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        高速鐵路隧道襯砌裂縫病害及其整治措施研究

        2016-03-21 02:58:50陳世國
        環(huán)球市場 2016年32期
        關(guān)鍵詞:含鹽量錨桿廢水

        陳世國

        貴廣鐵路有限責(zé)任公司

        高速鐵路隧道襯砌裂縫病害及其整治措施研究

        陳世國

        貴廣鐵路有限責(zé)任公司

        鐵路隧道襯砌裂縫病害的形成主要是由于鐵路最初建設(shè)時施工技術(shù)不合適、管理不完善、施工條件受限等原因造成的。很多隧道襯砌施工完成以后,襯砌局部會產(chǎn)生裂縫。鐵路隧道襯砌裂縫病害的治理存在著治理環(huán)境復(fù)雜、治理難度大、施工時間段等問題。以下將針對鐵路隧道襯砌裂縫病害的有效方法進(jìn)行分析。在本文中,將就高速鐵路隧道襯砌裂縫整治措施進(jìn)行一定的研究與分析。

        高速鐵路;隧道襯砌;裂縫病害;整治措施

        引言

        隧道襯砌裂縫是施工中中經(jīng)常出現(xiàn)的一類問題,當(dāng)隧道襯砌發(fā)生裂縫時,襯砌截面承載面積會減小,對整個隧道的結(jié)構(gòu)承載能力產(chǎn)生影響。同裂縫問題的出現(xiàn),也常常伴隨著襯砌變形以及滲漏水問題,在引發(fā)多種病害的同時,對整個襯砌結(jié)構(gòu)造成了更大的安全隱患,因此就需要積極的做好病害防治工作。

        一、鐵路隧道襯砌裂縫病害的成因及分布

        鐵路隧道襯砌產(chǎn)生裂縫病害的主要原因就是鐵路襯砌結(jié)構(gòu)承受了不同程度或不均勻的圍巖壓力。除此之外,還有襯砌背后存在空洞、襯砌拱部不夠厚的原因。當(dāng)鐵路隧道的襯砌初步產(chǎn)生裂縫時,隨著襯砌裂縫分布情況的變化,會導(dǎo)致鐵路隧道的襯砌發(fā)生變形,進(jìn)而加劇鐵路隧道襯砌發(fā)生裂縫病害。通常鐵路隧道覆土較深的襯砌位置上出現(xiàn)的裂縫數(shù)量、深度均比覆土較淺的襯砌位置的裂縫數(shù)量、深度要高,所以鐵路隧道的拱腰部位是最頻發(fā)襯砌裂縫的位置。

        (一)因鐵路隧道襯砌存在空洞而產(chǎn)生的裂縫及分布

        當(dāng)鐵路隧道襯砌的背后存在空洞時,因有空洞的部位會使隧道產(chǎn)生一種凸向圍巖一側(cè)的自由變形,隧道裂縫由此產(chǎn)生。而且這種空洞的大小會影響裂縫的數(shù)量和深度??斩丛酱?,襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生形變的區(qū)域和程度就越大,所產(chǎn)生的裂縫數(shù)量就越多、深度也更深。另外,值得一提的是,根據(jù)空洞所處的位置的不同,導(dǎo)致隧道襯砌產(chǎn)生裂縫的部位也就不一樣。隧道拱頂空洞除了會在裂縫的襯砌結(jié)構(gòu)位置發(fā)生,還會在隧道左右兩側(cè)墻角發(fā)生。在隧道右側(cè)襯砌拱腰位置的空洞,在隧道右側(cè)襯砌拱腰、隧道左側(cè)墻角、過渡位置和隧道右側(cè)仰拱等位置也會有裂縫。

