楊富民，孫成曉

(1.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081；2.北京鐵科首鋼軌道技術(shù)股分有限公司，北京 100024)

隧道襯砌脫空是比較嚴(yán)重的病害之一，由于受到地質(zhì)、人為和技術(shù)3方面綜合因素影響，導(dǎo)致了隧道二次襯砌脫空病害的出現(xiàn)。脫空區(qū)的存在將嚴(yán)重影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載力，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)承載不均勻而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，致使二次襯砌極易開裂。二襯開裂將進(jìn)一步引起滲漏水、凍害和鋼筋銹蝕等一系列危害，還可能誘發(fā)圍巖松弛或失穩(wěn)脫落。嚴(yán)重時會發(fā)生突發(fā)性崩塌事故，使得隧道的維修保養(yǎng)周期和使用壽命顯著縮短，并對交通運(yùn)營質(zhì)量和人員生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。針對襯砌脫空病害，施工單位仍大多采用鉆孔、預(yù)埋注漿管(鋼管或PVC管)、回填注入水泥漿(水泥砂漿)的傳統(tǒng)方式進(jìn)行病害整治(圖1)，施工效率低下、施工工序繁瑣。注入的水泥漿體后期收縮率增大，導(dǎo)致砂漿層與襯砌混凝土脫離，對襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起不到促進(jìn)作用，反而增大了結(jié)構(gòu)的自重荷載?；趥鹘y(tǒng)注漿材料與注漿工藝存在的問題，對回填注漿材料與注漿工藝進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。采用新型注漿材料及配套注漿工藝，提高注漿材料與襯砌混凝土協(xié)同工作能力，減少施工間隔時間，提高施工效率。本注漿工藝已在某新建高速鐵路客運(yùn)專線開展應(yīng)用，并取得顯著效果。

圖1 隧道襯砌脫空注漿示意

1 施工材料

1.1 注漿材料

傳統(tǒng)隧道襯砌脫空病害整治注漿材料多為水泥漿或水泥-水玻璃雙漿液，水料比控制在0.50～0.75，通過低壓注漿方式對脫空區(qū)進(jìn)行回填注漿，注漿時水泥漿體填滿脫空區(qū)域后，即可封閉注漿孔完成注漿。通過現(xiàn)場鉆芯取樣檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)注漿工藝施工的水泥漿體由于收縮率較大，在凝結(jié)硬化后與襯砌混凝土和上層防水板脫離，在隧道襯砌結(jié)構(gòu)上形成了“兩層皮”現(xiàn)象。傳統(tǒng)注漿材料不僅不能提高襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，反而增大了襯砌自重，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和運(yùn)行安全性起到不利影響。為提高襯砌脫空病害整治效果，注漿材料需滿足以下幾點(diǎn)要求：①注漿材料漿體應(yīng)具有良好的流動性和工作性，保證漿體可填充防水板與襯砌混凝土間細(xì)微空隙。②注漿材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。③注漿材料應(yīng)具有微膨脹效應(yīng)，在凝結(jié)硬化后體積穩(wěn)定性良好。④注漿材料應(yīng)與混凝土具有良好的結(jié)合強(qiáng)度。

針對傳統(tǒng)注漿材料存在的缺陷，研制新型微膨脹注漿材料，新材料是由普通水泥、石英砂、膨脹劑、聚合物等組成，具有流動性大、早期強(qiáng)度高、與襯砌混凝土黏結(jié)性能好、體積微膨脹等優(yōu)點(diǎn)，具體指標(biāo)見表1。

表1 隧道襯砌缺陷整治注漿材料性能

1.2 封堵材料

注漿完成后，需對注漿孔及觀察孔進(jìn)行封堵，封堵材料質(zhì)量的好壞將直接影響后續(xù)車輛運(yùn)行安全。新工藝采用快速封堵材料，該種材料具有凝結(jié)時間快、強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好等優(yōu)點(diǎn)，且具有硬化后體積微膨脹效應(yīng)，用于封堵注漿孔效果良好,見表2。

表2 封堵材料性能

2 注漿設(shè)備

2.1 注漿機(jī)

傳統(tǒng)注漿機(jī)一般采用制漿、注漿分離式設(shè)備，且注漿壓力較小。為保證注漿效率，制漿時需提高水料比，這樣操作造成襯砌內(nèi)部注入大量的水，易形成二次脫空。新型注漿工藝采用制漿、注漿一體機(jī)，機(jī)器泵內(nèi)壓力最高4.0 MPa，施工過程中可保證連續(xù)注漿。機(jī)械參數(shù)見表3。

