營業(yè)線高速鐵路隧道襯砌空洞整治技術(shù)分析

營業(yè)線高速鐵路隧道襯砌空洞整治技術(shù)分析

Summary：目前我國高速鐵路隧道工程范圍不斷擴(kuò)大，面對(duì)營業(yè)線高速鐵路復(fù)雜突變的隧道病害，如何提高整治水平、及時(shí)消除安全隱患是當(dāng)前刻不容緩的一個(gè)問題。本文針對(duì)營業(yè)線高速鐵路隧道運(yùn)營過程中存在的二襯空洞這一突出問題，在結(jié)合病害成因和風(fēng)險(xiǎn)分類的基礎(chǔ)上，對(duì)處理方法與關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)分析，可供類似工程參考。Keys：營業(yè)線高速鐵路；襯砌空洞；整治技術(shù)引言隧道襯砌是隧道安全、列車運(yùn)行的根本保證，對(duì)其安全要求隨運(yùn)行速度呈同比上升，故空洞病害顯得尤為顯著，分析和判斷好地質(zhì)情況，掌握襯砌類型并制定合理整治技術(shù)方法，做好空洞病害整治工作有著重要意義，也是隧道安全運(yùn)營的前提條件。1工程概況杉木墩隧道全長(zhǎng)982.49m，起訖里程DK151+778.51-DK152+761.00，隧道最大埋深約136m。經(jīng)隧道敲擊檢查和無損檢測(cè)，確定DK152+501、DK152+572兩處為空洞點(diǎn)，空洞面積分別約0.7m2、0.8m2,襯砌類型Ⅴb、Ⅲb復(fù)合式襯砌，局部不良地質(zhì)屬于F2斷層及影響帶，巖體破碎，巖溶發(fā)育，地下水主要為構(gòu)造裂隙水及巖溶水。2營業(yè)線高速鐵路隧道空洞危害及成因2.1襯砌空洞危害二襯空洞是導(dǎo)致隧道長(zhǎng)期運(yùn)營中引發(fā)多種病害的原因之一，可導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)受力不均，增加受拉力矩，不利于繼續(xù)承受荷載，約束圍巖變形，加之隧道地質(zhì)條件復(fù)雜多變，多處不良地段，極有可能誘發(fā)襯砌裂損、滲漏水、掉塊甚至坍塌，病害惡化，形成連鎖反應(yīng)。2.2空洞產(chǎn)生原因隧道二次襯砌拱頂混凝土是自下而上澆筑的，受混凝土自重作用，拱頂混凝土很難澆筑密實(shí)，容易產(chǎn)生空洞、空響，主要原因概括以下幾條：（1）初支不平順及防水層松弛度不足造成脫空初支多采用分層噴射技術(shù)，若噴射不當(dāng)，使其表層凹凸不平，或者存在混凝土掉層脫落等，極易形成坑洼；后期施作防水層松弛度不足，未能與初支表層形成有效緊密貼合，形成一定空隙，那么，混凝土澆筑時(shí)也就容易引起防水層緊繃而脫空。（2）鋼筋、預(yù)埋件密集，混凝土無法完全進(jìn)入將模板填滿襯砌方式常伴隨雙層螺紋鋼密集支護(hù)類型，另接觸網(wǎng)槽道基礎(chǔ)預(yù)埋件交錯(cuò)布置，極大縮小了澆筑空間，導(dǎo)致混凝土流通不暢，無法及時(shí)填滿模板，振搗不及時(shí)，振搗不觸及等外在因素疊加，產(chǎn)生漏振，形成脫空。（3）泵送壓力不足或混凝土流動(dòng)性不足等造成脫空二襯混凝土是通過混凝土輸送泵壓入模板，若輸送壓力不足或距離過長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致模板內(nèi)混凝土不能充分填充，同時(shí)，混凝土和易性也是關(guān)鍵保證，塌落度過小，擴(kuò)散度不足，混凝土流動(dòng)的動(dòng)力也隨之減小，則相當(dāng)于預(yù)留了空洞。其他供應(yīng)中斷、人力設(shè)備等原因均能成為形成脫空的突發(fā)因素。3隧道空洞的整治技術(shù)利用高速鐵路營業(yè)線天窗點(diǎn)對(duì)空洞處進(jìn)行鉆孔配合內(nèi)窺鏡進(jìn)行探測(cè)，驗(yàn)證厚度及內(nèi)壁情況，此處就拿該隧道兩處不同空洞作例。若襯砌厚度≥20cm或鋼筋混凝土，則采用回填注漿處理；若襯砌厚度＜20cm的素混凝土，僅回填注漿很難達(dá)到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90％，整治效果不佳，襯砌可靠性不強(qiáng)，采用模筑灌漿。