        (二)地下水產(chǎn)生的作用力

        地下水產(chǎn)生的作用力包括地下水壓力以及寒冷天氣中對圍巖造成的凍脹力,一般情況下隧道設(shè)計中并不著意考慮地下水對于圍巖的作用力影響,但是在涌水巨大,滲透性較高的地區(qū)中很有可能會因為排水不通暢而使水壓力持續(xù)作用在圍巖上使其長時間處于極限平衡狀態(tài),而引起襯砌的開裂,一般出現(xiàn)水平狀裂縫以及環(huán)向裂縫。特別是在寒冷地區(qū)襯砌后背的地下水結(jié)冰進(jìn)而圍巖凍結(jié)而產(chǎn)生的凍脹力,這種凍脹力的作用依然是持續(xù)的,其變形也是逐步積累,凍脹力使得拱下部至邊墻的范圍內(nèi)產(chǎn)生主動土壓力引起拱頂附近局部范圍內(nèi)產(chǎn)生壓潰現(xiàn)象。

        (三)施工工藝與質(zhì)量方面

        1)施工工藝問題和過程管理不到位造成施工質(zhì)量缺陷。如施工配合比控制不嚴(yán)謹(jǐn),澆筑、振搗及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不佳造成襯砌空洞、開裂,混凝土不密實、蜂窩麻面引等質(zhì)量問題。另外澆筑時混凝土模板不平順導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸形狀差異引起受力不良,出現(xiàn)裂縫,造成承載能力降低。2) 施工組織不當(dāng)。由于施工組織不當(dāng),施工過程中各工序銜接不夠緊密導(dǎo)致成環(huán)不及時都會使拱頂、拱腰處出現(xiàn)裂縫。

        二、施工過程控制混凝土裂縫產(chǎn)生的措施

        目前隧道二襯施工普遍采用整體模板臺車工藝,由于整體模板臺車工藝的特殊性,加上隧道施工環(huán)境的復(fù)雜性,襯砌混凝土搗固和養(yǎng)護(hù)是造成襯砌裂紋的主要原因,如何完善混凝土振搗及養(yǎng)護(hù)工藝,是防止襯砌裂紋的有效手段。

        1.混凝土振搗:目前隧道襯砌施工普遍使用整體模板臺車工藝,由于混凝土灌注窗口狹小,對混凝土振搗造成極大地困難,振搗不到位造成混凝土不密實、容易產(chǎn)生裂紋。對于模板襯砌臺車施工工藝,附著式振動器是目前較為成熟的工藝。襯砌臺車內(nèi)側(cè)布置附著式振動器,按照水平間距2m,高度間距2.0m至2.5m較為合適,梅花形布置;振動器功率1.5KW?;炷凉嘧⑦^程中按照混凝土澆筑進(jìn)度依次分層啟動振動器,振搗時間25~35s左右,在實際過程中需要根據(jù)混凝土質(zhì)量對工藝進(jìn)行調(diào)整。

        2.混凝土養(yǎng)護(hù):隧道襯砌混凝土由于特殊的環(huán)境,無法進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù),灑水養(yǎng)護(hù)是主要手段。二襯混凝土的養(yǎng)護(hù)宜采用噴霧養(yǎng)護(hù),不宜采用噴淋養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)從上而下分段進(jìn)行,防止漏噴。養(yǎng)護(hù)的最低期限根據(jù)洞內(nèi)平均環(huán)境溫度和濕度,最低養(yǎng)護(hù)時間為14d。養(yǎng)護(hù)時間間隔控制在2小時左右,以表面濕潤為原則,水溫度與混凝土表面溫差不得大于15℃。

        三、隧道襯砌裂縫控制、整治措施和施工工藝

        鐵路隧道裂縫的整治措施可總結(jié)為加強(qiáng)襯砌自身強(qiáng)度和提高圍巖穩(wěn)定性兩種。使用其中一種便能在一定程度上控制結(jié)構(gòu)變形、抑制裂縫產(chǎn)生,但同時釆取兩種措施則效果更佳。實踐中對于隧道襯砌裂縫的防治一般會采用錨桿加固、碳纖維加固、騎縫注漿、鑿槽嵌補(bǔ)、直接涂抹工藝的中一種或數(shù)種相結(jié)合的措施。

