高速铁路隧道质量缺陷处理技术研究

来源:用户上传      作者: 殷庆武

　　摘 要：文章结合某标段在建高速铁路隧道混凝土缺陷处理实例，分析了高速铁路隧道施工中二衬混凝土裂纹、渗漏水、二衬背后空洞、混凝土不稳定块、接触网槽道等缺陷产生的原因以及危害，阐述了高速铁路隧道缺陷的解决措施，从而提出解决缺陷的不同方式和施工办法，更好的为同类工程提供参考。
　　关键词：高速铁路；隧道；混凝土；缺陷；处理技术
　　中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0140-03
　　随着国民经济的发展，铁路建设中隧道的修建数量日益增多，铁路建设的快速发展带给人们出行方便的同时也提升了生活效率，尤其是高速铁路的发展，然后在此同时铁路的安全问题也成为了人们关注的焦点，其中高速铁路隧道质量缺陷，尤其是二次衬砌混凝土缺陷问题是一个重要的安全问题。
　　高速铁路隧道质量缺陷主要包括二衬混凝土裂纹和渗漏水、二衬施工缝因崩边及错台产生的混凝土不稳定块、接触网预埋槽道质量缺陷以及二衬混凝土背后的工艺性脱空。在现如今的电气化高速铁路时代，上述隧道缺陷必须在运营前治理完成，否则将增加运营后治理的难度和成本，甚至危害运营后的安全。
　　1 缺陷调研方法
　　①首先邀请三方检测单位，采用混凝土综合质量检测仪、地质雷达、钢筋雷达等对混凝土缺陷进行详细探测。并且在治理完成后再一次检测已确认治理效果。
　　②根据三方检测结果、围岩类别、地质条件，对本标段6.5座隧道每一处的不密实、空洞及裂缝、渗漏水所在隧道部位及与接触网关系进行逐一分类，建立缺陷整治台帐一览表。查明当时施工时的具体情况，有无突泥涌水、塌方及其他情况。
　　③查明隧道地质情况和周边围岩地下水分布情况、水系情况。
　　④查明隧道防水板铺设情况和衬砌厚度、仰拱及找平层施工情况及隧道检测资料。
　　2 缺陷调查结果及危害
　　经过上述检测，观察等一系列现场的调查，发现我标段6.5座隧道缺陷的情况如下。
　　2.1 二衬混凝土裂纹
　　衬砌的开裂处主要位于环向施工缝、拱腰及边墙处。大部分裂缝宽度在2 mm以内，为细微裂缝，没有环向、纵向贯通，通过取芯机在裂缝处取的芯样显示，缝的深度在3 cm以内，最深处也不到5 cm，没有沿衬砌厚度方向贯通，对结构的受力影响微乎其微。
　　2.2 二衬渗漏水
　　经调查二次衬砌渗漏水主要表现为，边墙、拱圈以及施工缝等局部裂纹处渗水，必须彻底治理，因为高速铁路采用电气化高压电接触网，所以一旦有渗漏水的话，会导致电网触电，必然会影响隧道结构的安全和和行车安全，所以渗漏水问题较严重，直接关系到人们的生命和财产安全问题。
　　2.3 二衬背后空洞
　　二次衬砌背后空洞是由于在二衬混凝土在浇筑过程中常常受到人为因素、技术因素、混凝土干缩、徐变等因素的影响，在衬砌拱顶与围岩之间形成空隙，一般为工艺脱空。这种空隙会改变衬砌的受力结构，减弱其支护强度，因为若有脱空存在，衬砌将无法在围岩和初支变形的第一时间起到主动限制变形的作用，只能在变形达到一定程度后被动支承，这样会给隧道安全造成隐患。
　　2.4 二衬混凝土不稳定块
　　二衬施工缝处存有边缘不平整现象，由于崩边及错台影响存在不稳定混凝土块，假如模板台车的定位不准确的话就会造成二次错台及施工缝崩边、崩块，加上高速铁路行车速度能达到350 km/h，列车通行的震动和高压风的影响，会造成崩块掉落情况，给通车的安全带来隐患。
