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        鐵路軟巖隧道二次襯砌縱向裂縫成因及防范措施

        2021-07-02 06:49:08戚文翔
        綠色環(huán)保建材 2021年6期
        關(guān)鍵詞:防范措施錨桿混凝土

        戚文翔

        中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司

        1 引言

        在隧道襯砌施工及使用過程中,受多方面因素的影響容易產(chǎn)生裂縫,若未在第一時(shí)間采取有效地防范措施,則容易加劇裂縫病害的發(fā)展,從而出現(xiàn)滲水、腐蝕等問題,隧道襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性受到影響,難以充分發(fā)揮出隧道襯砌的應(yīng)有優(yōu)勢(shì)[1]。

        2 工程概況

        某雙線鐵路隧道長(zhǎng)14580m,隧洞斷面為圓拱形,經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)二襯開裂段所處位置為軟巖大變形地質(zhì)區(qū),原設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí),經(jīng)技術(shù)分析后變更為V級(jí),根據(jù)該等級(jí)展開復(fù)合式襯砌的建設(shè)工作,以形成初支結(jié)構(gòu),并設(shè)置VC復(fù)合式襯砌作為二襯使用。

        初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中設(shè)置I25a型鋼鋼架,按每榀0.6m的間距依次布設(shè),噴射厚度為32cm的C30混凝土結(jié)構(gòu)層;襯砌采用的是C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),仰拱、拱墻兩部分的厚度分別為65cm、55cm。待初支工作落實(shí)到位后,靠平導(dǎo)側(cè)正線邊墻60°范圍內(nèi)采取徑向注漿處理措施,利用漿液加固。

        3 二次襯砌裂縫的成因分析

        具體來說,在鐵路隧道施工過程中,地質(zhì)條件、混凝土性能、施工不合理等方面都會(huì)造成二次襯砌裂縫。

        3.1 地質(zhì)條件方面

        壓扭性斷層、圍巖應(yīng)力偏高、施工現(xiàn)場(chǎng)地下水等多方面因素均會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力條件帶來顯著的影響,所處位置的地層具有較明顯的軟化特性,其強(qiáng)度相對(duì)較低,伴有膨脹現(xiàn)象,較正常狀態(tài)而言,圍巖、二襯各自所受的壓力均有所增加。

        3.2 混凝土性能方面

        混凝土灌注施工后發(fā)生較明顯的水泥水化熱現(xiàn)象,混凝土的溫度隨之增高。支護(hù)結(jié)構(gòu)與襯砌間有防水材料,由于水化熱而產(chǎn)生的熱量難以快速傳遞,導(dǎo)致該部分熱量被聚集在襯砌表面,此過程中混凝土表面溫度有較為明顯的下降,容易在短時(shí)間內(nèi)降低至常溫狀態(tài),混凝土有收縮的變化特點(diǎn),可見襯砌表層形成拉應(yīng)力,隨水泥水化熱的持續(xù)發(fā)生,當(dāng)其超過最大承載能力時(shí)則會(huì)顯現(xiàn)出開裂問題。

        3.3 施工技術(shù)方面

        (1)混凝土質(zhì)量?;炷潦侵攸c(diǎn)施工材料,但原材料質(zhì)量、配合比、拌和時(shí)間等均會(huì)對(duì)其性能帶來影響,從施工的角度來看還與振搗強(qiáng)度等因素有關(guān)。

        (2)拆模時(shí)間偏早?;炷翆?shí)際強(qiáng)度尚未滿足要求時(shí)便拆模,此時(shí)容易影響混凝土的受力面,可見其有較為明顯的下沉現(xiàn)象,拱圈變形現(xiàn)象開始顯現(xiàn),進(jìn)一步衍生出拉裂問題。

        (3)養(yǎng)護(hù)方法不合理。二次襯砌是隧道結(jié)構(gòu)體系中的關(guān)鍵部分,除了做好混凝土澆筑作業(yè)以外,還需要采取養(yǎng)護(hù)措施,在溫濕度等基礎(chǔ)條件均良好的前提下有效提高混凝土的強(qiáng)度,進(jìn)而發(fā)揮出混凝土的工程性能優(yōu)勢(shì)。若養(yǎng)護(hù)方法缺乏合理性,例如未均勻噴涂養(yǎng)護(hù)液,則會(huì)導(dǎo)致局部混凝土的強(qiáng)度偏低,隨之顯現(xiàn)出裂紋[2]。圖1為隧道襯砌裂縫。