        (一)不穩(wěn)定高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)的錨固注漿加固方式

        采用水灰比 1:1的水泥漿,注漿壓力0.5~1.0MPa。錨固注漿加固所使用的材料主要有水泥砂漿、防水砂漿,中空錨桿以及化學(xué)注漿液等。工藝方面:第一,要進(jìn)行錨桿安裝,將中空錨桿鉆入到設(shè)計深度,按照設(shè)計間距以梅花形布置(一般1.2m左右)。同時在錨桿外側(cè)設(shè)置用于觀察以及排氣的軟管,安裝螺母、止?jié){塞以及墊板的第二,初次注漿,將提前配置的水泥砂漿進(jìn)行壓注,一般來說,該環(huán)節(jié)壓力控制在 0.6-0.7MPa,如果在注漿過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)漿較少或者不再進(jìn)漿,則完成注漿;第三,二次注漿。初次注漿完成后,由于砂漿材料的干縮以及離析沉淀,則會形成具有較小縫隙的通道,對于該種情況,需要在初次注漿漿液終凝前進(jìn)行二次注漿,壓力控制在0.9MPa左右;第四,襯砌找平,用防水砂漿對混凝土錨固注漿區(qū)域進(jìn)行過找平,對存在裂縫進(jìn)行封閉并對錨桿墊板實現(xiàn)覆蓋。在該項工作完成后,則正式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

        (二)一般或輕微裂縫部位

        第一步是向裂紋位置襯砌背后進(jìn)行控制壓力注漿;第二步是在裂縫延伸范圍內(nèi)鑿出楔形槽,槽深約為8cm,里口寬約8cm,外口寬約6cm,第三步是用鋼絲刷刷洗或高壓水沖洗等方法將槽內(nèi)清洗干凈;最后用由環(huán)氧樹脂、磷苯二甲酸二丁脂、丙酮、乙二胺配制成配合比為1:0.1:0.12:0.05的環(huán)氧基液進(jìn)行槽壁涂刷,用配合比為水泥:砂子=1:2的200#膨脹水泥砂漿作為槽內(nèi)嵌襯(注意事項:水泥砂漿中必須以JP型膨脹劑摻和料,其摻量為水泥重量的10%左右)。

        (三)騎縫注漿法

        該方式所使用的材料主要有漿液以及環(huán)氧樹脂砂漿。工藝方面:第一,要沿裂縫走向進(jìn)行鑿槽,并從裂縫位置向兩端延伸 10cm 的距離,保證槽寬為 5cm;第二,清除槽內(nèi)浮塵;第三,順著裂縫設(shè)置注漿鋼管,間距控制為0.6-0.7m,并通過環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行溝槽的嵌填以及注漿管固定;第四,當(dāng)砂漿完全凝固后,對環(huán)氧樹脂漿液材料進(jìn)行壓注,壓力控制在 0.4MPa 左右;第五,割管。當(dāng)完成注漿工作后,對注漿管外露部分進(jìn)行割除,并做好填色料以及掛抹料的涂刷。

        (四)對于嚴(yán)重裂縫病害的整治措施

        (1)在襯砌背后(裂紋處)進(jìn)行控制壓力注漿,確保襯砌混凝土與巖層的粘結(jié)性,改善襯砌混凝土受力情況來控制裂縫擴(kuò)張。注漿參數(shù)如下:注漿孔間距2.0m×2.0m,梅花形布置;注漿壓力控制在0.5~1.0MPa,漿液水灰比1:1。按照“由下至上,先稀后稠”的順序;漿液采用425#普通硅酸鹽水泥和細(xì)砂。(2)在裂縫位置鑿除厚14cm的混凝土,并在裂縫延伸處鑿出槽寬小于8cm楔形槽,深度深于裂縫深度;另外需要將楔形槽內(nèi)壁清除干凈。(3)施作砂漿錨桿。砂漿錨桿參數(shù)如下:錨桿間1.0m×1.0m,梅花形布置、直徑Φ22mm,桿長3.0m;(4)布設(shè)鋼管鋼架。鋼管鋼架采用直徑為580mm為鋼管,管內(nèi)灌200#水泥砂漿,以達(dá)到增強(qiáng)鋼管架的剛度的目的。鋼架之間用ф22mm的鋼筋進(jìn)行連結(jié)(注:間距為1.0m);(5)布設(shè)鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距為25cm×25cm左右,并與錨桿、鋼架連接成整體,網(wǎng)格環(huán)向筋為Φ20mm,縱向筋為Φ8mm;(6)混凝土作業(yè),混凝土加固層厚為16cm,向其中噴射200#混凝土厚10cm左右。另外,在襯砌表面灌注6cm厚的200#細(xì)石膨脹混凝土可增強(qiáng)襯砌表面美觀。

