隧道變形縫病害的成因及整治

李建輝

（中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 工務(wù)部，高級(jí)工程師，廣西 南寧 530029）

1 設(shè)計(jì)構(gòu)造及檢查方式

1.1 設(shè)計(jì)構(gòu)造原理隧道變形縫是為了防止隧道結(jié)構(gòu)在外界因素作用下發(fā)生變形破壞而設(shè)計(jì)；通常設(shè)置在軟硬地層分界處、明暗洞分界處、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)斷裂地段、充填溶洞地段、采空地段等位置。按功能可分為伸縮縫、沉降縫和防震縫。變形縫應(yīng)滿足密封防水、適應(yīng)變形、施工方便等要求。隧道變形縫構(gòu)造如下：寬度一般為2～3 cm，縫內(nèi)填充填縫料；變形縫位置襯砌背后設(shè)置背貼式止水帶，襯砌中部埋設(shè)中埋式遇水膨脹橡膠止水帶防水，外側(cè)采用鍍鋅鋼板接水盒排水，表面采用聚硫密封膠封堵。圖1為變形縫構(gòu)造圖。

圖1 變形縫構(gòu)造圖

1.2 日常檢查方式變形縫作為隧道設(shè)備的重要構(gòu)造物，在隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中又是一個(gè)容易受到外部因素影響的薄弱環(huán)節(jié)，必須強(qiáng)化日常檢查,確保設(shè)備安全。檢修應(yīng)遵循“預(yù)防為主，防治結(jié)合”原則，不僅需要提高對(duì)其重要性的認(rèn)識(shí)，也要注重日常檢查方式方法的改進(jìn)，通過(guò)周期性檢查與重點(diǎn)檢查、目視檢查與敲擊檢查等多種手段，強(qiáng)化設(shè)備檢查，及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)。

1.2.1 周期性檢查與重點(diǎn)檢相結(jié)合 山區(qū)鐵路隧道占比大，變形縫設(shè)備數(shù)量多，應(yīng)采取周期性檢查與重點(diǎn)檢相結(jié)合的方式。一方面要按照橋隧建筑物修理規(guī)則相關(guān)規(guī)定的設(shè)備檢查周期，確保日常全覆蓋檢查，總體評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)。另一方面要結(jié)合地質(zhì)情況、施工標(biāo)段工藝水平及病害分布情況，查找重點(diǎn)檢查處所，對(duì)病害普遍、相對(duì)集中的重點(diǎn)地段逐一建立病害檔案，適當(dāng)加密檢查周期，并制定整治計(jì)劃。

1.2.2 目視檢查與敲擊檢查相結(jié)合 變形縫裂損、周邊混凝土松動(dòng)掉塊等病害具有一定隱蔽性，加之隧道拱部檢查困難，日常檢查應(yīng)適當(dāng)采取登頂?shù)诌M(jìn)敲擊檢查的方法。登頂可采用隧道平臺(tái)檢查車(chē)或簡(jiǎn)易腳手架方式。對(duì)隧道拱部變形縫表面密封膠失效、脫落病害，以及因滲漏水造成變形縫周邊混凝土劣化、掉塊隱患，必須及時(shí)整治，有效消除隱患。

2 主要病害及成因

隧道變形縫構(gòu)造雖然具有防水性能好、適應(yīng)變形、密封可靠等特點(diǎn)，但受施工工藝限制和施工過(guò)程中的不可控因素影響，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中容易出現(xiàn)裂損及滲漏水兩種類(lèi)型病害。主要原因是：變形縫施工中在混凝土澆筑的振搗力作用下產(chǎn)生彎曲變形，同時(shí)其填縫料密封性較差，與混凝土界面之間密封存在一定缺陷，不能完全填充和密封其變形范圍以外的空隙等造成。

2.1 隧道變形縫裂損變形縫時(shí)常出現(xiàn)變形縫寬度不規(guī)則、密封膠凸起、厚度不足、膠體不連續(xù)、與混凝土粘結(jié)不密實(shí)、表面龜裂等缺陷，進(jìn)一步發(fā)展會(huì)導(dǎo)致變形縫開(kāi)裂、損壞，密封膠、鍍鋅鋼板接水盒外露，甚至于兩側(cè)混凝土襯砌掉塊或密封膠、鍍鋅鋼板接水盒脫落等病害，直接影響行車(chē)安全。主要原因是施工單位在隧道變形縫施工過(guò)程中，施工質(zhì)量控制不到位、密封膠未按要求配置，運(yùn)營(yíng)期間受隧道襯砌背后水壓力及列車(chē)風(fēng)動(dòng)效應(yīng)等不利因素影響，隧道襯砌發(fā)生變形錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致變形縫裂損破壞。