　　2.5 槽道施工缺陷
　　接触网预埋槽道存在的问题主要有：槽道嵌入深度超过允许偏差值、槽道平行误差较大、槽道型号安装错误、或者因台车移动时未解除T型螺栓造成脱落。如不及时整治，将会影响后续四电工程施工。
　　3 缺陷整治的基本原则
　　①确保不破坏隧道防水板的原则，确保已经施工的接触网基础、电力、照明、通信及信号等四电接口设施完整性的原则。
　　②根据混凝土开裂部位、渗漏水情况和裂缝大小，在认真分析结构的原因后，因地制宜选择不同的治理方法，分类治理。主要采用压力灌浆法、注射法和直接封闭法，并结合采用。
　　③在治理裂缝过程中，不得破坏原结构，尤其不得大面积凿除混凝土和凿深槽，不得裸露钢筋。
　　④治理顺序：延伸较长的裂缝，分段处理，裂缝密度大的地段，逐条处理。
　　⑤治理裂缝时，以补强加固为主要目标。
　　⑥在裂缝治理中使用的注浆材料、封缝材料和涂料等应满足稳定可靠、施工易做，材料耐久，经济适用、环保的要求，采用经过检测和鉴定，并经实践检验、质量可靠的材料。
　　4 隧道缺陷整治方案和施工工艺
　　4.1 病害处理总体施工方案
　　①二衬混凝土裂缝处理和渗漏水处理因为需要进行注浆工艺，工艺性较强，拟选用专业性较强的修补单位以及专业人员进行实施，务必彻底治。
　　②对于裂缝宽度大于0.5 mm的大型结构贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的混凝土干缝，主要使用压力注浆法注入低粘度改性环氧树脂进行治理。
　　③对于裂缝宽度为0.2～0.5 mm的混凝土干缝以及蜂窝状局部缺陷，主要使用注射法注入低粘度改性环氧树脂进行治理。
　　④对于裂缝宽度小于0.2 mm的混凝土表、浅层微细独立干缝或网状裂纹，使用直接封闭法，利用低粘度改性环氧树脂胶液封闭裂缝通道。
　　⑤对于集中渗水点和渗水裂缝，采用压力注浆法注入聚氨酯灌浆料，然后涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料进行治理。
　　4.2 混凝土裂缝处理施工方案
　　4.2.1 压力灌浆法
　　①主要处理措施。压力注浆法适用于裂缝宽度大于0.5 mm的大型结构贯穿性裂缝，是在一定时间内，以较高压力将修补裂缝用的注浆材料压入裂缝腔内的方法。 　　②施工工艺。压力灌浆法施工步骤如下：裂缝表面清理―沿缝两侧钻斜孔/骑缝钻孔―清孔―安装压环式注浆嘴―表面封缝―配浆―注浆―拆管―封孔。
　　③施工要点。
　　灌压环氧树脂或者聚氨酯之前先对裂缝周边用角磨机或钢丝刷等工具进行处理，清理结构裂缝处混凝土表面的灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物；对于油污用毛刷蘸丙酮、稀料等有机溶液，把裂缝两侧各20～30 mm范围擦洗干净并保持干燥。
　　采用手电钻钻14 mm孔，注浆孔交叉布置在裂缝两侧，钻孔斜穿裂缝，确保浆液注入并填满裂缝，孔深为衬砌厚度的1/3～1/2。钻孔与裂缝水平距离为100～200 mm，孔间距为300～500 mm。斜孔倾角约为45～60°。
　　钻孔结束后应使用单向刷或气泵吹孔，将孔内粉末及碎屑清理干净，防止或减少粉末、碎屑堵塞注浆孔，影响注浆效果。
　　采用14 mm压环式注浆嘴，使用专用T型扳手安装使注浆嘴橡胶圈膨胀，将注浆嘴牢固上紧。
