金温铁路大岳2号隧道病害整治技术

2014-12-25孙铁盾

铁道建筑 2014年8期

孙铁盾，宋飞

(上海铁路局工务处，上海 200071)

1 工程概况

金温铁路大岳2号隧道全长292 m，1995年12月开工，1996年11月竣工。隧道采用整体式衬砌结构，初期支护及二次衬砌混凝土均为C18级。隧道内设置单侧排水沟及片石盲沟，采用普通钢筋混凝土轨枕，碎石道床。隧址区地表覆盖粉质黏土，硬塑，厚约4 m。下伏凝灰岩，块状结构，弱风化，节理较发育，含少量基岩裂隙水。

2 病害表现及成因分析

2.1 病害表现

结合现场实地勘察，应用地质雷达探测技术对该隧道进行全面无损检测，比对分析相关数据和工程技术资料，发现该隧道存在4种病害，如表1所示。

表1 隧道病害情况

根据《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》铁运函［2004］174号文，综合评定该隧道衬砌质量安全等级为AA级，应进行整治。

2.2 成因分析

2.2.1 衬砌结构性病害

隧道衬砌结构性病害主要表现为衬砌背后脱空或不密实、衬砌裂损、二次衬砌厚度不足等。其成因有:

1)地质条件的影响。当围岩压力过大或分布不均匀，超过衬砌实际强度和刚度时，衬砌就会产生裂缝、变形或位移。此外，隧道在傍山临水时容易产生偏压，当洞顶覆盖层较薄时，易造成衬砌开裂［1］。

2)地下水的影响。地下水的动静压力作用、严寒地区的冻胀力、地下水作用于隧道周围的软弱破碎岩层而导致衬砌周围出现空洞等约束不均匀时，都有可能造成衬砌开裂。

3)施工方法与施工质量的影响。由于施工方法不当、施工质量不好，造成围岩松动，压力增大，衬砌厚度不够、强度不足，衬砌背后回填不密实，运营后会出现结构的变形和裂损。

2.2.2 渗漏水病害

隧道渗漏水是运营隧道较为普遍的病害，主要表现为衬砌表面湿渍、环向施工缝渗漏水、局部淌水等。其成因有:

1)衬砌混凝土密实度不够，衬砌裂损，地下水对衬砌混凝土有化学腐蚀作用［2］。

2)施工原因造成的衬砌混凝土缺陷，如拌合不均、有杂物、骨料污染、接缝处理不当、施工方法不当、拆模过早而开裂等。

3 病害整治原则

1)按照《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》铁运函［2004］174号文，对衬砌病害等级按“轻微(1级)、较严重(2级)、严重(3级)、极严重(4级)”划分，对衬砌安全等级按“完好(D)、轻微(C级)、较严重(B级)、严重(A1级)、极严重(AA级)”进行评定，根据安全等级采取不同的整治措施。

2)整治方案力求简单、有效，力求对铁路运输生产的干扰降到最低。

3)结合衬砌背后脱空、衬砌渗漏水及衬砌裂损等病害统筹考虑，综合治理。

4)整治后满足隧道结构安全及使用功能。

4 隧道病害整治措施

4.1 衬砌背后脱空或不密实地段的处理

对衬砌背后脱空及不密实地段均采用衬砌背后回填注浆处理［3］，如图1所示。

衬砌背后回填注浆工法:注浆采用埋管注浆方式。注浆孔采用风钻钻孔(孔径45～50 mm)，注浆管采用φ42 mm马牙扣形注浆管，长度根据既有衬砌的厚度而定。当空洞深度＜50 cm时，一次性填充水泥砂浆;当空洞深度＞50 cm时，先填充塑化型气泡混合轻质土(湿重度≥9 kN/m3，抗压强度≥7.5 MPa)，再填充水泥浆或水泥砂浆直至结构密实。

塑化型气泡混合轻质土是一种新型混凝土材料，是将土(砂性土为主)、水泥、水和发泡剂混制而成的具有流动性的浆液，施工性能非常优越，在水中空洞注浆不分散，不离析，可有效解决空洞注浆不饱满的难题。

