高铁隧道衬砌裂缝病害与整治技术

2015-04-07王立华

四川水泥 2015年6期

关键词：空洞拱顶浆液

王立华

（中铁十二局第一工程有限公司，陕西西安 710038）

高铁隧道衬砌裂缝病害与整治技术

王立华

（中铁十二局第一工程有限公司，陕西西安 710038）

就高铁隧道衬砌裂缝的成因、扩展规律进行分析，并提出了防治措施和施工工艺。

衬砌裂缝；成因分析；整治措施；

1 隧道衬砌裂缝病害成因分析和扩展规律

当隧道两侧的外围覆土厚度不同或者不均匀时，产生的（地形）偏压导致隧道两侧的衬砌结构承受不对称的围岩压力。在此种情况下，隧道两侧的衬砌拱腰位置会出现数条间距在0.25m左右，深度在10cm左右的裂缝，而且在隧道覆土较深衬砌位置的裂缝数量、深度均高于隧道覆土较浅的衬砌位置。裂缝的分布情况是造成衬砌变形的直接原因，在上述条件下，一般会在覆土较深的衬砌拱腰部位发生结构的最大变形，拱腰部位也是裂缝分布数量最多、深度最深、间距最密的位置。

当隧道穿过节理裂隙或者某一侧靠近地质断层、破碎带时，使隧道局部位置承受较大的主动围岩荷载，产生的（地质）偏压导致隧道两侧的衬砌结构承受不对称的围岩压力。在此种情况下，隧道一侧会产生比其它位置大的结构变形并造成裂缝的产生。靠近节理、裂隙或者侧断层围岩主动荷载大小、倾角不同会直接导致衬砌变形和裂缝分布的不同。在荷载逐渐增大的情况下，裂缝产生的情况是：首先是靠近节理、裂隙和侧断层衬砌部位产生裂缝；然后是当荷载大小超过一定值时，裂缝向隧道无节理、裂隙和侧断层的部位发展。而荷载倾角的作用正好相反，在荷载倾角小于45°时，隧道无节理、裂隙和侧断层的部位会产生裂缝，在荷载倾角大于45°时，靠近节理、裂隙或者侧断层的部位会产生裂缝。

当隧道衬砌背后有空洞存在时，该位置会产生凸向围岩一侧的自由变形，同时空洞部位的衬砌裂缝分布集中。空洞的大小是决定裂缝数量和深度的直接因素，空洞的尺寸越大，衬砌结构发生变形的区域就越大，裂缝的数量和深度就越高，使该位置的混凝土劣化严重，可能产生混凝土掉块的现象。空洞处于不同位置产生的影响不同，在空洞处于隧道拱顶时，除了衬砌结构会产生裂缝外，隧道的左右两侧墙角也会产生裂缝；在空洞处于隧道右侧衬砌拱腰时，隧道右侧衬砌拱腰、隧道左侧墙角、过渡部位、隧道右侧仰拱部位都会产生裂缝；在空洞处于右侧边墙时，裂缝只会产生于空洞位置。

当隧道衬砌拱顶部位厚度不够时，导致拱顶衬砌结构变形大于其它位置衬砌结构变形。在拱顶厚度为原有设计厚度的90%时，该位置会产生数条间距为0.25m左右，深度为7.5cm左右的裂缝；在拱顶厚度为原有设计厚度的80%时，该位置会产生数条间距为0.25m左右，深度为15cm左右的裂缝；在拱顶厚度为原有设计厚度的70%时，裂缝的数量、深度明显增加，间距明显减小，该位置会产生数条间距为0.2m左右，深度最深可达28cm左右的裂缝，甚至可以产生贯穿该部位的衬砌截面。当隧道衬砌拱腰厚度高于原有设计厚度80%时，衬砌结构并不会产生裂缝，但是当其低于原有设计厚度80%时，衬砌结构会产生于拱顶部位相似的裂缝情况。当边墙部位的厚度低于原有设计厚度的90%时，会产生会拱顶部位相似的裂缝情况并且在隧道的过渡段也会出现裂缝现象。

高铁隧道衬砌结构的裂缝扩展过程可分为三个阶段，前期迅速扩展阶段，中期缓慢扩展阶段，后期加速扩展阶段。其中，随着裂缝的扩展进程，已有裂缝部位的周围也会产生新的裂缝，新裂缝会朝着混凝土中薄弱的位置进行扩展，并且和已产生的混凝土裂缝贯通、结合、扩展，造成混凝土的宏观破坏。另外，当列车高速通过隧道时，引起的空气压力波动会增加裂缝尖端的应力强度因子，加剧裂缝的扩展速度，可能会造成衬砌混凝土结构瞬间失稳断裂，最终导致裂缝贯穿衬砌截面，造成隧道的局部变形、失衡垮塌等安全事故。

