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    鐵路隧道二次襯砌缺陷處理施工技術(shù)

    2024-04-22 04:42:13朱海濤
    智能建筑與工程機(jī)械 2024年2期
    關(guān)鍵詞:缺陷處理隧道

    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)

    [1] 宋戰(zhàn)平,張澤坤,程昀,等.既有公路隧道改擴(kuò)建技術(shù)研究動(dòng)態(tài)及展望[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2023,19(4)1216-1234.

    [2] 宋戰(zhàn)平,荊敏,韓日美,等.基于強(qiáng)度安全系數(shù)概念的隧道襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,42(4):499-503+508.

    [3] 王震.鐵路隧道襯砌質(zhì)量缺陷分析與整治措施[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)(文摘版)工程技術(shù),2019(6):360-361.

    [4] 王芳,張磊,邸成.運(yùn)營(yíng)鐵路隧道襯砌施工冷縫缺陷綜合整治技術(shù)[J].高速鐵路技術(shù),2021,12(3):106-110.

    [5] 魏寶林.公路隧道二次襯砌厚度不足成因分析和治理[J].山西建筑,2017,43(28):193-194.

    [6] 劉建豐.淺談鐵路客運(yùn)專(zhuān)線隧道襯砌質(zhì)量缺陷處理施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2014(6):61-64.

    [7] 許曉靜,宋戰(zhàn)平,李輝,等.考慮拱效應(yīng)的隧道管棚力學(xué)模型與參數(shù)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2023,19(1):95-106+132.

    [8] 邵東華.高速鐵路營(yíng)業(yè)線隧道襯砌缺陷整治技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù),2019(z1):113-117.

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