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時施工技術不合適、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，襯砌局部會產生裂縫。鐵路隧道襯砌裂縫病害的治理存在著治理環境復雜、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行分析。在本文中，將就高速鐵路隧道襯砌裂縫整治措施進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常出現的一類問題，當隧道襯砌發生裂縫時，襯砌截面承載面積會減小，對整個隧道的結構承載能力產生影響。同裂縫問題的出現，也常常伴隨著襯砌變形以及滲漏水問題，在引發多種病害的同時，對整個襯砌結構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

鐵路隧道襯砌產生裂縫病害的主要原因就是鐵路襯砌結構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。當鐵路隧道的襯砌初步產生裂縫時，隨著襯砌裂縫分布情況的變化，會導致鐵路隧道的襯砌發生變形，進而加劇鐵路隧道襯砌發生裂縫病害。通常鐵路隧道覆土較深的襯砌位置上出現的裂縫數量、深度均比覆土較淺的襯砌位置的裂縫數量、深度要高，所以鐵路隧道的拱腰部位是最頻發襯砌裂縫的位置。

(一)因鐵路隧道襯砌存在空洞而產生的裂縫及分布

當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生一種凸向圍巖一側的自由變形，隧道裂縫由此產生。而且這種空洞的大小會影響裂縫的數量和深度?？斩丛酱螅r砌結構發生形變的區域和程度就越大，所產生的裂縫數量就越多、深度也更深。另外，值得一提的是，根據空洞所處的位置的不同，導致隧道襯砌產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構位置發生，還會在隧道左右兩側墻角發生。在隧道右側襯砌拱腰位置的空洞，在隧道右側襯砌拱腰、隧道左側墻角、過渡位置和隧道右側仰拱等位置也會有裂縫。

(二)地下水產生的作用力

地下水產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，滲透性較高的地區中很有可能會因為排水不通暢而使水壓力持續作用在圍巖上使其長時間處于極限平衡狀態，而引起襯砌的開裂，一般出現水平狀裂縫以及環向裂縫。特別是在寒冷地區襯砌后背的地下水結冰進而圍巖凍結而產生的凍脹力，這種凍脹力的作用依然是持續的，其變形也是逐步積累，凍脹力使得拱下部至邊墻的范圍內產生主動土壓力引起拱頂附近局部范圍內產生壓潰現象。

(三)施工工藝與質量方面

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

二、施工過程控制混凝土裂縫產生的措施

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，加上隧道施工環境的復雜性，襯砌混凝土搗固和養護是造成襯砌裂紋的主要原因，如何完善混凝土振搗及養護工藝，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。襯砌臺車內側布置附著式振動器，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混凝土質量對工藝進行調整。

2.混凝土養護：隧道襯砌混凝土由于特殊的環境，無法進行覆蓋養護，灑水養護是主要手段。二襯混凝土的養護宜采用噴霧養護，不宜采用噴淋養護，養護從上而下分段進行，防止漏噴。養護的最低期限根據洞內平均環境溫度和濕度，最低養護時間為14d。養護時間間隔控制在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為加強襯砌自身強度和提高圍巖穩定性兩種。使用其中一種便能在一定程度上控制結構變形、抑制裂縫產生，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、直接涂抹工藝的中一種或數種相結合的措施。

(一)不穩定高速鐵路隧道結構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，中空錨桿以及化學注漿液等。工藝方面：第一，要進行錨桿安裝，將中空錨桿鉆入到設計深度，按照設計間距以梅花形布置(一般1.2m左右)。同時在錨桿外側設置用于觀察以及排氣的軟管，安裝螺母、止漿塞以及墊板的第二，初次注漿，將提前配置的水泥砂漿進行壓注，一般來說，該環節壓力控制在 0.6-0.7MPa，如果在注漿過程中發現進漿較少或者不再進漿，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域進行過找平，對存在裂縫進行封閉并對錨桿墊板實現覆蓋。在該項工作完成后，則正式進行養護。

(二)一般或輕微裂縫部位

第一步是向裂紋位置襯砌背后進行控制壓力注漿；第二步是在裂縫延伸范圍內鑿出楔形槽，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清洗干凈；最后用由環氧樹脂、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的環氧基液進行槽壁涂刷，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氧樹脂砂漿。工藝方面：第一，要沿裂縫走向進行鑿槽，并從裂縫位置向兩端延伸 10cm 的距離，保證槽寬為 5cm；第二，清除槽內浮塵；第三，順著裂縫設置注漿鋼管，間距控制為0.6-0.7m，并通過環氧樹脂砂漿進行溝槽的嵌填以及注漿管固定；第四，當砂漿完全凝固后，對環氧樹脂漿液材料進行壓注，壓力控制在 0.4MPa 左右；第五，割管。當完成注漿工作后，對注漿管外露部分進行割除，并做好填色料以及掛抹料的涂刷。

(四)對于嚴重裂縫病害的整治措施

(1)在襯砌背后(裂紋處)進行控制壓力注漿，確保襯砌混凝土與巖層的粘結性，改善襯砌混凝土受力情況來控制裂縫擴張。注漿參數如下：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壁清除干凈。(3)施作砂漿錨桿。砂漿錨桿參數如下：錨桿間1.0m×1.0m，梅花形布置、直徑Φ22mm，桿長3.0m；(4)布設鋼管鋼架。鋼管鋼架采用直徑為580mm為鋼管，管內灌200#水泥砂漿，以達到增強鋼管架的剛度的目的。鋼架之間用ф22mm的鋼筋進行連結(注：間距為1.0m)；(5)布設鋼筋網，鋼筋網網格間距為25cm×25cm左右，并與錨桿、鋼架連接成整體，網格環向筋為Φ20mm，縱向筋為Φ8mm；(6)混凝土作業，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#細石膨脹混凝土可增強襯砌表面美觀。

結束語

鐵路隧道襯砌裂縫病害現象經常發生，在發現裂縫時，根據產生的裂縫的嚴重程度，并結合裂縫分布情況，要及時選取合理的整治措施和技術對其進行整治。同時對于裂縫的預防工作也不能馬虎，在施工過程中必須按照既定的設計規范和設計強度來進行施工，加強施工過程中的監督、檢查力度，以便最終保障工程質量的達標。

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表1 精處理再生過程廢水主要離子含量分析

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由計算結果可見：將進堿(酸)+置換階段的排水進行混合，廢水平均含鹽量約21567mg/L，含鹽量偏高；將進堿(酸)+置換+正洗階段排水進行混合，混合后廢水的平均含鹽為3799mg/L，為進堿(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

根據精處理再生廢水水質分析，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%，這部分廢水通過調節pH值后，可直接回用。

另一部分為高含鹽量廢水，主要為進酸/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，嚴重限制了回用途徑。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，均為電力生產過程中的有用物質，具有資源化回收利用的潛力。

從實際情況出發，選用合理的技術回收精處理再生廢水，既能實現水的回收，又能回收水中含有的有用物質，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，又獲得了良好的環境效益、經濟效益和社會效益。

總之，火電廠離子交換再生廢水回收資源化利用工藝的應用可以實現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，具有良好的經濟和社會效益，因此進一步加強對其的研究非常有必要。

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