化学注浆堵漏技术在鹰鹞山隧道混凝土渗漏水病害整治中的应用.pdf

隧 道 地 下 工 程 化学注浆堵漏技术在鹰鹞山隧道混凝土 渗漏水病害整治中的应用 史茂林 ，胡 宗明，刘宏 宇，周兴财 ( 中铁十二局集团第 二工程有 限公司 ，太原0 3 0 0 3 2 ) 摘要 ： 隧道混凝土注浆 方式主要 有全 断面封 闭注浆、 周边丰 封闭帷幕 注浆 、 小导管注浆、 围截注浆、 劈 裂注浆、 充填注浆、 径 向注浆等 几种 ， 主要是普通水泥一 水玻璃双 液浆( C S浆液) 和普 通水泥单浆液材料 。而化学注浆堵漏是 利用 I Pl 1以 多氰酸 酯和 多羟基聚醚进行聚合 化 学反 应生成 的 高分子化 学注浆堵 漏材料 ， 遇水后 立即进 行聚合 反应 ， 分散 乳化或发 泡膨 胀并与 结构体 固结， 用 I E O 1型 高压灌 注堵漏机 ， 通 过 R U T H 止水针 头进 行 注浆 堵 漏 施 工 。 关键词 ： 铁路 隧道 ；化 学注浆 ；堵漏 ；施 工 中图分类号 ： U 4 5 7 2 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 42 9 5 4 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 l 1 2 0 3 1 工程 概况 准朔铁路鹰鹞山隧道全长 1 1 5 7 2 i n ， 为单线隧道 ， 设 3座斜井( 龙 卜 沟斜井 7 5 1 i n 、 下石窑斜井 8 4 5 i n 、 下 水 头斜 井 6 5 0 n 1 ) 和进 出 口共 5个作 业 工 区掘进 施 工 ， 合同工期 2 4个月。下石窑斜井设计纵坡 1 2 4 7 ， 地 质 V级黄土和级流纹岩 ， 喷混凝土初支完成后渗漏 水病害严重， 黄土砂砾层段渗漏水 1 0 01 2 0 m h 。由 于斜井断面小 、 空间窄 ， 抽排水 困难 ， 为满足正洞正常 施工必须进行注浆堵水 。按原设计采用径向水泥注浆 工期无法保证 ， 且黄土砂砾层地质进行水泥注浆抗压 后对已支拱架产生变形 ， 扰动原状土层 ， 支护拱架产生 变形失稳 ， 给隧道后续工序施 工带来隐患， 经工况 比 选 ， 后采用化学注浆、 施工速度快 ， 经济、 安全、 环保 ， 施 工中工序互不干扰 ， 对围岩支护无扰动。 2 原 设计 径 向水泥 注 浆堵 漏 与化 学 注 浆堵 漏 执行 工 况分 析 2 1 水泥注 浆 水泥注浆主要是普通水泥一 水玻璃双液浆 ( c S浆 液) 和普通水泥单浆液材料。水泥注浆对黄土砂砾层 收稿 日期 ： 2 0 0 91 1 1 2 作者简介： 史茂林 ( 1 9 5 6 一 ) ， 男 ， 工程师 ， 1 9 9 8年 毕业 于南京 建筑工 程 学院。 吃浆量大 ， 注浆时长时间浆液不上升。流动的清水堵 漏注浆因没有胶结的介质 ， 难形成固结体 ， 喷射混凝土 初支后径向水泥注浆单孔注浆 0 51 0 I T I ， 注浆终压 力 1 5 2 0 M P a ， 顶水灌 注， 注浆在受到高压 富水地 层中水的冲刷作用时 ， 注浆材料被冲稀， 导致材料结构 的破坏 ， 注浆机具采用 2 T 6 2 -6 0 2 1 0型高压注浆泵配 合机械水泥浆 搅拌筒 ( 0 2 5 1T I 个 ) 。单浆 液水灰 比 W ： C= 0 5： 1 ， 双 液浆 水灰 比 W ： L = 0 6： 1 0 8： 1 ， 水泥水玻璃体积 比 C： S =1： 1 ， 在下石窑斜井 K 4 + 0 8 7K 3 + 5 8 7段进行双液水泥注浆 ， 注浆作业堵漏 效果差 ， 支护变形收敛增大 ， 后停止作业 。 