2.2 隧道變形縫滲漏水變形縫時(shí)常出現(xiàn)滲漏水病害，長(zhǎng)期滲漏水會(huì)侵蝕破壞變形縫兩側(cè)混凝土，影響隧道的結(jié)構(gòu)耐久性。拱部滲水直接滴漏在接觸網(wǎng)上時(shí)，可能影響接觸網(wǎng)供電安全。變形縫出現(xiàn)滲漏水病害的主要成因有以下幾個(gè)方面（詳見(jiàn)圖2）：一是在施工中沒(méi)有按設(shè)計(jì)要求安裝止水帶，止水帶安裝出現(xiàn)偏移，單邊咬合尺寸不夠，外水順拉脫位滲漏進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)；二是后澆混凝土連接部位振搗不密實(shí)，外水繞過(guò)止水帶導(dǎo)致滲水、漏水；三是變形縫中埋式止水帶在混凝土的后振搗過(guò)程中，安裝的止水帶脫出原位失效，導(dǎo)致變形縫滲漏水；四是襯砌結(jié)構(gòu)受熱脹冷縮影響，變形縫內(nèi)設(shè)止水帶不能滿足脹縮變化，頻繁脹縮導(dǎo)致止水帶松動(dòng)出現(xiàn)滲漏水；五是變形縫在基礎(chǔ)不均勻沉降、側(cè)向變形的影響下，變形縫破損產(chǎn)生滲漏水。

圖2 滲漏水常見(jiàn)原因

3 整治措施

3.1 變形縫裂損整治變形縫裂損整治以鑿補(bǔ)為主，鑿除裂損變形縫填料表層后采用聚硫密封膠嵌縫。主要施工工藝如下：

1）鑿除縫壁附著物。采用手持式切割機(jī)或打磨機(jī)，將變形縫外層5 cm深度范圍處理成內(nèi)寬4 cm、外寬2 cm的楔形狀，拆除鍍鋅鋼板接水盒，除去襯砌表面的附著物、灰塵等雜物，保證楔狀口三面干燥、平整，采用毛刷在楔狀口三面涂刷界面劑，待界面劑干燥成膜后，再采用聚硫密封膠進(jìn)行嵌縫。施工過(guò)程中應(yīng)采用模板支護(hù)等防止填料脫落、掉塊的措施。

2）聚硫密封膠嵌縫。聚硫密封膠是以液態(tài)聚硫橡膠為主體材料，配合以增粘樹(shù)脂、硫化劑、促進(jìn)劑、補(bǔ)強(qiáng)劑等制成的密封膠。聚硫密封膠為A、B雙組份，A組為白色基膠，B組為黑色固化劑，使用時(shí)按10：1的比例稱(chēng)量并用油灰刀混合均勻，充分?jǐn)嚢杈鶆蛑敝翢o(wú)色差（根據(jù)氣候環(huán)境不同，使用配比也不盡相同，在冬季寒冷季節(jié)，可以適當(dāng)增加密封膠B組份的使用量用以加快密封膠固化）。嵌填時(shí)將聚硫密封膠裝入注膠器對(duì)變形縫楔口進(jìn)行嵌填，注膠時(shí)持槍嘴沿一個(gè)方向勻速運(yùn)動(dòng)，注意嵌填飽滿防止混入空氣形成氣泡或孔洞，另一邊用刮板壓實(shí)、除去多余膠液確保聚硫密封膠表面平整。

3.2 變形縫滲漏水整治變形縫滲漏水根據(jù)滲漏的范圍和滲水量的大小，可分為局部滲漏和滴噴水等兩種表現(xiàn)形式。局部滲漏整治主要以封堵為主，滴噴水整治主要以引流為主。同時(shí)整治方法應(yīng)充分考慮變形縫需滿足隧道不均勻沉降、熱脹冷縮的要求。

3.2.1 局部滲漏水整治 對(duì)滲漏水不大、水壓較小的滲部滲漏水的整治主要以封堵為主，方法是將滲漏處變形縫鑿開(kāi)，鑿除深度不小于7 cm，變形縫內(nèi)嵌入快凝錨固劑縫外側(cè)嵌填聚硫密封膠。圖3為滲漏水整治示意圖。

圖3 滲漏水整治示意圖

鑿除既有變形縫時(shí)將變形縫外層7 cm深度范圍處理成內(nèi)寬5 cm、外寬2～3 cm的楔形狀，鑿除完畢后采用高壓清洗機(jī)或空壓機(jī)清理變形縫，然后在變形縫內(nèi)嵌入快凝錨固劑，這種材料具有快速固化、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。待錨固劑干燥后在外側(cè)嵌填聚硫密封膠。封堵時(shí)，根據(jù)漏水的情況，從不漏水或漏水不嚴(yán)重的地方開(kāi)始，逐步進(jìn)行封堵；嵌填錨固劑時(shí)應(yīng)填壓密實(shí)。

