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        鐵路隧道仰拱缺陷整治技術分析

        2022-08-18 07:56:54翟春林
        運輸經(jīng)理世界 2022年13期
        關鍵詞:鋼花仰拱植筋

        翟春林

        (中交一公局西北工程有限公司,陜西 西安 710000)

        1 研究背景

        某隧道為單洞雙線鐵路曲線隧道,曲線半徑為6997.500m,設計時速為350km/h,進口里程為DK134+981,出口里程為DK136+037,隧道全長1056m。采用斜切式洞門(斜切面1∶1,仰坡1∶1.25)、斜切開孔式緩沖結(jié)構(gòu)(L=24m)設計。DK136+001—DK136+013 段為隧道出口原洞門斜切段,由于隧道變更明洞延長DK136+001—DK136+013 段原斜切段采用鑿毛植筋工藝,與上部襯砌結(jié)構(gòu)相接,DK136+013—DK136+025 段屬于明洞延長段。

        工務段對隧道預介入檢查時,發(fā)現(xiàn)DK136+001—DK136+025 處出現(xiàn)裂縫,通過現(xiàn)場取芯查看,發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)裂縫呈偏線路左側(cè)發(fā)展趨勢。二次取芯后,取芯沿裂縫發(fā)展方向鉆孔至仰拱底部,其中,DK136+001—DK136+013 段仰拱裂縫處于中心靠左位置(無中心水溝)裂縫通長,裂縫寬6~8mm,裂縫呈現(xiàn)上部大、下部小的特征,且已基本貫穿仰拱結(jié)構(gòu)。

        同時經(jīng)長軌精調(diào)對DK136+001—DK136+025 段檢測,數(shù)據(jù)結(jié)果顯示,實測軌頂高程低于設計,最大高差15.9mm。

        原因分析:其一,仰拱及仰拱填厚度驗證。芯樣長度>設計厚度,隧道仰拱及仰拱填厚度滿足設計要求。其二,仰拱施工質(zhì)量驗證。根據(jù)混凝土試件抗壓強度試驗報告以及芯樣情況顯示,仰拱施工質(zhì)量滿足設計要求。其三,CFG 樁施工資料驗證。CFG 樁基樁完整性檢測結(jié)果顯示,均為I 類樁。

        經(jīng)多家單位分析研討得出:

        第一,根據(jù)沉降評估單位對冠梁、山體、隧道邊仰坡及洞內(nèi)變形監(jiān)控量測成果分析,確定冠梁、山體及隧道沉降變形均已呈穩(wěn)定狀態(tài)。

        第二,結(jié)合施工過程及結(jié)構(gòu)受力特點,仰拱局部開裂的主要原因為:

        原設計為斜切式洞門,通過斜切面植入接茬鋼筋與后續(xù)接長明洞結(jié)構(gòu)相連接,受力體系由整體式環(huán)形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為非整體式橢圓環(huán)形結(jié)構(gòu),在相同荷載的作用下,仰拱底部彎矩大幅增大,導致仰拱局部變形、開裂。

        2 隧道處理方案

        對裂縫段落內(nèi)板式無砟軌道、電纜溝槽進行填充拆除,對仰拱及拱墻進行鋼花管注漿、植筋、加設鋼筋混凝土填充。具體設計如下:

        2.1 整治步驟

        布置監(jiān)控量測點位—鋸軌、運軌—CRTSIII 型板式無砟軌道揭板、運板—電纜溝槽鑿除—底座板鑿除—填充混凝土鑿除—雙側(cè)鋼花管鉆孔注漿—仰拱裂縫注射環(huán)氧樹脂—填充層植筋—填充層鋼筋綁扎—填充層混凝土澆筑—底座板施工—電纜溝槽施工—自密實混凝土施工—運軌、焊軌。

        2.2 布設監(jiān)控量測點位

        在隧道DK136+010 兩側(cè)邊墻上30cm 處分別設置一個監(jiān)測點,在DK136+002 布設三個點(隧道中設置一個,距隧道中左、右各2m 處分別設置一個);動力學開口兩端各設置一個觀測點;DK136+025 位置布設三個點(隧道中設置一個,距隧道中左、右各2m 處分別設置一個)。

