高鐵隧道襯砌裂縫病害與整治技術(shù)

王立華

（中鐵十二局第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

高鐵隧道襯砌裂縫病害與整治技術(shù)

王立華

（中鐵十二局第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

就高鐵隧道襯砌裂縫的成因、擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行分析，并提出了防治措施和施工工藝。

襯砌裂縫；成因分析；整治措施；

1 隧道襯砌裂縫病害成因分析和擴(kuò)展規(guī)律

當(dāng)隧道兩側(cè)的外圍覆土厚度不同或者不均勻時(shí)，產(chǎn)生的（地形）偏壓導(dǎo)致隧道兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)承受不對(duì)稱的圍巖壓力。在此種情況下，隧道兩側(cè)的襯砌拱腰位置會(huì)出現(xiàn)數(shù)條間距在0.25m左右，深度在10cm左右的裂縫，而且在隧道覆土較深襯砌位置的裂縫數(shù)量、深度均高于隧道覆土較淺的襯砌位置。裂縫的分布情況是造成襯砌變形的直接原因，在上述條件下，一般會(huì)在覆土較深的襯砌拱腰部位發(fā)生結(jié)構(gòu)的最大變形，拱腰部位也是裂縫分布數(shù)量最多、深度最深、間距最密的位置。

當(dāng)隧道穿過(guò)節(jié)理裂隙或者某一側(cè)靠近地質(zhì)斷層、破碎帶時(shí)，使隧道局部位置承受較大的主動(dòng)圍巖荷載，產(chǎn)生的（地質(zhì)）偏壓導(dǎo)致隧道兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)承受不對(duì)稱的圍巖壓力。在此種情況下，隧道一側(cè)會(huì)產(chǎn)生比其它位置大的結(jié)構(gòu)變形并造成裂縫的產(chǎn)生。靠近節(jié)理、裂隙或者側(cè)斷層圍巖主動(dòng)荷載大小、傾角不同會(huì)直接導(dǎo)致襯砌變形和裂縫分布的不同。在荷載逐漸增大的情況下，裂縫產(chǎn)生的情況是：首先是靠近節(jié)理、裂隙和側(cè)斷層襯砌部位產(chǎn)生裂縫；然后是當(dāng)荷載大小超過(guò)一定值時(shí)，裂縫向隧道無(wú)節(jié)理、裂隙和側(cè)斷層的部位發(fā)展。而荷載傾角的作用正好相反，在荷載傾角小于45°時(shí)，隧道無(wú)節(jié)理、裂隙和側(cè)斷層的部位會(huì)產(chǎn)生裂縫，在荷載傾角大于45°時(shí)，靠近節(jié)理、裂隙或者側(cè)斷層的部位會(huì)產(chǎn)生裂縫。

當(dāng)隧道襯砌背后有空洞存在時(shí)，該位置會(huì)產(chǎn)生凸向圍巖一側(cè)的自由變形，同時(shí)空洞部位的襯砌裂縫分布集中?？斩吹拇笮∈菦Q定裂縫數(shù)量和深度的直接因素，空洞的尺寸越大，襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的區(qū)域就越大，裂縫的數(shù)量和深度就越高，使該位置的混凝土劣化嚴(yán)重，可能產(chǎn)生混凝土掉塊的現(xiàn)象?？斩刺幱诓煌恢卯a(chǎn)生的影響不同，在空洞處于隧道拱頂時(shí)，除了襯砌結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生裂縫外，隧道的左右兩側(cè)墻角也會(huì)產(chǎn)生裂縫；在空洞處于隧道右側(cè)襯砌拱腰時(shí)，隧道右側(cè)襯砌拱腰、隧道左側(cè)墻角、過(guò)渡部位、隧道右側(cè)仰拱部位都會(huì)產(chǎn)生裂縫；在空洞處于右側(cè)邊墻時(shí)，裂縫只會(huì)產(chǎn)生于空洞位置。

