寒区铁路运营隧道渗漏水检测与整治技术

2014-07-30徐卓宁

铁道建筑 2014年7期

徐卓宁

(沈阳铁路局，辽宁沈阳 110013)

在辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古北部等严寒地区，铁路运营隧道水害冻胀是造成围岩结构破坏的重要原因。水害冻害的不断重复，迫使隧道衬砌混凝土产生开裂，导致支撑结构体承载力降低。这在寒冷地区尤为突出，严重影响到铁路隧道的运营安全。本文以沈丹线分水岭隧道渗漏水治理为例，研究寒区铁路隧道渗漏水综合治理措施，重点探讨新型快速堵水加固材料在寒区隧道渗漏水治理中的应用及其施工工艺。

1 沈丹线分水岭隧道概况

沈丹线分水岭隧道1910年修建，隧道全长1 830 m。该隧道曾在战争中遭到严重破坏，侧壁、拱顶混凝土风化严重，多处漏水。拱顶和边墙混凝土厚度均为400 mm。采用混凝土仰拱，隧道中部设排水沟。隧道有900 m长围岩为微风化灰岩，930 m长为强风化砂岩。岩层裂隙水较发达，为隧道漏水的主要原因。由于隧道修建年限久远，大部分混凝土出现表面剥离，受水害和冻融破坏作用局部出现了空洞。

分水岭隧道(下行)渗漏水病害如图1所示。该隧道埋深较浅，衬砌表面混凝土老化开裂。由于东北地区冬季寒冷，隧道内年气温温差大，加之部分隧道围岩含地下水，很容易遭受冻融破坏，使得隧道局部衬砌混凝土剥离露出围岩，许多部位出现蚀洞，局部结冰，形成悬挂冰柱，有的厚达几十厘米，侵入列车限界，对列车运行安全构成严重威胁。

图1 分水岭隧道(下行)渗漏水病害

2 隧道渗漏水检测

2.1 地质雷达测线布置

为较准确掌握隧道渗漏水病害分布情况，采用地质雷达进行了检测。本次检测共分A，B，C，D 4个测段。每测段布置左拱肩、拱顶、右拱肩3条测线，如图2所示。

图2 测线布置示意

2.2 工程试验段渗漏水病害解析

经过对4个测段的数据分析，此次隧道渗漏水工程治理主要对C段(550～590 m处)进行整治。测线长度为40 m，检测结果如图3所示，图中仅标出隧道病害明显的一些异常部位。

图3 测段C地质雷达图像及解释

根据测段C的检测结果并结合地质资料可知，在隧道上部和左拱肩部位岩层面发育，空洞也较发育。分水岭隧道围岩为微风化灰岩和强风化砂岩，存在含水构造层，且裂隙发育，是渗漏水的主要渠道。

根据对分水岭隧道(下行)病害探测结果，选定570～590 m病害集中的典型区段，采用注浆填堵空洞对病害岩层渗漏水进行治理。病害治理段展开图如图4所示。

图4 隧道病害治理段展开图(单位:m)

3 隧道渗漏水治理措施及施工工艺

3.1 隧道渗漏水治理措施

对分水岭隧道，以引排为主，结合堵、截措施，形成一套综合完整的隧道渗漏水治理体系。隧道内一般通风较差，须合理选择防水材料。使用的材料应该是无毒、无味、无污染的，宜采用有机材料(普通水泥净浆或砂浆)和无机材料(马丽散等)相结合使用。水溶性聚氨酯遇水迅速膨胀和固化，堵水效果显著。因其价格比较贵，流水被封堵后，衬砌结构后部空洞仍使用普通水泥净浆或砂浆进行压注以堵塞缝隙。施工缝表面采用SDUGC树脂喷抹堵水材料。严格按标准施工工艺施工，应做到衬砌表面平整，衬砌内无明显的水流，堵漏必须与引排相结合，严格控制水灰比和注浆压力。只有将施工工艺与注浆材料完好结合，才能达到工程整治的预期效果。

3.2 混凝土衬砌老化段裂缝封堵补强措施

3.2.1 裂缝严重渗漏部位埋管排堵结合治理

对施工缝及裂缝渗漏较为严重部位采用埋管导水方式，在补水丰富区段沿拱周部位钻引水孔，直径50 mm，长度2 m，孔上倾45°，如图5所示。孔内设引水管，引水管采用PVC管，用土工布包紧并用铁丝固定。

图5 隧道排水槽立面

3.2.2 裂缝及施工缝部位的封补措施

经调查分析，分水岭隧道有大量渗漏水，主要原因是施工缝已破坏。首先采用“封”的措施，在尽量减少对原有结构破坏的基础上，对衬砌施工缝进行注浆封堵。采用马丽散化学浆骑缝注浆的方式，减少衬砌结构面的破坏，从而大大提高衬砌水平向抗变形能力。治理施工工艺如图6所示。按已有的施工缝划定剔槽线，切割衬砌施工缝混凝土，形成内小外大的梯形治理槽，宽度25 mm，深度40 mm。