        正常監(jiān)測頻率為1 次/2 天,DK136+001—DK136+025 軌道板揭板前和揭板完成后各加測一次;DK136+001—DK136+025 底座板鑿除前及鑿除完成后各加測一次;仰拱填充表面處理前及處置完成后各加測一次。監(jiān)測數(shù)據(jù)無突變時,監(jiān)測頻率為1 次/2 天;監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯變化或出現(xiàn)突變時,按照現(xiàn)場情況分時段監(jiān)測,直至穩(wěn)定為止。

        2.3 鋸軌

        鋸軌隊伍由鋪軌單位協(xié)調(diào)提供,應為專業(yè)的施工隊伍。

        2.4 揭板、運板

        由于現(xiàn)場鋼軌已經(jīng)鋪設、接觸網(wǎng)架線已經(jīng)完成施工,致使揭運板施工條件受限,車輛無法通行,大型吊裝設備無法使用。因此,結(jié)合現(xiàn)場情況,采用工字鋼制作吊板臺架并在臺架底部設置鋼軌輪,在軌道板兩側(cè)設置臨時鋼軌,形成簡易的軌道板運輸系統(tǒng)。

        吊板臺架上配置四個10t 手拉葫蘆,對稱分部在臺架上方四角處,用于揭軌道板。在揭板時,在軌道板四角各配置1 人拽動拉鏈,并保證四條拉鏈方向準確,力度、速度均勻、一致。

        2.5 電纜溝槽混凝土鑿除

        在混凝土鑿除前,用棉被覆蓋破除范圍外相鄰的軌道板及電纜槽,防止混凝土鑿除過程中混凝土塊飛濺砸傷軌道板;在距離電纜槽上方80~100cm 處植入膨脹螺栓,間距1m,長度范圍為電纜槽鑿除范圍前后各5m,用棉被將電纜溝槽內(nèi)的電纜線進行全面包裹,再用膨脹螺栓固定在拱墻上,使電纜完全脫離電纜溝槽,并保持80~100cm 的距離?,F(xiàn)場施工范圍前、后5m 進行封閉防護,非施工作業(yè)人員不得往來穿行。

        電纜溝槽采用破碎錘進行破碎。鑿除前,先用風鎬將伸縮縫兩端位置鑿開50cm,切斷預留鋼筋,保證后續(xù)新、舊電纜槽的鋼筋搭接長度。

        2.6 底座板混凝土鑿除

        底座板混凝土采用機械鑿除,并按整單元進行鑿除。前、后相鄰單元底座相接位置的50cm 處,由人工使用風鎬進行鑿除。

        2.7 填充混凝土鑿除

        將仰拱填充全部鑿除,鑿除方式為機械鑿除。鑿除深度為距離仰拱頂面5~10cm,避免破碎深度過大,傷及仰拱。

        仰拱頂面5~10cm 處,采用風鎬進行破碎并進行人工修整。

        2.8 鋼花管鉆孔注漿

        鋼花管鉆孔注漿的施工步驟為:鉆孔—清孔—加工、安裝鋼花管—再次清孔—注漿管路檢查—注漿。

        填充層鑿除完成后,立即進行鋼花管鉆孔工作,鉆孔采用潛孔鉆,鉆孔為φ121 圓孔,鉆孔位置應避開鋼筋。共設置三類鋼花管注漿孔,邊墻側(cè)孔共3 排、斜孔2 排、垂直孔1 排,每排孔縱向間距1.5m,最外側(cè)孔深6m。在仰拱中部設置4 排鉆孔,每排孔間距3m,孔深12m:

        1孔深6m,傾角60,每間距1.5m 設置1 根,布置于結(jié)構(gòu)外側(cè);

        2孔深12m,傾角75,每間距1.5m 設置1 根,布置于結(jié)構(gòu)外側(cè),與1孔間隔布置;

        3孔深12m,傾角90,每間距3m 設置1 根,布置于結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)。

        孔內(nèi)設φ108 鋼花管,鋼花管內(nèi)設置3 排φ25 鋼筋束,通長布設。

        鉆進達到設計深度后,穩(wěn)鉆1~2min,防止孔底尖滅、達不到設計孔徑。鉆孔孔壁必須清理干凈,不得有沉渣及水體黏滯。鉆孔完成后,使用高壓空氣(風壓0.2~0.4MPa)將孔內(nèi)的土粉全部清除出孔外,以免降低水泥砂漿與孔壁的黏結(jié)強度,但不得采用高壓水沖洗。