2 2 化 学 注浆 化学注浆堵漏是利用 I P1 1以多氰酸酯和多羟 基聚醚进行聚合化学反应生成的高分子化学注浆堵漏 材料 ， 注浆后遇水立即进行聚合反应， 分散乳化或发泡 膨胀并与结构体固结 ， 用 I E一0 1型高压灌注堵漏机 ， 通过 R U T H止水针头进行注浆堵漏施工 ， 把水流顶 回 原流水管( 埋设塑料管 ) 道 ， 顶水灌注堵漏 ， 可快速止 水 ， 尤其 是对 大量 涌 水 的漏 水 点 更有 神 奇 之处 。注 浆 后围岩无变形收敛。所用机具体积小 ， 可多点面同时 进行 ， 并有以下特点。 ( 1 ) 亲水性好 ， 遇水后会立即进行聚合反应 ， 分散 乳 化或 发泡膨 胀 ， 并 与砂 石泥 土固结成 弹性 固结体 ， 迅 速堵塞 裂缝 ， 永久性 止水 。 ( 2 ) 可控制诱导时 间， 产 品遇水后 的固结时间可 控 制在几 十秒 至数 分钟 。 ( 3 ) 膨胀性 大。韧性 佳 ， 无收缩 ， 与基 材黏着力 强 ， 且对水质的适应性较强 。 ( 4 ) 可灌 性好 ， 单液 注浆 ， 施工 简便 ， 清 洗容 易。 注浆效果检查 ： 注浆初压 力 1 52 M P a ， 此 时注 浆速度为 1 01 5 L mi n ， 注浆压力达到 5 M P a时， 浆液 基本注不进去， 说明孔 区已饱和密实 ， 达到了充填 、 挤 压 、 堵漏 的效果。下石窑斜井 K 4 + 0 8 7K 3 + 5 8 7段 采用化学注浆施工后围岩支护无变形收敛， 堵漏效果 较 好 。 5 郭陕 云 关于我国海底隧道建设若于工程技术 问题的思考 J 燧 道建设 ， 2 0 0 7 6 琚建明 超前地质 预报技术在海底隧道施工 中的应用 J 铁道工 11 2 程学报 ， 2 0 0 7 7 李 昌宁 厦门海底 隧道施工 中重难点分析及技术措施 J 铁道标 准设计 ， 2 0 0 7 ( s 2 ) 铁道标准设计R A I L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 0 ( 3 ) 史茂林 ， 胡宗明， 刘宏宇 ， 等一化学注浆堵漏技术在鹰鹞山隧道混凝 土渗漏水病害整治中的应用 2 3水 泥 注 浆与 化 学 注 浆 优 化 前 后 所 用 费 用 比较 ( 表 1 ) 2 4经 济效益 化学注浆施工速度快， 经济 、 安全、 环保 ， 施工中不 隧 道 地 下 工 程 影响其他工序施工 。最大限度地解决了工序相互干扰 问题 ， 节约了成本。经核算， 比径 向水泥注浆每延米断 面节 约水 泥 1 2 t ， 共 节 约水 泥 1 3 0 7 5 t ， 节 约 费用 1 1 9 3万元 ， 经济效益明显。 表 1 优化前后增减费用计算 水 泥 水玻璃 5 0 B e 电力消耗 自制手动高压堵漏机 设计优化后 人工费用 I Pl 1聚氨酯堵漏 剂 R U T H止水针头 其他 小计 l 2 2 5t 5 3 0 5 5t 3 4 9 4 3台 5 5 8工 日 1 2 0 0 k g 24 0 0个 4 0 0 8 0 5 6 0 8 6 9 3 0 0 0 2 0 601 0 4 2 3 3 0 1 3 3 8 0 0 41 7 6 0 檠 黧 蔫 材 料 成 6 7 2 0 0 l 9 2 0 1 4 5 2 2 0 6 9 1 2 0 l 2 6 2 l 2 0 合计 2 5社会效 益 机具体积小， 操作简单 ， 劳动力投入少 ， 可多点面同 时施工 ， 施工更安全 ， 环保 ， 无 毒 ， 效果 良好 ， 施工 中受 到 建设单位 、 监 理 、 设计单位 的一致好评 ， 为企业赢 得 了荣 誉 ， 也为今后混凝土病 害整治工程施工积 累了经验 。 