當(dāng)隧道襯砌拱頂部位厚度不夠時(shí)，導(dǎo)致拱頂襯砌結(jié)構(gòu)變形大于其它位置襯砌結(jié)構(gòu)變形。在拱頂厚度為原有設(shè)計(jì)厚度的90%時(shí)，該位置會(huì)產(chǎn)生數(shù)條間距為0.25m左右，深度為7.5cm左右的裂縫；在拱頂厚度為原有設(shè)計(jì)厚度的80%時(shí)，該位置會(huì)產(chǎn)生數(shù)條間距為0.25m左右，深度為15cm左右的裂縫；在拱頂厚度為原有設(shè)計(jì)厚度的70%時(shí)，裂縫的數(shù)量、深度明顯增加，間距明顯減小，該位置會(huì)產(chǎn)生數(shù)條間距為0.2m左右，深度最深可達(dá)28cm左右的裂縫，甚至可以產(chǎn)生貫穿該部位的襯砌截面。當(dāng)隧道襯砌拱腰厚度高于原有設(shè)計(jì)厚度80%時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)并不會(huì)產(chǎn)生裂縫，但是當(dāng)其低于原有設(shè)計(jì)厚度80%時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生于拱頂部位相似的裂縫情況。當(dāng)邊墻部位的厚度低于原有設(shè)計(jì)厚度的90%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生會(huì)拱頂部位相似的裂縫情況并且在隧道的過(guò)渡段也會(huì)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

高鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)的裂縫擴(kuò)展過(guò)程可分為三個(gè)階段，前期迅速擴(kuò)展階段，中期緩慢擴(kuò)展階段，后期加速擴(kuò)展階段。其中，隨著裂縫的擴(kuò)展進(jìn)程，已有裂縫部位的周圍也會(huì)產(chǎn)生新的裂縫，新裂縫會(huì)朝著混凝土中薄弱的位置進(jìn)行擴(kuò)展，并且和已產(chǎn)生的混凝土裂縫貫通、結(jié)合、擴(kuò)展，造成混凝土的宏觀破壞。另外，當(dāng)列車高速通過(guò)隧道時(shí)，引起的空氣壓力波動(dòng)會(huì)增加裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，加劇裂縫的擴(kuò)展速度，可能會(huì)造成襯砌混凝土結(jié)構(gòu)瞬間失穩(wěn)斷裂，最終導(dǎo)致裂縫貫穿襯砌截面，造成隧道的局部變形、失衡垮塌等安全事故。

2 隧道襯砌裂縫整治措施和施工工藝

2.1 細(xì)微裂縫

隧洞襯砌混凝土表面出現(xiàn)一些沒(méi)有擴(kuò)展性的細(xì)微裂縫,這種裂縫是穩(wěn)定的,一般可自愈,不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。從美觀考慮,可先清洗干凈裂縫表面,然后涂刷調(diào)好配合比的砂漿或混凝土原漿,最后用刮抹料、調(diào)色料處理混凝土表面,使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致。

2.2 貫通性裂縫及其處理施工工藝及方法

貫通性裂縫的危害較大,可能影響隧洞的二襯質(zhì)量，對(duì)以后隧洞二襯混凝土中的該種情況采用注漿的辦法處理。

注漿所用材料及配合比

⑴環(huán)氧樹(shù)脂砂漿配比,環(huán)氧樹(shù)脂∶水泥∶細(xì)砂∶乙二胺∶二丁酯=1∶1.6∶3.2∶0.1∶0.12,其中乙二胺是固化劑,二丁酯是稀釋劑。經(jīng)試驗(yàn)合格后確定及采用。

⑵注漿的配制：在鋼制容器中稱取定量的環(huán)氧樹(shù)脂，加熱至38～42℃之間，然后加入增韌劑稀釋劑攪拌均勻后，再加入固化劑充分?jǐn)嚢杓闯?；若是膠泥則與固化劑一道加入水泥并攪拌。配制好的漿液或膠泥要在40分鐘內(nèi)用完。

施工工藝

⑴壓力注漿系統(tǒng)布置。在槽內(nèi)騎縫每隔0.5m鉆一孔，視裂縫的部位、寬度、深度及走向可適當(dāng)調(diào)整,孔深為襯砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裂縫情況確定孔深，并不得穿透襯砌以防跑漿。

⑵裂縫處理：首先在裂縫表面用手持電動(dòng)鋼片切割器鋸鑿V型槽，槽寬3～10cm、深3～6cm，然后用鋼絲刷及壓縮空氣將砼碎屑粉塵清除干凈，再利用高壓水對(duì)裂縫內(nèi)部污物進(jìn)行沖洗，最后進(jìn)行充分的自然干燥。

