泥質(zhì)量的4%～5%,干拌均勻后,按0.3～0.4水灰比加水,迅速攪拌40 s左右使用。

方式二：用路得WP-01速凝型堵漏砂漿封堵,按照水灰比為(0.1～0.3)∶1快速均勻調(diào)和成濕硬料。待其有一定強(qiáng)度并手感發(fā)熱時(shí),快速封堵于孔洞中,并用手或其他工具按壓幾分鐘至材料發(fā)燙。3～5 min之后將表面鏟平清理干凈。水泥新鮮度對凝結(jié)時(shí)間影響很大,應(yīng)隨拌隨用,其堆放時(shí)間不超過20 min，否則影響速凝效果而且會降低混凝土強(qiáng)度。在2～5 min內(nèi)初凝,4～10 min終凝。

3.3.6 注漿、裂縫修補(bǔ)

用IP-11聚氨酯堵漏劑(分水性、油性),攪拌均勻,加入IE-01型高壓灌注堵漏機(jī)進(jìn)行加壓注漿,灌注漿液應(yīng)從第一枚針頭開始(結(jié)構(gòu)立面由下往上灌注),當(dāng)漿液從裂縫處冒出,應(yīng)立即停止,移入第二枚繼續(xù)灌注,依次向前進(jìn)行。在灌注過程中,如果漿液已灌滿相鄰針頭位置,可以跳開不注；如注漿后發(fā)現(xiàn)裂縫兩端仍有裂縫延伸,或有裂縫與其交叉,應(yīng)在該位置補(bǔ)孔,重新注漿。這樣,整條裂縫的第一次注漿才算結(jié)束。為使裂縫完全灌滿漿液,應(yīng)進(jìn)行二次注漿。第二次灌注應(yīng)與第一次間隔一段時(shí)間,但必須在漿液凝固前完成。如二次灌注后,漿液仍不能愈合,應(yīng)在該位置重新鉆孔注漿。

4 結(jié)語

隧道混凝土傳統(tǒng)的水泥注漿堵漏作業(yè)遇黃土砂礫地層,流動的水泥漿液因沒有膠結(jié)的介質(zhì),難形成固結(jié)體,水泥水玻璃漿液,水玻璃玻鎂度小時(shí)隨水泥漿液流走,玻鎂度大時(shí)攪拌注壓困難,壓力過大對黃土砂礫地層原狀土擾動,支護(hù)好的拱架產(chǎn)生變形失穩(wěn),圍巖出現(xiàn)收斂增大。用IP-11以多氰酸酯和多羥基聚醚進(jìn)行聚合化學(xué)材料進(jìn)行注漿堵漏,正好彌補(bǔ)該缺陷。通過準(zhǔn)朔鐵路鷹鷂山隧道下石窯斜井黃土砂礫地層化學(xué)注漿堵漏病害整治施工工況的應(yīng)用,為今后隧道混凝土滲漏水整治提供可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1]楊米加,賀永年,陳國鋒.水泥注漿滲透機(jī)理初探[J].力學(xué)與實(shí)踐,1997(5).

[2]肖榮久.國外化學(xué)注漿技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].西北地質(zhì),1994(3).

[3]馬秀榮,郝 哲.巖體注漿理論評述[J].有色礦冶,2001(1).

[4]朱巖華,姜振泉.用化學(xué)止水注漿法治理井壁破壞[J].能源技術(shù)與管理,2004(2).

[5]楊 勇,鄒 翀,李治國,等.化學(xué)注漿材料在滲漏水治理中的選擇和應(yīng)用[J].西部探礦工程,2006(12).

[6]高志剛.化學(xué)注漿技術(shù)在處理大冒頂中的應(yīng)用[J].煤礦開采,2005(1).