        鋼花管采用φ108mm×6mm 熱軋無縫鋼管,注漿孔為φ10 圓形孔,孔間距11cm,兩側(cè)邊墻鋼花管間1m 范圍內(nèi)不設注漿孔,中間鋼花管間2m 范圍內(nèi)不設注漿孔。由于隧道內(nèi)接觸網(wǎng)架線已安裝,為避免穿管時空間受限,可采用4m/節(jié)的鋼管。

        清孔完成后,根據(jù)孔深對照安裝對應尺寸的鋼花管,鋼花管的安裝位置為底部距離孔底10cm 處。

        對完成鋼花管安裝的孔位再次進行清孔并對注漿管路進行檢查,清孔要求同成孔時的清孔要求。

        檢查無誤后及時制漿、注漿。采用水泥漿,水灰比1∶1,初壓0.5MPa,終壓1~1.2MPa。

        2.9 仰拱裂縫注環(huán)氧樹脂

        2.9.1 工藝流程

        打磨—沖洗—貼嘴—封縫—壓風檢查—灌漿—清理注漿嘴。

        2.9.2 施工方法

        (1)打磨

        采用砂輪機沿裂縫的兩邊各打磨3cm 的寬度,除去混凝土表面的水泥漿皮、碳酸鈣沉淀物,以免影響注漿嘴的黏結(jié)及封縫效果。

        (2)沖洗

        打磨后,用沖毛機沿裂縫開口向兩側(cè)沖洗,以保證縫口敞開、無雜物,裂縫兩邊無粉塵和其他有損封蓋黏結(jié)的物質(zhì)。

        (3)安裝注漿嘴及封縫

        按間距30cm 布嘴。貼嘴施工前,在裂縫處涂兩道快干型封縫膠,封縫膠固化后再拆除膠帶,安設注漿嘴。封縫完成后,按照灌漿的順序給每個孔編號。

        (4)壓風檢查

        封縫完成并養(yǎng)護2h 后即可進行壓風檢查各孔的貫通情況,壓風壓力小于0.3MPa。檢查前,先將各注漿嘴接上塑料軟管,檢查1孔時,將2孔軟管的另一端插入水中,其他孔封閉。

        當對1孔壓風,插入2孔軟管的水中出現(xiàn)氣泡時,表示1孔是貫通的。按此方法檢查每一個孔的貫通情況。

        (5)注漿

        注漿的順序及原則:從一邊至另一邊,同步多點,逐步推進,以漿趕水,保持足夠的壓力和足夠的進漿時間,穩(wěn)壓閉漿時間充分(裂縫越深,該時間越長);灌漿壓力為0.5~0.8MPa。

        開始注漿時,先將1孔接上灌漿管,打開2孔,其他孔封閉。當漿液從1孔灌入時,觀察從開啟的2孔流出的液體,同時測出進漿時的孔口壓力,調(diào)整空壓機的輸出壓力,直到孔口壓力達到要求。

        (6)清除注漿嘴

        灌漿結(jié)束48h 時后,鏟除注漿嘴,將不平整的部位及孔洞用環(huán)氧膠泥封堵平整。

        2.10 仰拱植筋

        仰拱填充鑿除完成后,開始進行仰拱植筋鉆孔,植筋采用風鎬鉆孔,鉆孔孔徑為φ32。利用空壓機進行風力清孔。仰拱結(jié)構(gòu)位置采用φ25 鋼筋,植筋深度為0.35m,頂端與鋼筋網(wǎng)片相接;邊墻位置采用φ28鋼筋,植筋深度為0.35m,頂端與鋼筋網(wǎng)片相接。植筋間距為500mm×500mm。植筋前進行試驗孔施工,并對植入鋼筋進行拉拔試驗,滿足設計及規(guī)范要求后方可進行鉆孔植筋工作。

        鉆孔完成之后,應及時清孔,將風力壓強控制在0.2~0.4MPa,清孔完成后,再次進行檢查,確認各項指標均合格后進行植筋,植筋采用A 級植筋膠,植筋用膠量應滿足設計規(guī)范要求。植筋完成后,與鋼花管相鄰的鋼筋用φ20 鋼筋進行連接。