根據(jù)營業(yè)線隧道常見病害，劃定如下風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。表1風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分序號(hào)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)病害狀況穩(wěn)定程度整治技術(shù)1Ⅰ一般空洞一般回填注漿2Ⅱ空洞（厚度不足、裂縫、滲漏水、變形）較差模筑+注漿3Ⅲ空洞（嚴(yán)重開裂、開裂+沉降、厚度不足+巖塊松弛）差內(nèi)襯+錨桿+注漿4Ⅲ空洞（開裂+滲漏水）差內(nèi)襯+錨桿+水治理3.1襯砌厚度≥20cm的處理DK152+501處二襯有效厚度≥20cm，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅰ級(jí)，采取回填注漿。此工藝簡(jiǎn)單，操作便捷，已被廣泛采用，暫不作介紹。3.2襯砌厚度＜20cm的處理DK152+572處二襯有效厚度＜20cm及原設(shè)計(jì)為素混凝土，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅱ級(jí)，采用拱部局部模筑工藝。（1）工藝流程施工準(zhǔn)備--斷電--接地--作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)--電鎬鑿除厚度不足部分--打設(shè)錨桿--植筋--界面防水--模板安裝--灌漿--補(bǔ)充注漿--拆模及整修。（2）營業(yè)線既有設(shè)備保護(hù)采用土工布覆蓋下部軌道結(jié)構(gòu)，可用PVC套管對(duì)接觸網(wǎng)線進(jìn)行裹腹，加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，避免意外事故的發(fā)生。（3）鑿除襯砌薄層，植筋預(yù)先切割邊緣縫，控制空洞邊緣線10cm范圍內(nèi)，缺口應(yīng)內(nèi)寬外窄，形成倒梯形，切口及內(nèi)壁鑿毛成凹凸差≥6mm的粗糙面，結(jié)構(gòu)致密，保障防排水。在空洞四周中部縱、環(huán)向植入φ16鋼筋，間距20cm，植入深度按30cm、50cm交替布置，采用A級(jí)錨固劑錨固。結(jié)合懸吊回灌要求，在鑿除后的空洞范圍打設(shè)φ22自進(jìn)式中空注漿錨桿錨固，錨桿長(zhǎng)3.0m，錨栓間距60cm×60cm，并按照錨栓錨固的10%且不小于3根的數(shù)量進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，通過以下計(jì)算，滿足條件。每根錨栓在靠近二次襯砌內(nèi)側(cè)外包兩道遇水膨脹橡膠止水條。（4）模板固定在沿新舊混凝土結(jié)合部，刷涂界面劑，以增強(qiáng)粘結(jié)力，采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料和止水條防水。采用鋼模板，厚2mm，預(yù)留灌料孔、螺栓孔，采用錨栓固定，錨固深度≥15cm，錨固點(diǎn)距離切口≥50cm，防止引起原二次襯砌開裂或崩落。這里注意，為確保模板與襯砌密貼、穩(wěn)固，實(shí)現(xiàn)二次加強(qiáng)效果，錨桿與再植鋼筋網(wǎng)焊連，并用膨脹螺栓與襯砌進(jìn)行固定，必要時(shí)設(shè)置拉筋或加密錨栓對(duì)模板進(jìn)行加固。（5）灌漿灌漿采用高于原設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的微膨脹自密實(shí)混凝土，通過小型地泵經(jīng)灌料孔灌入，采用插入式震搗器搗固,充分回填。特殊設(shè)定封口模板，在靠近頂端預(yù)留30×30mm孔洞，以活動(dòng)板方式澆筑最后一塊板?？