铁路隧道二次衬砌缺陷处理施工技术.pdf

Intelligent Building and Construction Machinery智能建筑与工程机械2024年 2月Feb.2024第6卷 第2期Vol.6 No.20 引言由于早期建成的隧道受设计标准和建设水平的限制，部分隧道建设周期短、工程质量不足，同时隧道因受施工等各种因素的影响，隧道衬砌厚度变异性大，造成隧道结构安全储备能力降低，影响隧道的使用安全和耐久性，导致隧道营运过程出现了衬砌裂损、变形、渗漏水和混凝土剥落等诸多缺陷1,2。采取切实有效的技术手段对隧道缺陷进行整治，对隧道运营安全至关重要。本文通过南方某铁路隧道具体的工程实例，通过试验及实际应用总结了隧道缺陷整治的相关技术措施，从而为相关隧道工程治理提供一定的借鉴。1隧道缺陷种类及产生的原因分析1.1 衬砌混凝土裂缝可能有以下 4 种原因：混凝土配合比控制不严、水灰比过大、外加剂种类选择不当等。二次衬砌混凝土养护不到位，在水泥水化过程中，在混凝土内部和表面形成温度差而产生的温度裂缝3。隧道初期支护变形未稳定就进行二次衬砌施工，以及二次衬砌模板拆模过早，在外力及混凝土自重作用下的产生的变形裂缝。施工过程中因突发情况，造成混凝土中断，导致两次浇筑混凝土连接处产生施工冷缝4。1.2 衬砌背后脱空可能有以下 4 点原因：光面爆破参数选择不当，超欠挖严重。初期支护表面不平整。混凝土收缩等原因3，导致二次衬砌混凝土泵送不密实。二次衬砌混凝土水灰比控制不当，使混凝土本身产生较大收缩。收稿日期：2023-11-06作者简介：朱海涛（1977），男，黑龙江哈尔滨人，本科，工程师，研究方向：隧道。铁路隧道二次衬砌缺陷处理施工技术朱海涛（中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150008）摘 要：从隧道二次衬砌的混凝土裂缝、渗漏水、欠厚等缺陷的成因进行系统分析，从而制定切实有效的缺陷处理措施，并且在相关工程中得到了验证，取得了良好缺陷整治效果，为隧道后期安全、稳定的运营打下坚实的基础，也可为相关工程施工提供一定的借鉴。关键词：隧道；缺陷；处理中图分类号：TU761文献标识码：A文章编号：2096-6903(2024)02-0028-031.3 衬砌渗漏水可能有以下 2 点原因：沉降缝、施工缝混凝土振捣不密实。防水板搭接焊接质量不合格，或出现焊漏、焊穿现象，未及时进行修补而失去防护效果产生的渗漏3。1.4 衬砌欠厚可能有以下 3 点原因：预留沉降量不足5。防水板松铺系数不当。开挖尺寸控制不当等。2隧道缺陷整治处理措施2.1 缺陷整治原则若同一部位或同一板衬砌存在多种类型的缺陷，应根据实际缺陷情况采用最有效的处理手段。对于存在的缺陷，需要进行结构强化和加固。在整治过程中，必须确保防水系统得到妥善的修复和补充，以保证其能够发挥出真正有效的防水功能。隧道缺陷整治前，应对缺陷的形成原因进行认真分析判断，只有确认结构安全没有受到根本影响，或缺陷不是由于地层应力超过结构承受能力造成的，方可进行缺陷整治，否则应会同设计单位进行结构评估，采取相应的技术处理。2.2 隧道缺陷整治措施2.2.1衬砌混凝土裂缝2.2.1.1缺陷整治措施把裂缝四周各 5 cm 宽范围内衬砌表面冲洗干净，并清除松散的混凝土。在裂缝两侧涂快干型封缝胶两至三道。在距裂缝 250 mm 的两侧钻注浆孔，间隔500 mm，斜向穿过裂纹，保持其垂直深度在设计衬砌厚度的 1/3 1/2 范围内，且孔的直径应小于 20 mm。注浆口的倾斜角应保持在 45左右。采用环氧树脂作为灌浆材料，注浆结束后封堵孔口，等待环氧树脂的硬度满足预定的标准之后，再使智能建筑与设计施工2024年 第2期 29 用砂轮机将灌浆口移除。