　　在打磨及清理干净混凝土裂缝基层后，使用封缝材料进行封缝，先沿与裂缝垂直方向抹。尽量使用封缝材料填充进裂缝一定深度，然后再沿裂缝走向抹，避免在一处反复涂抹。若缝两侧有较多细微龟裂的部位，应抹至80～100 mm宽，并按边缘，消除卷边。混凝土剥落处要填充密实，裂缝末端也要封闭严密。封缝宽度为50 mm，厚度不小于3 mm。
　　配制浆液时应按照“少量多次”、“配比准确”、“搅拌均匀”和“注意浆温”的原则进行。每次配浆不宜太多，配好的浆液应在半小时内使用完毕；浆液的配比准确，应使用电子天平进行精确称重，配制环氧树脂时，主剂：固化剂以合理比例配制；主剂与固化剂应在倒入时边倒边搅拌，应搅拌至颜色一致，充分混合均匀，防止浆液暴聚；浆液配制时应密切注意浆温，若浆温过高则表明浆液固化反应迅速，应立即停止配制。
　　注浆输入管连接注浆嘴进行注浆，要求如下：
　　注浆结束后应先关闭阀门再拆管，最后用清洗剂清洗干净多余注浆料和机具设备。
　　注浆结束后不得立即敲除注浆嘴，应待浆液完全固化后敲除，并使用同色水泥砂浆进行封孔。
　　4.2.2 注射法
　　①主要处理措施。注射法适用于裂缝宽度为0.2～0.5mm的混凝土干缝以及蜂窝状局部缺陷，是使用专用的低压注射器，以一定的压力将低粘度、高强度的裂缝修补胶注入裂缝腔内的方法。
　　②施工工艺。注射法施工步骤如下：裂缝表面清理―粘结注射底座―封闭裂缝―配浆―安装注射器注浆―浆液固化―表面清理。
　　③施工要点。
　　灌压环氧树脂之前先对裂缝周边用角磨机或钢丝刷等工具进行处理，清理结构裂缝处混泥土表面的灰尘、白灰、浮渣等松散层等污物；对于油污用毛刷蘸丙酮、稀料等有机溶液，把裂缝两侧各20～30 mm范围擦洗干净并保持干燥。
　　粘结注射底座时，将密封胶抹在注浆嘴地板上，贴嘴时用定位针穿过进浆管，对准缝口插上，然后将注射底座压向混凝土表面抽出定位针。注射底座按间距20 cm沿裂缝走向布置，不规则裂缝的交叉点及端部均需布置注射底座。
　　沿裂缝的走向，全长使用密封胶进行封缝，封缝应不小于50 mm宽，3 mm厚。养护待密封胶固化。
　　配制浆液时应按照“少量多次”、“配比准确”、“搅拌均匀”和“注意浆温”的原则进行。每次配浆不宜太多，配好的浆液应在半小时内使用完毕；浆液的配比准确，应使用电子天平进行精确称重，配置环氧树脂时，主济：固化剂以合理比例配置；主济与固化剂应在倒入时边倒边搅拌，应搅拌至颜色一致，充分混合均匀，防止浆液暴聚；浆液配置时应密切注意浆温，若浆温过高则表明浆液固化反应迅速，应立即停止配置。
　　用注射器吸取注浆液，插入注射底座，拧开拉环，使浆液通过注射底座自动注入裂缝，注浆时采用多点同步灌注方式，从下至上，从宽至窄，逐步推进，施工中采用稳压慢灌，每孔纯灌时间不少于90 min，以保证灌浆质量。
　　当注入裂缝的环氧树脂胶液固化后，撤去注射器，卸下其底座，然后清理表面，必要时刻用角磨机平混凝土表面。
　　注射法适用于裂缝宽度为0.2～0.5 mm的混凝土干缝以及蜂窝状局部缺陷，是使用专用的低压注射器，以一定的压力将低粘度、高强度的裂缝修补胶注入裂缝腔内的方法。
　　4.2.3 直接封闭法
　　①主要处理措施。在混凝土表面涂刷环氧树脂以封闭微细裂缝的修补方法称直接封闭法，适用于宽度小于0.2 mm的微细裂缝的的修补，也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理，以及防止混凝土保护层的碳化和有害离子对混凝土的腐蚀。