3化学注浆堵漏施工 3 1 注浆机 具 ( 1 ) I E一 0 1型高压灌注堵漏机 性能： 灌注压力可达 7 k N， 满足注浆压力 1 5 2 0 MP a 要求 ， 可进入 0 0 2 m m 以上 的发丝裂缝 。机 具体积小， 便于操作及携带( 质量 7 k g ) 。采用模组化 设计 ， 便于组装、 拆卸及保养。除一般传统置料方式 外， 本机另可切换至吸料管进料 ， 可节省倒料时间及节 省材料 ， 并可以避免材料二次污染。I E一0 1型高压灌 注堵漏 机 。示 意见 图 1 、 图 2 。 图 1 I E一 0 1型 高压 灌注堵漏机 ( 电动) 铁道标准设计R A I L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 0( 3 ) 图 2高压灌 注堵漏机 ( 自制手动 J ( 2 ) R U T H 止水针 头 R U T H止水 针头 见 图 3 ， 长 度 为 7 0、 8 5 、 1 0 0 m m 几 种 ， 是浆液注入裂缝 内的连接件 ， 埋设 时应用工具紧 固， 并保证针头的橡胶部分及孔壁在未使用前干燥 ， 否 则在紧固时容易引起打滑。图 4为注浆工况。 图 3 R U T H止水针头 3 2注 浆材料 ( 表 2 ) 3 3堵漏 步骤 首先对渗漏水部位进行人工钻孑 L 、 凿槽 ， 槽腔内做 成无管空腔 ， 槽面用堵漏材料封堵 ， 埋设注浆针头 ， 待 1 1 3 O 5 O，O O 呲 跏 瑚啪o 钳 。 萎 i 隧 道 地 下工 程 史茂林， 胡宗明， 刘宏宇， 等一化学注浆堵漏技术在鹰鹞山隧道混凝土渗漏水病害整治中的应用 图 4注浆工况 凝固 2 4 h后进行注浆堵漏施工 。 表 2 I P一1 1聚氨酯堵漏剂性 能参数 项 目 技术指标 水性 油性 外观 密度 ( g c m ) ( 2 5 o C：t o 5 ) 黏度 MP as f 2 5 0 5 ) 诱导凝固时间 s 膨胀率 特性 淡棕色透明液 棕黑色透明液 0 9 81 1 O 1 0 21 1 0 6 02 0 0 3 0 06 0 0 l 01 3 0 0 3 5 0 1 0 0 0 2 0 0 0 包水率大 ， 有韧性 ， 可发 泡 率大 ， 适 合 处 理 带水作业 ， 收缩大 ， 活大量漏水 、 蜂窝 ； 收缩 动裂缝可用 小 ， 静裂缝可用 3 3 1 寻找 裂缝 对于潮湿基层 ， 先清扫集 水， 待基层全部清理干 净 、 表面稍干时， 仔细寻找裂缝 ， 用色笔或粉笔沿裂缝 作好记号； 对于干燥基层 ， 清理后可用气泵或吹风机吹 除表面灰 尘 。 3 3 2 凿槽引水 将漏水部位凿成方槽或倒八字状的孔洞 ， 并清理 干净 渣土 或 杂 物 。漏 水 量 大 时 先 可 用 插 管 引流 出结 构 面。 3 3 3钻孔 按混凝土结构厚度 ， 距离裂缝约 1 5 0 3 5 0 m m， 沿 裂缝方向两侧交叉钻孔。孔距按现场实际情况而定 ， 以两孔注浆后浆液在裂缝处能交汇为原则 ， 一般刚开 始时孔距宜为 3 0 0 m m； 孔径 的大小， 应按配套 的止水 针 头大小 而定 ， 采用 的为 非 标 的 1 3 m m 钻 头 。孑 L 与 裂 缝断面应成交角 4 5 。 6 0 。 交叉 ， 并交叉在底板中部的 1 3范 围。 