3.2.3 隧道顶面衬砌结构小型空洞的封堵补强措施

对于隧道混凝土衬砌因冻融侵害形成连续小型空洞的区段，采用空洞内注浆处理方法。为防止治理过程中发生冒顶脱落，需要适当划分区域面积，分段处理。将段内的小型空洞通过剔槽连接，剔槽采用倒八字形槽。在各个空洞处预留注浆孔，以便后期对空洞内注浆加固，如图7所示。

图6 对施工缝或环形缝的修复加固示意

图7 小型空洞群加固补强治理

3.2.4 衬砌后岩体大面积空洞的加固补强措施

由于衬砌混凝土因病害已丧失大部分强度，对衬砌后进行注浆前需要对空洞及剥离部分加固处理，否则易造成结构破坏，甚至引起垮塌。加固处理方法:①处理衬砌面层;②采用锚杆支护，锚杆采用带托盘形式固定;③对空洞周边区域采用锚网支护;④采用中空注浆锚杆进行注浆施工;⑤对处理后新旧结合部位的边缝处作补充处理。治理措施如图8所示。

图8 面积较大空洞及壁后注浆加固治理

对衬砌壁后围岩大裂隙或空洞治理时，通过化学浆液的扩散、渗透和膨胀作用形成一个隔水帷幕，使衬砌与围岩结构密实结合，有效控制原空洞处的衬砌结构变形，从而大大提高结构的承载力、抗变形能力和整体稳定性。

空洞较大时，为节约整治成本，先用普通水泥进行预处理，然后在拱顶部安装长度0.5～1.0 m的φ42注浆钢管，接管压注马丽散化学浆液。

4 分水岭隧道渗漏水堵防加固

4.1 马丽散化学注浆堵水加固材料性能

马丽散高分子聚合物堵水剂由树脂和催化剂混合而成，遇水膨胀，本身发生聚合反应或发泡生成多元网状密弹性体。当这种聚合物被高压推挤注入到岩体或混凝土的裂缝中时，可沿岩体或混凝土裂缝渗入，直到将所有裂缝充填，从而达到止漏的目的。该材料具很强的粘合能力，并能够与地层很好结合，而且具有相当好的柔韧性，能够有效封堵水流和加固处理区域。马丽散高分子聚合物堵水剂主要技术参数与其他防水材料对比见表1。

表1 马丽散与其他防水材料参数对比

马丽散进入有水的裂隙后，发生膨胀，快速充填孔隙，达到堵水效果。其膨胀倍数为2～25倍;材料反应时间可以根据不同的条件调节;具有极强的粘结能力，即使被充填的裂缝水流处于运动状态，也会牢固固结所填充部分，不影响其性能;可以持久耐酸、碱腐蚀和抵抗微生物的破坏，达到长时间堵水目的。

4.2 马丽散注浆堵水施工技术

施工时使用静态搅拌器、均匀混合器以及由单向阀、球阀等组成的双液注射混合枪。这种施工方法具有安全性高、方便快捷和精准度高的特点。其中双液注射混合枪能够将双组分浆液在孔口自动配比混合，由此可达到将浆液混合和均匀搅拌的双重目的。马丽散注浆材料反应速度快、膨胀倍数高，可快速施工。具体施工工艺要求:应开深槽(深度不小于50 mm)，以保证灰浆足量且不易溢出，并保持足够的注浆压力，同时避免产生裂缝;钻孔不易穿透裂缝发育通道，多采用骑缝钻孔以保证浆液的有效扩散。封孔时要提供足够的注浆压力，应密实、牢固，且封孔长度在3～5 cm。施工过程中应保证稳定、少流量、高压力、均匀灌注，直至注浆区域出现较多返浆且浆孔已凝固时，才能停止注浆。分水岭隧道的二次衬砌承压力不强，注浆压力定为0.1～0.3 MPa。

4.3 采用SDUGC修复衬砌表面

新型树脂基注浆材料——SDUGC，是由聚氨酯预聚体与添加剂(增塑剂、缓凝剂、表面活性剂等)组成的化学浆液(NCO预聚体)。该材料具有极强的粘结力，并能够与地层形成较为紧密的结合，而且具有很强的柔韧性，能有效地封堵水流和加固处理区域。用注浆设备如灌浆泵将此种材料注入混凝土衬砌缝隙或疏松多孔性材料中时，NCO预聚体与缝隙或材料中的水分子接触后发生聚合反应，最终在衬砌的缝隙中或孔隙间形成结合体。聚氨酯化学灌浆材料主要有两大系列:水溶性(亲水型)和油溶性(疏水型)。SDUGC属油溶性聚氨酯，其结合体有很高的强度、极强的抗渗性以及较小的弹性。这些特点决定了其适合用于静水环境下混凝土缝隙的防渗堵漏。而水溶性聚氨酯灌浆材料亲水性好、包水量大、弹性大，适合用于动水环境下缝隙的灌浆堵漏。有时也根据实际情况将二者按比例混合使用。