　　②施工要点。当采用直接封闭法时，应注意以下几点：
　　应先清干结构构件表面的水分，干燥后进行裂缝的封闭。
　　涂刷环氧树脂时，应使胶液在结构构件表面充分渗透，微裂缝内应含胶饱满，一般应沿裂缝多道涂刷。
　　涂刷时，应排除气泡，使涂面平整、含胶饱满均匀。
　　多层涂刷时应重复上述步骤，在表面所涂的胶液达到指干状态时立即涂刷下一层。
　　4.3 隧道衬砌渗漏水处理施工方案
　　根据现场排查情况看，隧道衬砌的渗水位置基本都集中在边墙上2 m左右的地方，且衬砌防排水系统的预埋泄水管排水情况较差，结合施工过程情况分析，极有可能是泄水管堵塞，导致地下水位上升，沿衬砌裂纹形成渗水。
　　4.3.1 主要处理措施
　　结合隧道内实际情况以及综合原因，对渗水较大部位、施工缝等采用注浆和引排结合的方式进行，遵照“堵排结合，以排为主”的原则，采用低压注射器进行注浆。
　　4.3.2 施工要点
　　采取以下整治措施：
　　①疏通隧道双侧排水管，检查隧道衬砌边墙泄水孔是否畅通，对堵塞的泄水孔进行疏通。 　　②若泄水管无法清通则在隧道边墙水沟底高程上10 cm的地方用风钻打设新的泄水孔，用PVC管将排水引入边墙排水沟。
　　③用高压清洗机或空压机以6 MPa的压力向灌浆嘴内注入洁净水，观察出水点情况，并将缝内粉尘清洗干净。
　　④在裂纹处使用专用的低压注射器进行注浆，水泥采用超细P.O42.5普通硅酸盐水泥，由外向内逐孔压注，注浆压力0.01～0.03 MPa。
　　⑤注浆完毕后对注浆效果进行检验，检验合格将混凝土表面清理干净，用调和好后的“水泥基渗透结晶型防水涂料”刮涂两层防水，厚度不小于2 mm。刮涂“水泥基渗透结晶型防水涂料”前应检查注浆效果，填充不密实时需调高注浆压力进行补充注浆。
　　4.4 衬砌背后空洞处理措施
　　在施工前，根据提供的隧道衬砌背后病害区域统计表采取现场核对施工里程，必要时进行钻设Φ25 mm孔进行脱空核对，对核实存在的病害区进行标识，做到标识清楚，编号有序，便于在有限的时间内开展施工，不致于盲目施工，耽误有效的作业时间。
　　4.4.1 钻孔及安设注浆管
　　利用搭设好的作业平台，首先对检测处空洞或不密实处采用红油漆进行标识。
　　要求钻设不得小于2个有效孔，一个在空洞较高处，作为排浆孔和观察孔，一个在较低处，做为注浆孔。钻孔前应注意观察二衬回填泵达砼口和隧道坡度方向，在预计大约空洞较低处钻设另一孔作为注浆孔。采用冲击钻钻孔，钻孔直径为Φ28 mm，先采用30 cm短钻杆钻孔，待钻至约20 cm，根据地质雷达扫描长度换设长钻杆继续施钻，直至钻通二次衬砌厚度，找到脱空处，在钻设的过程中注意严禁将防水板钻通、钻破，并根据钻孔检查防水板靠二次衬砌净空处的脱空厚度及防水板背后是否有脱空，脱空厚度。钻孔时发现防水板前方有空洞后，采用毛刷将钻孔清刷干净，采用四周涂刷快凝的环氧树脂Φ25 mm中空锚杆，外加方型钢板的形式连接，钢板四周采用膨胀螺栓固定，中间设孔，并与注浆管四周焊接牢固，要求环氧树脂锚固入砼的深度不得小于10 cm，排浆孔锚杆深入距防水板约1 cm处，尽可能伸出砼面，以便于排浆和验证是否注满浆液；注浆孔锚杆深入空洞约5 cm即可，以便于浆液注入。要求环氧树脂凝固时间控制在10 min以内，以加快施做进度，钻孔完毕后应及时安装注浆管。