锥床课徊捎脗鹘y(tǒng)“剎尖”方式封口。封口處預(yù)埋一根φ42mm馬牙扣形鋼花管,鋼花管頂端距空腔項(xiàng)面不大于2cm，作補(bǔ)充注漿。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》,混凝土界面受拉力臨界值計(jì)算公式：Nupc=5.6hefD√fcu=5.6×280×25×√14.3≈149KN式中：hef為錨固深（mm);D為錨孔直徑（mm);fcu為1m3混凝土抗壓強(qiáng)度（MPa)灌漿后錨桿所受荷載P=灌漿料P1+模板P2+壓力P3P1=0.4m×0.8m2×2285kg/m3×9.8=7165N,0.4m為最大襯砌厚度；P2=0.8m2×0.002m×7850kg/m3×9.8=123N；P3=0.3MPa/1m2=300000N；P=P1+P2+P3=307288N≈307KN＜149KN×4=596KN，這里根據(jù)面積采用4根錨桿錨固；圖1荷載平均分布示意圖通過計(jì)算，錨桿受力是安全的。（6）拆模整修混凝土強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度后拆除防護(hù)模板，遵循先支后拆、先非承重后承重部分、自上而下的原則。待拆除完畢后，切除表面外露多余部分，并對(duì)表面打磨處理，在新混凝土表面并向既有混凝土四周延伸100cm范圍內(nèi)刮涂水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料二遍，厚度不小于2mm。（7）補(bǔ)充注漿為保障灌漿施工密實(shí)性，運(yùn)用預(yù)留注漿孔進(jìn)行壓力注漿，采用新型微膨脹注漿材料，參加灌漿劑和細(xì)沙或超細(xì)水泥基無收縮灌漿材料，必要的時(shí)候需加環(huán)氧灌漿材料?？蓞⒄栈靥钭{工藝進(jìn)行，注漿壓力不應(yīng)過大，適當(dāng)增至0.3MPa,穩(wěn)定5分鐘后當(dāng)繼續(xù)加壓不再進(jìn)槳時(shí)結(jié)束注漿。圖2隧道二次襯砌空洞示意圖3Ⅰ-Ⅰ剖面示意4工藝優(yōu)點(diǎn)較傳統(tǒng)工藝相比，此隧道兩處不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空洞，分別用回填注漿及模筑灌漿施工，雖前者病害較輕，后者措施加強(qiáng)，其優(yōu)點(diǎn)卻毋庸置疑。利用鑿除打開方式，能夠詳細(xì)了解空洞內(nèi)部的具體病害范圍和狀態(tài)，空腔是否被侵蝕、內(nèi)壁裂縫發(fā)展及防水系統(tǒng)破壞程度等，均能查視，及時(shí)處理。注漿材料的選用加強(qiáng)，比傳統(tǒng)的水泥砂漿更具和易性、流動(dòng)性，耐水耐潮濕，固化后不會(huì)因溶劑揮發(fā)后而收縮，固化率達(dá)95％，有一定的韌性，早期強(qiáng)度高。新舊混凝土接合面的處理方式中，采用倒梯形的楔形口，涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料和止水條，對(duì)比一般鑿毛和涂混凝土界面劑而言，使結(jié)合面更穩(wěn)定，更不易漏水。整治徹底，效果優(yōu)良，各類防護(hù)精準(zhǔn)及時(shí)，受力穩(wěn)定，整個(gè)過程不留二次隱患，后期驗(yàn)收便捷，有效滿足了營業(yè)線隧道整治要求高、難度大、工期緊等特點(diǎn)。5結(jié)束語綜上所述，襯砌空洞作為隧道病害類型中較為突出、典型的病害，其處理方法是關(guān)鍵，故根據(jù)空洞狀態(tài)演變和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)遞增，采取多種互補(bǔ)措施相結(jié)合，以解決單一性的弊端，發(fā)揮重要支撐作用。實(shí)踐證明，所采用的措施達(dá)到了預(yù)期效果，穩(wěn)定性良好，從而驗(yàn)證了空洞整治的必要性和可行性。[1]郭建強(qiáng),賀清.《高速鐵路隧道二次襯砌空洞整治與預(yù)防》[J];交通世界;2019[2]張錦浩.《隧道二