注浆前应进行配合比试验，注浆压力应控制在0.1 ～0.2 MPa。

4.2 衬砌裂损的处理

裂缝加固前应对裂缝渗漏水进行引排或封堵，采用环氧树脂对裂缝进行嵌补［4］。

衬砌裂损等级为2级的，仅采用R25N自进式中空注浆锚杆进行加固;对衬砌裂损等级为3级的，采用W270钢带结合R25N自进式中空注浆锚杆进行结构补强，锚杆长度4 m，间距1.2 m×1.2 m，W270钢带纵向间距1.2 m。钢带加固后采用网喷混凝土进行封闭。钢筋网采用φ8 mm钢筋网，网格间距20 cm×20 cm，喷射C25纤维混凝土，如图2(a)所示。

封闭前应先对隧道内净空进行量测，确认内净空富余量不少于8 cm，以满足网喷混凝土厚度不少于8 cm的要求。若隧道内净空富余量不足8 cm，则不能采用网喷混凝土封闭，应对衬砌外露的钢带、锚杆、垫板等采用热镀锌处理，严防锈蚀，同时对外露钢带进行接地处理。如图2(b)所示。

4.3 二次衬砌厚度不足的治理

对隧道二次衬砌厚度不足地段，一般结合衬砌背后空洞、衬砌渗漏水、衬砌裂损进行综合整治。采用R25N中空注浆锚杆进行结构补强，通过锚杆注浆提高围岩的自承能力来弥补衬砌厚度不足的问题。

4.4 衬砌表面湿渍处理

对于衬砌表面的湿渍，采取在衬砌表面设置刚性防水层，即涂抹水泥基渗透结晶型KT和KB防水材料2道进行防水处理。如图3所示。

水泥基渗透结晶型防水材料是以硅酸盐水泥、石英砂等为基材，掺入活性化学物质组成的一种新型刚性防水材料。活性化学物质通过载体向砂浆或混凝土内部渗透，并不断形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，增加其致密性，提高混凝土的防水性能。这种“渗透结晶”“堵塞毛细孔道”的化学物理反应在整个使用过程中持续进行。KT材料能渗透到混凝土内部，起到填充混凝土内部微裂缝的作用;KB黏结能力强，能在衬砌表面形成一层致密的防水膜。

4.5 环向施工缝渗漏水处理

1)拱腰上部以“堵”为主，对宽度≤5 mm的裂缝采取灌浆堵水处理，如图4(a)所示。对宽度＞5 mm的裂缝采取凿槽堵漏处理，如图4(b)所示。

灌浆堵水施工:把裂缝两边各3 cm宽范围内衬砌表面刷洗干净，清除松动混凝土块，沿裂缝间隔20～30 cm贴一处胶带，然后沿裂缝长度方向刮涂J-1快干型封缝胶2道，封缝胶固化后揭除胶带，安设灌浆嘴灌注环氧树脂，待树脂固化后，拆除灌浆嘴并清理表面封缝胶［5］。

凿槽堵漏施工:在施工缝和裂缝周围凿出宽5 cm、深度5 cm的楔形槽，用清水清洗槽及周围，为防止快修堵漏剂脱落，在槽中增加水泥钢钉与钢丝网，然后将调和好的KP快速堵漏剂填入槽中并稍稍高出，然后用抹刀抹平，并至少保持15 min的湿润，最后在槽及周围先后刮涂KT，KB防水涂料2道。

2)拱腰下部以“排”为主，采用凿槽埋管引排处理，如图5所示。

凿槽埋管引排施工:排水槽采用切割机切割成内宽外窄倒梯形结构。槽内根据渗水的严重程度斜向上45°钻φ30 mm引水孔，孔深不小于2 m，墙脚设坡度不小于3%的水平方向引水孔，孔内插入φ30 mm乱丝盲管，外包土工布，将水引入排水槽，通过排水管引入水沟。排水槽内埋设φ100 mm半圆形塑胶管，采用钢卡固定后，用KP快速堵漏剂封堵填充，外刮KT，KB防水涂料2道。对无水沟一侧，需在轨下埋设φ100 mm镀锌钢管，通过钢管将排水管里的水引向侧水沟，以免水冲道床［6］。

排水槽的位置根据现场情况确定，一般每20～30 m设一处排水槽，渗漏水严重地段需要加密。在拱部渗漏水严重地段要在其边墙设排水槽。