⑶預(yù)埋注漿嘴：完成裂縫擴(kuò)槽及清洗等工作后，開(kāi)始埋設(shè)注漿嘴，注漿嘴的間距根據(jù)裂縫大小、走向及結(jié)構(gòu)形式而定?？v橫交叉處均有設(shè)置，每條縫上設(shè)有注漿、排氣、出漿的注漿嘴。注漿嘴采用鉗入式預(yù)埋注漿嘴，埋入后沿裂縫全長(zhǎng)均用環(huán)氧膠泥固定。

⑷封閉裂縫：注漿嘴固定后將裂縫表面用環(huán)氧膠泥進(jìn)行封閉。寬度以填充滿溝槽為宜，并在表面酌情加寬2cm。

⑸壓氣試漏檢測(cè)：待環(huán)氧膠泥具一定強(qiáng)度（約3h）后，進(jìn)行壓氣試漏和暢通情況檢查。氣壓保持在0.2～0.4Mpa間，試漏時(shí)在封口及注漿嘴四周涂上肥皂水檢查。若出現(xiàn)泡沫，表示漏氣，需采用促凝灰漿修補(bǔ)密封。

⑹注漿：壓氣試漏檢測(cè)合格后，即開(kāi)始進(jìn)行注漿工作。注漿前將所有注漿嘴上的閥門打開(kāi)，用壓縮空氣將孔道及裂縫吹干凈，達(dá)到無(wú)水、無(wú)塵狀態(tài)。注漿采用單孔注漿，在一條裂縫上采取由淺到深、由下到上、由一端到另一端的順序進(jìn)行。注漿時(shí)將配制好的漿液倒入自制的注漿鋼罐內(nèi)，旋緊罐蓋，將出漿管末端的活接頭接在埋好的注漿嘴上。然后開(kāi)動(dòng)小型空壓機(jī)使壓力保持在0.2～0.5Mpa，再打開(kāi)注漿閥門，漿液即被注入裂縫中。經(jīng)過(guò)3～5min，待漿液從鄰近的注漿嘴冒出后，即關(guān)閉閥門，如此順序進(jìn)行直到注完為止。為達(dá)到連續(xù)注漿作業(yè)，施工時(shí)應(yīng)另備適量不加固化劑的漿液，隨注漿隨即加入固化劑（乙二胺），并拌勻隨時(shí)使用。初注開(kāi)始啟動(dòng)以后注漿常壓為0.15～0.2Mpa。

⑺注漿結(jié)束：注漿＜結(jié)束一般以吸漿率0.1L/min為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)束再前繼續(xù)穩(wěn)注幾分鐘即可停止。當(dāng)結(jié)束注漿關(guān)閉閥門后，立即拆除管路，及時(shí)用壓氣將注漿嘴和注漿管路中的殘留漿液吹凈，并用丙酮?jiǎng)┧疀_洗管路及擦洗工具。

⑻待環(huán)氧樹(shù)脂砂漿有一定的強(qiáng)度后,以0.15MPa～0.2MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環(huán)氧樹(shù)脂漿液。壓漿結(jié)束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。裂縫表面用刮抹料和調(diào)色料處理。

⑼養(yǎng)護(hù)：采取自然養(yǎng)護(hù)，在該隧洞環(huán)境下24h可硬化，注漿嘴在漿液硬化12h后拆下，繼續(xù)下一循環(huán)施工時(shí)復(fù)用。

⑽裂縫注漿處理完畢后，利用抹面砂漿或混凝土原漿對(duì)表面進(jìn)行封閉調(diào)色。

3 結(jié)語(yǔ)

因?yàn)樵O(shè)計(jì)、施工、地質(zhì)等方面綜合因素，高鐵隧道的襯砌裂縫病害現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，首先要防患于未然，在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度、設(shè)計(jì)圖紙施工，確保工程的施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期要求。發(fā)現(xiàn)襯砌裂縫病害時(shí)必須及時(shí)處理。襯砌裂縫病害的整治是一種綜合性的技術(shù)，其在科學(xué)技術(shù)日新月異的更新下會(huì)取得長(zhǎng)足的發(fā)展。

TU714

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1007-6344（2015）06-0340-01