注浆结束后，在裂缝两侧的20 30 cm 区域内，对二次衬砌表面进行两次水泥基结晶型防水涂料的涂刷，涂刷厚度应控制在 2.0 mm 左右。裂缝处理断面图如图 1 所示。2.2.1.2注意事项本处理措施适用于钢筋混凝土衬砌或素混凝土衬砌边墙部位，当裂缝位于素混凝土衬砌拱部时应采取换拱措施处理。注浆应从下到上的顺序进行，并根据实际情况调整注浆孔间距、注浆压力和注浆量等参数。注浆过程中应严控浆液配比，加强浆液拌合质量，切实提升注浆浆体与隧道二次衬砌的整体稳定性，从根本上解决衬砌裂缝病害3。2.2.2衬砌背后脱空2.2.2.1缺陷整治措施对衬砌背后脱空一般采用注浆处理措施，注浆孔孔径 42 mm，注浆孔间距为 1.0 m1.0 m，采用梅花型交错布置。当衬砌背后空洞体积小于等于 1.5 m3时，注浆材料采用水泥砂浆，砂浆标号不低于 M20。当衬砌背后空洞体积大于 1.5 m3时，注浆材料采用 C35 细石混凝土。注浆前应对地下水质取样检测，视情况掺入适量的防腐剂，以提高注浆材料的防腐性能。对于素混凝土的衬砌区域，应将其限定在 0.4 MPa之下。对于钢筋混凝土的衬砌区域，其压力应保持在0.8 MPa 以下。当注浆压力达到设计终压并稳定 5 min 以上，且注浆量明显减少方可结束注浆。在注浆完成后，在注浆孔图 1 裂缝处理断面图图 3 面（点）漏注浆管安装示意图图 4 施工缝注浆管安装示意图图 2 注浆孔封孔大样图的位置衬砌表面凿出一个长 宽为 100 mm100 mm、深 80 mm、底部长 宽为 130 mm130 mm 的楔形孔6，并将 32 的加强钢筋焊接于注浆钢管上，采用不小于 M30 的膨胀水泥砂浆封堵注浆孔，砂浆应高出衬砌表面 1 2 cm。待水泥砂浆达到强度后，再用砂轮机打磨平整。2.2.2.2注意事项注浆过程中，相邻注浆孔应设置阀门等封堵手段，并与注浆孔孔口管可靠连接，以免在注浆过程中出现跑浆现象。在施工前，应进行注浆试验，并根据试验结果调整注浆参数。衬砌背后注浆顺序为纵向应自下坡向上坡方向，环向先边墙，再拱顶。注浆过程中，应密切注意注浆压力变化情况，如出现注浆压力突然上升或下降，应立即停止注浆，查明原因后方可继续注浆，以确保原有衬砌结构安全。2.2.3衬砌渗漏水2.2.3.1缺陷整治措施注浆管采用电钻或风枪钻孔后安装，钻孔直径不大于 2 cm。钻孔深度限定在设计衬砌厚度的 1/3 1/2范围内，最佳的范围是 8 10 cm。点漏处理：注浆管应布置在出水点；安装注浆管时，应清理钻孔孔壁并进行冲洗；注浆管外侧涂刷环氧树脂进行安装，以使注浆管安装牢固；注浆管应紧抵出水点7。面漏处理：清除面漏区域内的 2 3cm 表面混凝土，找出主要的漏水点，并进行钻孔；然后在漏水面上均匀地布置注浆孔，间距控制在 20 30 cm。裂缝渗漏：将注浆孔错落地布置在裂缝两侧，单朱海涛：铁路隧道二次衬砌缺陷处理施工技术智能建筑与工程机械 30 第6卷侧间隔 500 mm 左右，钻孔角度约为 45，并斜穿过裂缝。应将注浆管的外露长度设定为 8 10 cm，以便于与注浆设备的连接。注浆采用环氧树脂，浆液配制应根据隧道渗漏水情况进行试配，注浆压力控制在 0.3 0.4 MPa。注浆结束的准则为当吸浆量显著降低，或者接近设计的注浆量时，注浆压力保持稳定且满足设计要求，再继续压注 3 5 min 就可以中止注浆。注浆过程中应随时观察压力变化，当压力突然增高应立刻停止注浆。压力急剧下降时，应暂停该孔注浆，调整浆液的凝结时间及浆液浓度后继续注浆。在完成注浆之后，将注浆孔封闭，待浆液完全凝固并达到强度后，切除外露的部分，并用封缝材料将孔口修平并打磨光滑，在渗水点两侧各 20 30 cm 范围内的二次衬砌表面刷涂两遍环氧树脂防水层，刷涂厚度控制在 2.0 mm 左右。2.2.3.2注意事项需保证注浆管路有足够的强度且在注浆结束后立即拆除清洗。注浆时，操作人员必须穿戴必要的安全防护用品。