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 030032)

1 工程概况

准朔铁路鹰鹞山隧道全长11 572 m，为单线隧道,设3座斜井(龙卜沟斜井751 m、下石窑斜井845 m、下水头斜井650 m)和进出口共5个作业工区掘进施工,合同工期24个月。下石窑斜井设计纵坡12.47%,地质Ⅴ级黄土和Ⅳ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100～120 m3/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-水玻璃双液浆(CS浆液)和普通水泥单浆液材料。水泥注浆对黄土砂砾层吃浆量大,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0.5～1.0 m3,注浆终压力1.5～2.0 MPa,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2T62—60/210型高压注浆泵配合机械水泥浆搅拌筒(0.25 m3/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K4+08.7～K3+58.7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IP-11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IE-01型高压灌注堵漏机,通过RUTH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1.5～2 MPa,此时注浆速度为10～15 L/min,注浆压力达到5 MPa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K4+08.7～K3+58.7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。

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12 t,共节约水泥1 307.5 t,节约费用119.3万元,经济效益明显。

表1 优化前后增减费用计算

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)IE-01型高压灌注堵漏机

性能：灌注压力可达7 kN,满足注浆压力1.5～2.0 MPa要求,可进入0.02 mm以上的发丝裂缝。机具体积小,便于操作及携带(质量7 kg)。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。IE-01型高压灌注堵漏机。示意见图1、图2。

图1 IE-01型高压灌注堵漏机(电动)

图2 高压灌注堵漏机(自制手动)

(2)RUTH止水针头

RUTH止水针头见图3,长度为70、85、100 mm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4 注浆工况

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孔、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,待凝固24 h后进行注浆堵漏施工。

表2 IP-11聚氨酯堵漏剂性能参数

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150～350 mm,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300 mm；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13 mm钻头。孔与裂缝断面应成交角45°～60°交叉,并交叉在底板中部的1/3范围。

3.3.4 埋止水针头

RUTH止水针头为配套部件,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。

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50 Be′。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0.3～0.4水灰比加水,迅速搅拌40 s左右使用。

方式二：用路得WP-01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 min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20 min，否则影响速凝效果而且会降低混凝土强度。在2～5 min内初凝,4～10 min终凝。

3.3.6 注浆、裂缝修补

用IP-11聚氨酯堵漏剂(分水性、油性),搅拌均匀,加入IE-01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IP-11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。

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