        結(jié)束語

        鐵路隧道襯砌裂縫病害現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,在發(fā)現(xiàn)裂縫時,根據(jù)產(chǎn)生的裂縫的嚴(yán)重程度,并結(jié)合裂縫分布情況,要及時選取合理的整治措施和技術(shù)對其進(jìn)行整治。同時對于裂縫的預(yù)防工作也不能馬虎,在施工過程中必須按照既定的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計強(qiáng)度來進(jìn)行施工,加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)督、檢查力度,以便最終保障工程質(zhì)量的達(dá)標(biāo)。

        [1] 滕振楠. 淺析隧道裂縫的危害及其整治技術(shù)[J].江西建材,2014(3).

        [2] 徐穎,陳建平,左昌群. 武當(dāng)群片巖隧道剪切型縱向裂縫破壞機(jī)理[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013(07):101-103.

        [3] 吳治家. 隧道襯砌混凝土裂縫的辨認(rèn)及處治措施探討[J]. 鐵道工程學(xué)報,2014,2(2):88-95.

        表1 精處理再生過程廢水主要離子含量分析

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        由計算結(jié)果可見:將進(jìn)堿(酸)+置換階段的排水進(jìn)行混合,廢水平均含鹽量約21567mg/L,含鹽量偏高;將進(jìn)堿(酸)+置換+正洗階段排水進(jìn)行混合,混合后廢水的平均含鹽為3799mg/L,為進(jìn)堿(酸)+置換階段混合水樣含鹽量的17.6%;將高速混床再生全過程排水進(jìn)行混合后,廢水的平均含鹽量約為2334mg/L,含鹽量較低。

        3.3 精處理再生廢水回收利用

        根據(jù)精處理再生廢水水質(zhì)分析,將精處理再生廢水分為兩部分,一部分為低含鹽量廢水,包括樹脂輸送、樹脂清洗、樹脂分離、樹脂再生過程的正洗后期以及陰、陽樹脂混合幾個階段的排水,這部分廢水的含鹽量很低,屬于低含鹽量廢水,水量偏大,單次再生的水量合計為331m3,占精處理再生全過程排水水量的60.3%,這部分廢水通過調(diào)節(jié)pH值后,可直接回用。

        另一部分為高含鹽量廢水,主要為進(jìn)酸/堿+置換以及正洗初期排水,水量合計為223.6m3。由于這部分廢水含鹽量高,侵蝕性強(qiáng),嚴(yán)重限制了回用途徑。其中,陽樹脂再生廢水中含有大量的Cl-和NH4+,陰樹脂再生廢水中含有大量的Na+,硬度離子和SO42-含量均很低。將陰樹脂再生排水和陽樹脂再生排水混合后的再生廢水,主要含NaCl和NH3,均為電力生產(chǎn)過程中的有用物質(zhì),具有資源化回收利用的潛力。

        從實際情況出發(fā),選用合理的技術(shù)回收精處理再生廢水,既能實現(xiàn)水的回收,又能回收水中含有的有用物質(zhì),減少廢水排放的同時增加了廢水的資源化利用,既緩解了電廠用水緊張的狀況,又獲得了良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

        總之,火電廠離子交換再生廢水回收資源化利用工藝的應(yīng)用可以實現(xiàn)離子交換再生廢水的完全回收再利用,可以降低全廠新鮮水取水量及廢水排放量,具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益,因此進(jìn)一步加強(qiáng)對其的研究非常有必要。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王璟,龐勝林,李慧,趙劍強(qiáng),李亞娟,毛進(jìn).反滲透回收火電廠精處理再生廢水中氨的實驗研究[J].水處理技術(shù),2014,10:79-82.

        [2]楊萬萬.雙膜工藝在燕化中水回用中的效能及故障對策研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.

        [3]張銘,禾志強(qiáng),李猛.反滲透濃水回用于循環(huán)冷卻水設(shè)計[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2012,05:94-95.

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