应根据漏水量、水流速度以及混凝土裂缝的大小等因素来调整浆液的凝固时间。为确保环氧树脂和原始混凝土的紧密结合，在涂抹环氧树脂之前，需要先在粘接表面上涂一层环氧基液，然后再进行环氧树脂的涂抹。环氧树脂的涂抹应该分两次进行，每一层的厚度控制在 5 mm，而整体的厚度不要超过 10 mm。施工时，按先引水、处理漏水缝，再进行注浆的顺序施工。2.2.4二次衬砌换衬处理当隧道缺陷类型为欠厚或防水板切割衬砌混凝土等情况，并影响衬砌结构安全时需进行换衬处理。2.2.4.1缺陷整治措施二次衬砌缺陷位于拱部的，无论环向长度多长，均需将拱部二次衬砌全部拆除进行换衬。当二次衬砌缺陷位于的边墙时，只需拆除缺陷部分即可，拆除纵向为缺陷处向外延伸至少 1 m。若凿除边缘距离环向施工缝小于 1 m 时，应加长拆除长度至施工缝处。凿除、切割二次衬砌时，其边缘应修整平顺，并形成内宽外窄的倒梯形，梯形与原衬砌表面交度宜为60。切口表面应进行凿毛形成粗糙面后清理干净，涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料，并安装止水条，以利于混凝土接茬及接缝的防水。无论是拱部还是边墙进行换衬处理，均应按设计要求配置二次衬砌钢筋，以加强衬砌结构的整体稳定性。凿除、切割后需要重新植入钢筋时，钢筋植入深度按 30 cm、50 cm 交替布置，植筋采用化学锚固剂进行锚固，且钢筋抗拉力应达到钢筋抗拉强度的 85%以上。拱部拆除换衬采用专用二次衬砌台车施工，边墙处以及运营线施工宜采用组合钢模板或大块钢模板。采用微膨胀混凝土，其标号不得低于该段原设计二次衬砌混凝土标号，并振捣密实。2.2.4.2注意事项在施工过程中，必须严格控制隧道的防排水系统的施工质量。一次浇筑的混凝土不得跨越原施工缝，以免因错缝产生衬砌裂缝。混凝土拆模后应对接缝表面进行打磨处理。3结束语在衬砌缺陷整治前，应采用地质雷达、敲击等手段对缺陷范围进行探查，以确定缺陷处理范围。在处理缺陷时，使用注浆方法时，根据注浆记录来评估注浆的效果。必要时进行补注浆，以保证衬砌背后的空洞得到充分填充。当隧道二次衬砌渗水量较大，采用注浆止水难以达到预期效果时，此时应认真分析研判，必要时进行换拱处理，以免留下隐患。在运营线上进行隧道的缺陷修时，必须强化与铁路部门的交流，确定天窗点时间。在每天的施工结束之后，必须对机器设备、工具和材料进行核对，绝对不能遗漏任何一项，这样才能避免对铁路的运营造成威胁8。在隧道施工过程中，应加强隧道二次衬砌质量的控制，尽可能避免隧道出现质量缺陷，确保后期隧道运营安全。参考文献1 宋战平,张泽坤,程昀,等.既有公路隧道改扩建技术研究动态及展望J.地下空间与工程学报,2023,19(4)1216-1234.2 宋战平,荆敏,韩日美,等.基于强度安全系数概念的隧道衬砌结构优选设计J.西安建筑科技大学学报(自然科学版),2010,42(4):499-503+508.3 王震.铁路隧道衬砌质量缺陷分析与整治措施J.中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术,2019(6):360-361.4 王芳,张磊,邸成.运营铁路隧道衬砌施工冷缝缺陷综合整治技术J.高速铁路技术,2021,12(3):106-110.5 魏宝林.公路隧道二次衬砌厚度不足成因分析和治理J.山西建筑,2017,43(28):193-194.6 刘建丰.浅谈铁路客运专线隧道衬砌质量缺陷处理施工技术J.铁道建筑技术,2014(6):61-64.7 许晓静,宋战平,李辉,等.考虑拱效应的隧道管棚力学模型与参数分析J.地下空间与工程学报,2023,19(1):95-106+132.8 邵东华.高速铁路营业线隧道衬砌缺陷整治技术研究J.铁道建筑技术,2019(z1):113-117.