　　4.4.2 注浆
　　脱空注浆浆液按设计要求采用1：1水泥浆液，注浆浆液采用搅拌机二次拌浆，确保搅拌质量，注浆机压力控制在0.05～0.1 MPa，注浆尽可能一气呵成，直至排气孔排出均匀浆液，要求注浆孔和排浆孔均应设置浆液阀，出浆孔应设浆液回浆管，回流浆液流入搅拌料储料桶。当排浆孔无空气流出时，关闭出浆孔阀门稳压慢慢注3 min即可停止注浆，待终凝后将钢管采用砂轮机割掉，进行防锈处理。
　　注浆达到设计终压后即可终止注浆。注浆结束后将露出的注浆管割除并将注浆孔封填密实。
　　4.4.3 注浆过程中可能出现的特殊情况处理
　　因是要点施工，在注浆过程中可能因时间关系，一次施工不能注完，在最后停机前灌水关阀门，将注浆孔采用水冲清干净，以方便再次补灌浆。
　　在注浆过程中可能存在前后几版环向施工缝漏浆的问题，在注浆过程中应加强观察，当发现施工缝或冷缝有漏浆时，应及时调浓配合比，适当加入速凝剂，对漏浆点及时采用麻筋封堵，待停止漏浆后将其取出。如因实在难堵漏浆时，可采取间歇注浆或隔夜注浆方式处理，确保注浆效果。
　　4.5 衬砌不稳定块处理措施
　　对二衬混凝土不稳定块，需对施工缝作一些处理，以增强新旧混凝土的连接，防止运营后掉块，并尽量降低施工缝对结构整体性带来的不利影响。应符合下列规定：
　　①处理混凝土施工缝，应在抗压强度不应小于1.2 MPa以后进行。
　　②在已硬化的混凝土表面上，应清除水泥薄膜和松动石子以及软弱混凝土层至坚实的基面，并加以充分湿润和冲洗干净，且不得积水，然后涂上环氧类的界面剂。即要做到：去掉乳皮，微露粗砂，表面粗糙。
　　③重新植入钢筋网灌入同标号混凝土，其钢筋的布置和墙体厚度均应考虑方便施工，易于保证施工质量。
　　④混凝土应细致振捣密实，以保证新旧混凝土的紧密结合。
　　⑤防水混凝土应连续浇筑，宜少留置施工缝。
　　⑥高度大于2 m的墙体，宜用串筒或振动溜管下料。
　　4.6 接触网槽道缺陷处理方案
　　隧道接触网槽道缺陷主要是因为拱顶槽道因衬砌脱模时未全部解除固定螺栓，脱模时拉脱槽道或者使槽道松动；槽道安装偏差误差过大，不满足设计要求；或者由于作业人员的疏忽，槽道型号选择错误与，处理方法如下。
　　①针对嵌入误差过大（大于10 mm）的槽道，可以进行打磨处理，把脱模后槽道边缘混凝土呈斜坡状打磨平顺。
　　②针对倾斜误差较大呈“八”字形槽道，重新进行返工处理。
　　③槽道平行度小于10 mm的地方，由电化局在安装时调整处理，满足安装要求。
　　④里程偏差超出规范要求与四电设计单位协商，如果可以进行调整的不进行整改，不能调整的需进行返工处理。
　　⑤其他类型缺陷，如位置漏错埋、拉环、平行度大于10 mm，槽道距施工缝小于60 cm等，均采用后置槽道处理；后置槽道委托中铁四院进行设计，设计时应将防闪络接地一并考虑，后置槽道安装完成后按要求进行拉拔试验。
　　5 结 语
　　对于电气化高速铁路隧道的缺陷处理，特别是对隧道渗漏水、混凝土不稳定块以及接触网槽道缺陷处理，目前国内仍然未发现一整套系统的较成熟的治理经验，需在施工中不断总结经验，进一步深入研究，完善出更科学可行的缺陷处理技术，以保证高速铁路隧道的干燥稳定和高压电力信号的安全，从而消除高速铁路运营后的安全隐患，保证人民生命财产的安全。
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