        圖1 隧道襯砌裂縫

        (4)二次襯砌施工時(shí)間不合理。根據(jù)正常施工進(jìn)度,待一次襯砌與圍巖均處于穩(wěn)定的狀態(tài)后方可進(jìn)入二次襯砌施工環(huán)節(jié),但在部分工程中,為趕工期而急于組織二次襯砌的施工,此時(shí)混凝土所承受的變形壓力有所增加,不利于混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,易出現(xiàn)后期開裂現(xiàn)象。

        4 二次襯砌縱向裂縫的防范措施

        4.1 錨桿防范措施

        (1)拱墻錨桿+C35鋼筋混凝土套襯。拱墻施工選用的是長(zhǎng)度為5.0m的Φ32mm自進(jìn)式錨桿,遵循梅花形布置的原則,環(huán)向、縱向間距均為1.5m;邊墻腳處依然采用相同直徑的自進(jìn)式錨桿,但長(zhǎng)度調(diào)整為3.5m,縱向間距按1.0m控制;待襯砌成型后,在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上按照0.4m×0.4m的間距設(shè)置Φ12mm鋼筋釬釘,保證該構(gòu)件可以深入襯砌內(nèi)30cm;并根據(jù)現(xiàn)有襯砌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置C35鋼筋混凝土套襯,厚度按25cm控制。

        (2)C35鋼筋混凝土套襯+鎖腳錨桿。邊墻腳施工選用的是長(zhǎng)度為3.5m的Φ32mm自進(jìn)式錨桿,按縱向間距1.0m的標(biāo)準(zhǔn)依次設(shè)置;待襯砌成型后,在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上按照0.4m×0.4m的間距設(shè)置Φ12mm鋼筋釬釘,深入襯砌內(nèi)30cm;此外,根據(jù)現(xiàn)有襯砌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)置C35鋼筋混凝土套襯,厚度按25cm控制。

        (3)針對(duì)襯砌開裂問題則可以采用環(huán)氧漿液注漿和環(huán)氧砂漿封縫兩種方法,經(jīng)多重作用后有效封堵裂縫。在時(shí)間推移之下水分侵蝕現(xiàn)象逐步明顯,加之鋼筋腐蝕等多重因素的共同作用,原本小范圍的裂縫開始變寬、變深,嚴(yán)重影響襯砌的正常使用。對(duì)此,需要在裂縫表面刷涂漿液,有效封堵裂縫,減小外部因素對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響,阻止裂縫的擴(kuò)大[3]。涂液方面可以選擇環(huán)氧樹脂漿液,或是根據(jù)實(shí)際需求轉(zhuǎn)為YZJ—1型結(jié)構(gòu)膠,在合理施工后均可以取得較為良好的封堵效果。

        4.2 裂縫注漿

        在針對(duì)無套襯的裂縫采取處理措施時(shí)較為適宜的是沿縫鑿槽的方法,根據(jù)裂縫的實(shí)際特點(diǎn),經(jīng)過壓漿混凝土后加以封堵,再進(jìn)一步嵌補(bǔ)環(huán)氧砂漿。若裂縫存在滲漏水現(xiàn)象,較為適宜的是在裂縫的中部打設(shè)排水孔,經(jīng)由該孔將滲漏的水高效排出,減小水對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的干擾。

        (1)沿縫鑿槽。經(jīng)過精準(zhǔn)的測(cè)量后確定裂縫的長(zhǎng)度和寬度,根據(jù)所掌握的情況,沿裂紋的縱向開鑿倒梯形的槽。較之于裂縫的實(shí)際寬度,所形成的槽口的寬度需超過4cm,槽的高度以8cm左右較為合適。

        (2)封縫。在距裂縫30cm~50cm的位置布設(shè)注漿管,制備適量的環(huán)氧砂漿,將其用于封閉裂縫。具體而言,加熱環(huán)氧樹脂,待其完全達(dá)到熔化狀態(tài)后向其中摻入二丁酯二者,經(jīng)持續(xù)攪拌后使兩者均勻混合,再向其中摻入水泥沙子,經(jīng)攪拌后即可制得砂漿。遵循隨拌隨用的基本原則,自環(huán)氧砂漿配制完成后,宜在隨后的30min~40min內(nèi)使用完畢,否則性能將明顯退化[4]。