        2.11 仰拱填充處綁扎鋼筋

        仰拱填充的鋼筋在綁扎前,先在仰拱頂面布設環(huán)縱向排水盲管(打孔外包土工布),環(huán)向管徑50mm,每間隔4m 一環(huán),兩端設置于側(cè)溝內(nèi),中部與縱向盲管連接,縱向盲管管徑100mm,與中心水溝聯(lián)通。

        對仰拱填充面進行綁扎鋼筋處理,采用3 排φ28鋼筋網(wǎng)片,均布置于上表面,最上排鋼筋間距100mm,其他2 排鋼筋間距200mm;縱向鋼筋采用φ16 鋼筋網(wǎng)片,均布置于上表面,最上排鋼筋間距100mm,其他2排鋼筋間距200mm,鋼筋網(wǎng)片上保護層為5cm。鋼筋連接方式為搭接焊。單面焊搭接尺寸不小于10d,要求焊縫飽滿,焊縫寬度滿足規(guī)范要求。

        鋼筋安裝前,應對仰拱頂面進行清掃并用清水清洗,清洗后,仰拱面應清潔無雜物、無積水?;炷翂|塊設置不得少于4 個/m,且確保綁扎牢固,無脫落。

        對電纜溝槽豎向鋼筋進行預埋,鋼筋型號為HRB400φ16 鋼筋,間距20cm。

        在無砟軌道底座板位置預埋HRB400φ28 鋼筋,鋼筋長度40cm,埋入20cm,外漏20cm。根據(jù)現(xiàn)場情況,考慮超高段結(jié)構(gòu)尺寸,保證底座板內(nèi)軌側(cè)不得露筋。

        2.12 仰拱填充混凝土澆筑

        混凝土采用C35 混凝土一次澆筑成型;混凝土分層振搗,每層30cm 為宜,不得超過50cm,振搗時采取快插慢拔的方式進行。

        混凝土拌和:混凝土采用自動計量攪拌站集中攪拌的方式?;炷猎牧蠂栏癜凑帐┕づ浜媳纫筮M行準確稱量。攪拌混凝土前,應嚴格測定粗、細骨料的含水率。攪拌時,先向攪拌機投入細骨料、水泥、礦物摻和料和專用復合外加劑,攪拌均勻后,再加入適量的水,待砂漿充分攪拌后再投入粗骨料,并繼續(xù)攪拌至均勻為止。上述每一階段的攪拌時間應不少于30s,總攪拌時間不少于2min,不超過3min。

        采用6m混凝土運輸罐車運送混凝土。在運輸過程中應避免出現(xiàn)離析、漏漿,并在澆筑時具有良好的和易性,確保坍落度損失減至最小或損失不至于影響混凝土的澆筑與搗實。當有漏漿或離析發(fā)生時,在進入輸送泵前應啟動罐車重新拌和,確保入?;炷恋馁|(zhì)量。

        混凝土的澆筑采用混凝土輸送泵(地泵)?;炷潦┕ね瓿珊?,待混凝土初凝后,及時用土工布對其進行覆蓋和灑水養(yǎng)護。

        2.13 電纜溝槽施工

        仰拱填充混凝土強度達到75%后,方可進行電纜溝槽施工,電纜溝槽采用φ10 橫向鋼筋,豎向間距為20cm,共四層。鋼筋綁扎應牢固,墊塊數(shù)量不得少于4 個/m。

        進行電纜溝槽模板安裝時,模板采用竹膠板裁剪,內(nèi)設模板拉桿,保證模板的穩(wěn)定性。

        設計采用標號為C30 的混凝土一次澆筑成型,混凝土振搗應分層振搗,每層30cm,振搗時采取快插慢拔的方式進行,不得過振,振搗過程中應關注模板狀態(tài),嚴禁發(fā)生脹模、爆模。

        2.14 CRTSIII 型無砟軌道施工

        無砟軌道施工參考原設計圖紙,本文不再贅述。當帶底座板強度達到100%后,利用軌道板吊裝臺架對軌道板進行運輸。

        3 結(jié)語

        在鐵路隧道仰拱裂縫、隧道施工局限性、鐵路通車壓力、運營安全等因素制約的情況下,本文提出了切實可行的施工方案,并在現(xiàn)場有效實施落地。在搶工期、保通車、戰(zhàn)高溫、抗酷暑的前提下,按照搶險施工性質(zhì)進行施工,歷時38 天,圓滿完成克缺任務。可為同類型隧道整治問題提供參考。

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