2 隧道衬砌裂缝整治措施和施工工艺

2.1 细微裂缝

隧洞衬砌混凝土表面出现一些没有扩展性的细微裂缝,这种裂缝是稳定的,一般可自愈,不会影响结构的使用和耐久性。从美观考虑,可先清洗干净裂缝表面,然后涂刷调好配合比的砂浆或混凝土原浆,最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面,使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。

2.2 贯通性裂缝及其处理施工工艺及方法

贯通性裂缝的危害较大,可能影响隧洞的二衬质量，对以后隧洞二衬混凝土中的该种情况采用注浆的办法处理。

注浆所用材料及配合比

⑴环氧树脂砂浆配比,环氧树脂∶水泥∶细砂∶乙二胺∶二丁酯=1∶1.6∶3.2∶0.1∶0.12,其中乙二胺是固化剂,二丁酯是稀释剂。经试验合格后确定及采用。

⑵注浆的配制：在钢制容器中称取定量的环氧树脂，加热至38～42℃之间，然后加入增韧剂稀释剂搅拌均匀后，再加入固化剂充分搅拌即成；若是胶泥则与固化剂一道加入水泥并搅拌。配制好的浆液或胶泥要在40分钟内用完。

施工工艺

⑴压力注浆系统布置。在槽内骑缝每隔0.5m钻一孔，视裂缝的部位、宽度、深度及走向可适当调整,孔深为衬砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,根据现场裂缝情况确定孔深，并不得穿透衬砌以防跑浆。

⑵裂缝处理：首先在裂缝表面用手持电动钢片切割器锯凿V型槽，槽宽3～10cm、深3～6cm，然后用钢丝刷及压缩空气将砼碎屑粉尘清除干净，再利用高压水对裂缝内部污物进行冲洗，最后进行充分的自然干燥。

⑶预埋注浆嘴：完成裂缝扩槽及清洗等工作后，开始埋设注浆嘴，注浆嘴的间距根据裂缝大小、走向及结构形式而定。纵横交叉处均有设置，每条缝上设有注浆、排气、出浆的注浆嘴。注浆嘴采用钳入式预埋注浆嘴，埋入后沿裂缝全长均用环氧胶泥固定。

⑷封闭裂缝：注浆嘴固定后将裂缝表面用环氧胶泥进行封闭。宽度以填充满沟槽为宜，并在表面酌情加宽2cm。

⑸压气试漏检测：待环氧胶泥具一定强度（约3h）后，进行压气试漏和畅通情况检查。气压保持在0.2～0.4Mpa间，试漏时在封口及注浆嘴四周涂上肥皂水检查。若出现泡沫，表示漏气，需采用促凝灰浆修补密封。

⑹注浆：压气试漏检测合格后，即开始进行注浆工作。注浆前将所有注浆嘴上的阀门打开，用压缩空气将孔道及裂缝吹干净，达到无水、无尘状态。注浆采用单孔注浆，在一条裂缝上采取由浅到深、由下到上、由一端到另一端的顺序进行。注浆时将配制好的浆液倒入自制的注浆钢罐内，旋紧罐盖，将出浆管末端的活接头接在埋好的注浆嘴上。然后开动小型空压机使压力保持在0.2～0.5Mpa，再打开注浆阀门，浆液即被注入裂缝中。经过3～5min，待浆液从邻近的注浆嘴冒出后，即关闭阀门，如此顺序进行直到注完为止。为达到连续注浆作业，施工时应另备适量不加固化剂的浆液，随注浆随即加入固化剂（乙二胺），并拌匀随时使用。初注开始启动以后注浆常压为0.15～0.2Mpa。

⑺注浆结束：注浆＜结束一般以吸浆率0.1L/min为标准，结束再前继续稳注几分钟即可停止。当结束注浆关闭阀门后，立即拆除管路，及时用压气将注浆嘴和注浆管路中的残留浆液吹净，并用丙酮剂水冲洗管路及擦洗工具。

⑻待环氧树脂砂浆有一定的强度后,以0.15MPa～0.2MPa压力压入水泥-水玻璃浆液或环氧树脂浆液。压浆结束后在0.2MPa压力下压水检查压浆效果。裂缝表面用刮抹料和调色料处理。

⑼养护：采取自然养护，在该隧洞环境下24h可硬化，注浆嘴在浆液硬化12h后拆下，继续下一循环施工时复用。

⑽裂缝注浆处理完毕后，利用抹面砂浆或混凝土原浆对表面进行封闭调色。