        (3)壓水試驗(yàn)。經(jīng)過環(huán)氧樹脂砂漿封堵作業(yè)后,若其達(dá)到凝固的狀態(tài)便組織壓水試驗(yàn),通過此途徑檢驗(yàn)封堵情況。為便于分析,壓水應(yīng)當(dāng)選擇有色水,壓力控制在0.4MPa左右。

        (4)注漿。從裂縫的兩端開始注漿,在壓力作用下使?jié){液逐步流向裂縫的中間。若裂縫處存在排水孔,則在施工前對(duì)其采取封閉措施,以免漏漿。注漿壓力的控制至關(guān)重要,通常以0.2~MPa0.4MPa較為合適。隨注漿作業(yè)的持續(xù)開展,待注漿量達(dá)到估算值后在原基礎(chǔ)上放慢注漿速度,穩(wěn)壓3min~5min,此后方可完成注漿作業(yè)[5]。注漿過程中施工人員加強(qiáng)觀察,若存在注漿壓力大幅度下降的情況,隨即暫停注漿作業(yè),分析成因并采取處理措施,經(jīng)過調(diào)整后,若無誤則恢復(fù)注漿施工。圖2為隧道注漿施工。

        圖2 隧道注漿施工

        (5)嵌縫。經(jīng)注漿后清理外露的漿液,再于裂縫范圍內(nèi)均勻刷涂環(huán)氧樹脂,加強(qiáng)對(duì)裂縫病害的處理。

        4.3 小裂紋的處理

        對(duì)于寬度在0.2mm以上的小裂紋,在對(duì)其采取防范措施時(shí)可以選用高壓堵漏灌注機(jī),向待處理的裂紋內(nèi)注入適量的膠液,通過該材料的應(yīng)用增強(qiáng)裂縫的穩(wěn)定性。為確保施工質(zhì)量,需提前對(duì)裂紋做詳細(xì)的檢查,判斷其走向,清理易影響施工的雜物,要求裂紋周邊保持干凈的狀態(tài),在此基礎(chǔ)上用封口膠有效封閉裂縫[6]。施工期間,設(shè)置灌注孔時(shí)需要調(diào)整好孔的位置,相鄰兩灌注孔的距離以20cm~30cm較為合適。灌注孔成型后向其中放入合適規(guī)格的灌注針頭,利用扳手將其擰緊,若無誤則向其中灌注灌封膠,期間密切觀察孔的情況,若有膠液流出孔則表明內(nèi)部已經(jīng)達(dá)到注滿的狀態(tài),可以轉(zhuǎn)至其他孔的灌注施工中。

        4.4 粘貼鋼板加固

        (1)混凝土表面處理:根據(jù)二襯裂縫的實(shí)際特點(diǎn)采取處理措施,再用金剛片對(duì)混凝土黏合表面做適當(dāng)?shù)拇蚰?,目的在于使該處露出砂石新面層,以利于后續(xù)的施工。

        (2)鋼板防銹及定型:清理鋼板的銹跡,適度打磨,按50cm的寬度切割;經(jīng)基礎(chǔ)加工后啟用彎曲機(jī)械設(shè)備,由專員操作,根據(jù)隧道輪廓半徑對(duì)鋼板定型并設(shè)螺栓孔。

        (3)錨固鋼板的安裝:在前期打好螺栓孔后設(shè)置M22×300化學(xué)螺栓,安裝后利用改性環(huán)氧類A級(jí)膠錨固,期間控制注膠層的厚度,使其具有合理性。留排氣孔在灌注粘貼面周邊,配套灌膠嘴,按照0.5m~1m的間距控制標(biāo)準(zhǔn)依次插入軟管,將該管材作為排氣管而使用。

        (4)密封:密封作業(yè)重點(diǎn)考慮的是封邊膠的使用,以改性環(huán)氧樹脂植筋膠較為合適。在密封工作中要求鋼板周邊縫隙、注漿嘴間隙處均得到有效地密封處理。

        5 結(jié)束語

        綜上所述,在鐵路隧道工程中,裂縫是二次襯砌結(jié)構(gòu)中較為典型的病害,采取科學(xué)的防范措施至關(guān)重要。本文則將二次襯砌裂縫的成因作為著力點(diǎn),進(jìn)一步分析其防范措施,以期給類似工程提供參考,進(jìn)而推動(dòng)二次襯砌裂縫防范水平的提高,為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的發(fā)展助力。

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