3 3 4埋 止水 针头 R U T H止水针头为配套部件， 是浆液注人裂缝 内 的连接件 ， 埋设时应用工具紧固， 并保证针头的橡胶部 分及 孔壁在未使用 前干燥， 否则在紧 固时容易引起 打滑 。 3 3 5结构 表面封 堵 方式一： 用普通水泥掺水玻璃封堵， 水玻璃浓度 5 0 B e 。使用前应对 工程所用 水泥进行凝 结时 间试 验 ， 以确定适宜的掺量 ， 掺量为水泥质量的 4 5 ， 干拌均匀后 ， 按 0 30 4水灰 比加水 ， 迅速搅拌 4 0 S 左右使用。 方式二 ： 用路得 WP一 0 1速凝型堵漏砂浆封堵， 按 照水灰比为( 0 1 0 3 )： 1快速均匀调和成湿硬料。 待其有一定强度并手感发热时， 快速封堵于孔洞中， 并 用手或其他工具按压几分钟至材料发烫。3 5 m i n之 后将表面铲平清理干净 。水泥新鲜度对凝结时间影响 很大 ， 应随拌随用 ， 其堆放时间不超过 2 0 ra i n ， 否则影 响速凝效果而且 会降低混凝土强度。在 25 rai n内 初凝 ， 41 0 mi n终 凝 。 3 3 6注浆 、 裂 缝修 补 用 I P1 1聚氨酯堵漏剂( 分水性 、 油性 ) ， 搅拌均 匀， 加入 I E一0 1型高压灌注堵漏机进行加压注浆 ， 灌 注浆液应从第一 枚针头 开始 ( 结 构立面 由下 往上灌 注) ， 当浆液从裂缝处 冒出， 应立 即停止 ， 移入第二枚 继续灌注， 依次向前进行 。在灌注过程中， 如果浆液已 灌满相邻针头位置 ， 可以跳开不注 ； 如注浆后发现裂缝 两端仍有裂缝延伸 ， 或有裂缝与其交叉 ， 应在该位置补 孔 ， 重新注浆 。这样 ， 整条裂缝 的第 一次注浆才算结 束。为使裂缝完全灌满浆液 ， 应进行二次注浆。第二 次灌注应与第一次间隔一段时间， 但必须在浆液凝固 前完成。如二次灌注后， 浆液仍不能愈合， 应在该位置 重新 钻孔 注浆 。 4 结语 隧道混凝土传统的水泥注浆堵漏作业遇黄土砂砾 地层 ， 流动的水泥浆液因没有胶结的介质， 难形成固结 体 ， 水泥水玻璃浆液， 水玻璃玻镁度小时随水泥浆液流 走 ， 玻镁度大时搅拌注压困难 ， 压力过大对黄土砂砾地 层原状土扰动， 支护好的拱架产生变形失稳 ， 围岩出现 收敛增大。用 I P 一 1 1以多氰酸酯和多羟基聚醚进行聚 合化学材料进行注浆堵漏 ， 正好弥补该缺陷。通过准 朔铁路鹰鹞山隧道下石窑斜井黄土砂砾地层化学注浆 堵 漏病 害整治 施工 工况 的应 用 ， 为 今后 隧 道 混凝 土 渗 漏水 整治 提供 可 以借 鉴 的经验 。 参 考文献 ： 1 杨米加 ， 贺永 年， 陈 国锋 水泥 注浆渗透 机理初探 J 力学 与实 践 ， 1 9 9 7 ( 5 ) 2 肖荣久 国外化 学注 浆技 术的发 展及 应用 J 西北 地质 ， 1 9 9 4 ( 3 ) 3 马秀荣， 郝哲 岩体注浆理论评述 J j 有色矿冶 ， 2 0 0 1 ( 1 ) 4 朱岩华， 姜振泉 用化学止水 注浆法治理井 壁破坏 J 能 源技术 与管理 ， 2 0 0 4 ( 2 ) 5 杨勇 ， 邹耕 ， 李治国 ， 等 化学注 浆材料在渗漏 水治理 中的选 择 和应用 J 西部探矿工程 ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) f 6 高志刚 化 学注 浆技 术在处 理大 冒顶 中的应用 J 煤矿 开采 ， 2 0 0 5(1 ) 1 1 4 铁道标准设 计R AI L W AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 0 ( 3 )