2.2 注漿桿

隧道襯砌脫空病害整治一般采用鉆孔、預(yù)埋注漿管、注漿和清理注漿管的傳統(tǒng)注漿工藝，該工藝也是目前鐵路隧道脫空病害整治最主要的方式。但從實(shí)際工程應(yīng)用情況來看，傳統(tǒng)注漿工藝在施工效率和安全性上具有明顯缺陷：①傳統(tǒng)注漿方式在襯砌混凝土脫空區(qū)域鉆孔后，需使用凝膠材料將注漿管預(yù)埋至混凝土內(nèi)部，待注漿管達(dá)到注漿要求后方可進(jìn)行注漿，延遲了注漿時間，降低了施工效率；②注漿結(jié)束后施工單位一般將注漿管切除混凝土外露部分，用凝膠材料進(jìn)行抹面封閉，預(yù)埋部分遺留在混凝土內(nèi)部，可能會給安全帶來隱患。為解決上述問題，設(shè)計(jì)新型注漿桿配套注漿工藝，提高了注漿施工效率和安全性。新型注漿桿具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

1)新型注漿桿采用自封閉式注漿，注漿完成后即可取出，使用方便。

2)降低了空洞回填注漿施工成本。注漿桿可重復(fù)使用，且減少了鋼管或PVC管的使用。

3)注漿效率高。注漿桿內(nèi)徑設(shè)計(jì)為25 mm，注漿可達(dá)2～3 t/h。

4)可根據(jù)脫空深度調(diào)整注漿桿長度。

注漿桿主要由注漿嘴、連接套桿、封閉閥門組成，全部由標(biāo)準(zhǔn)件組裝，使用方便，見圖2。新型注漿桿技術(shù)參數(shù)見表4。

3 施工工藝

新型注漿工藝在傳統(tǒng)注漿工藝基礎(chǔ)上，采用微膨脹注漿材料，通過膨脹注漿桿取代鋼管或PVC管，制漿注漿一體機(jī)制備流動度良好漿體，在設(shè)定注漿壓力下進(jìn)行注漿施工，注漿完成后采用快速封堵材料封閉注漿孔，施工完成后注漿材料與混凝土結(jié)合情況良好。

施工注意事項(xiàng)：

1)鉆孔。同一脫空區(qū)至少鉆孔2個(1個為注漿孔，1個為觀察孔)，注漿孔直徑宜為40～50 mm。

2)注漿桿安裝。根據(jù)脫空區(qū)深度選擇合適的連接套桿，注漿嘴上部抵至防水板，同時確保注漿桿膨脹部分全部沒入注漿孔內(nèi)。使用高壓注漿機(jī)進(jìn)行打壓，當(dāng)注漿桿與二襯混凝土完全填充固統(tǒng)一體后開始注漿，注漿壓力保持在0.4～0.6 MPa，不得高壓注漿。在注漿過程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控注漿壓力，當(dāng)觀察孔出現(xiàn)漿液流出后，即可封閉注漿觀察口，然后采用0.3～0.5 MPa 壓力繼續(xù)注漿1～2 min，以確保脫空區(qū)注滿漿液。

3)注漿結(jié)束后，待注漿料達(dá)到初凝狀態(tài)時即可拆除注漿桿(時間約為1.5～2 h)。拆除注漿桿時僅打開注水閥即可取下。

4)使用土工布先進(jìn)行臨時封堵養(yǎng)護(hù)1 d，待注漿料強(qiáng)度超過1 d強(qiáng)度要求后進(jìn)行封孔。封堵前先噴涂一遍界面劑，然后使用快速封堵材料封堵。封堵時先按照配比人工攪拌封堵材料，使用送料器將材料推送至空洞內(nèi)，然后使用封堵工具進(jìn)行振搗，填壓密實(shí)。

4 工程應(yīng)用

2017年7月于某新建高速鐵路客專隧道進(jìn)行新材料和新工藝現(xiàn)場注漿試驗(yàn)。選?、蚣壱r砌脫空區(qū)(襯砌厚度為設(shè)計(jì)厚度的50%～80%)，脫空區(qū)面積1.2 m×1.0 m，現(xiàn)場使用水鉆在脫空區(qū)中部與邊緣處各取孔1個。微膨脹注漿材料采用制漿注漿一體機(jī)進(jìn)行制備，水料比為0.19，注漿壓力為0.6 MPa。脫空區(qū)注漿時間為32 min，經(jīng)檢測注漿后襯砌厚度為45 cm，滿足襯砌厚度設(shè)計(jì)要求。養(yǎng)護(hù)28 d后現(xiàn)場鉆芯取樣檢測注漿料與混凝土結(jié)合強(qiáng)度。注漿料與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度為1.62 MPa，滿足《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)劃》TG/GW 115—2012)要求。

5 結(jié)論

1)微膨脹注漿材料具有良好的流動性，較高的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度高，現(xiàn)場使用情況良好。

2)隧道襯砌脫空病害整治工藝改變傳統(tǒng)注漿方式，使用注漿桿代替預(yù)埋鋼管或PVC管，施工效率高，節(jié)約施工成本，減少隧道運(yùn)營階段安全隱患。

3)從現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，使用微膨脹注漿材料和新工藝進(jìn)行病害整治，經(jīng)檢測注漿材料與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度為1.62 MPa，襯砌厚度為45 cm，滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。

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