3.2.2 滴噴水整治 變形縫滴噴水及水壓較大的滲漏水主要采取側(cè)邊引流、減壓后再對(duì)滲漏水處變形縫采取3.2.1措施進(jìn)行封堵或灌漿等措施進(jìn)行綜合整治。

1）引流。在對(duì)變形縫的滴噴水現(xiàn)象處理前，為使滴噴水減小及降低水壓，方便下一步整治，可在變形縫漏水處平行高度兩側(cè)進(jìn)行鉆眼引流（詳見(jiàn)圖3）。如圖所示在滴噴水處變形縫兩側(cè)鉆眼開(kāi)槽，孔內(nèi)插入波紋管，管口中心對(duì)正鉆眼位置，外側(cè)接入pvc管把水引入側(cè)溝。此引流方案主要適用于滲漏水點(diǎn)在起拱線以下位置的病害整治。

2）減壓。隧道變形縫滲漏水嚴(yán)重處所，一般都是山體匯水集中的地方，需及時(shí)清理、疏通隧道外部截水天溝、側(cè)溝、吊溝，以及隧道內(nèi)兩側(cè)、中心排水溝等排水設(shè)施，保持排水系統(tǒng)暢通；對(duì)巖溶發(fā)育隧道頂部進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)落水洞、積水洼地等，需采取封堵、引排等工程措施，阻斷地表水下滲；對(duì)于隧道周邊山體大面積積水，地表整治較困難時(shí)，可采用在隧道拱腳鉆設(shè)泄水孔，埋設(shè)盲管，排水減壓進(jìn)行整治。

3）封堵。如進(jìn)行引流減壓后，變形縫滴噴水情況大幅減小、水壓降低，可直接采取3.2.1措施進(jìn)行封堵。如進(jìn)行引流減壓后，變形縫滴噴水減小不大或水壓還是較高，可采取灌漿的方法進(jìn)行整治，待滴噴水停止或減小后采取3.2.1措施進(jìn)行封堵。

4）灌漿。采用水溶性聚氨酯漿液斜向灌注入變形縫，達(dá)到整治滲漏水的目的。灌漿主要工藝如下：

（1）鉆孔。使用電錘在變形縫漏水處兩側(cè)適當(dāng)位置進(jìn)行斜鉆孔，鉆頭直徑為14 mm或10 mm，鉆孔角度宜≤45°，鉆頭深度大于結(jié)構(gòu)厚度的2/3，鉆孔必須穿過(guò)裂縫，但不得鉆穿襯砌結(jié)構(gòu)。

（2）埋嘴。在鉆好的孔內(nèi)安裝灌漿嘴（又稱(chēng)之為止水針頭），灌漿嘴后帶膨脹橡膠，并用專(zhuān)用內(nèi)六角板手?jǐn)Q緊，使灌漿嘴周?chē)c鉆孔之間無(wú)空隙，不漏水。

（3）灌漿。根據(jù)全隧道環(huán)境條件，巖溶及富水區(qū)段隧道整治灌漿材料宜采用親水性好、粘結(jié)力大、抗?jié)B性好的水溶性聚氨酯漿液。用高壓灌漿機(jī)向灌漿孔內(nèi)灌注水溶性聚氨酯漿液止水，立面灌漿由下向上，平面灌漿從一端開(kāi)始，單孔逐一連續(xù)灌漿，灌漿壓力控制在0.2到0.4 Mp。當(dāng)相鄰孔開(kāi)始出漿后，保持壓力3～5 min，即可停止本孔灌漿，改注相鄰孔。

（4）拆嘴。灌漿完畢，確認(rèn)不漏即可去掉或敲掉外露灌漿嘴，清理干凈溢漏出并已固定化的灌漿液。

4 結(jié)束語(yǔ)

變形縫是隧道重要的細(xì)部結(jié)構(gòu)，由于變形縫內(nèi)止水條、密封膠等受地質(zhì)因素和運(yùn)行條件的影響，耐久性不斷降低，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的不斷增加，變形縫裂損、漏水等病害時(shí)常出現(xiàn)。變形縫滲漏水容易侵蝕破壞變形縫縫口兩側(cè)混凝土，從而影響隧道的結(jié)構(gòu)耐久性；如果拱頂發(fā)生滲漏水，將會(huì)造成接觸網(wǎng)跳閘斷電，危害性大，危及行車(chē)安全。相關(guān)隧道管理單位應(yīng)加強(qiáng)日常檢查，發(fā)現(xiàn)各類(lèi)病害問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行整治，才能確保設(shè)備狀態(tài)良好，保障列車(chē)安全運(yùn)行。隧道建設(shè)單位應(yīng)完善變形縫隱蔽工程的施工工藝，防止施工缺陷造成病害隱患。