淺談環(huán)氧灌漿在地鐵隧道整體道床加固中的應(yīng)用

潘偉榮

摘 要：上海的地下土層土質(zhì)疏松、含水量豐富等客觀條件所引起地鐵隧道的不均勻沉降，導(dǎo)致線路一些大曲率區(qū)段整體道床及排水溝與隧道管片之間存在間隙及結(jié)構(gòu)開裂。這些病害將會(huì)不斷降低隧道的質(zhì)量狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及地鐵日常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患。如不及時(shí)采取措施進(jìn)行全面有效的整治，后果將會(huì)不堪設(shè)想。本文通過對(duì)環(huán)氧樹脂性能與特點(diǎn)的介紹，提出了一套環(huán)氧灌漿的施工工藝，分析了環(huán)氧作為補(bǔ)強(qiáng)、堵漏材料在地鐵道床加固中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：道床開裂 環(huán)氧注漿 道床加固 施工工藝

中圖分類號(hào)：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（b）-0033-03

上海的地下土層土質(zhì)疏松，含水量豐富，由于這一客觀條件所引起地鐵隧道的不均勻沉降，導(dǎo)致線路一些大曲率區(qū)段整體道床及排水溝與隧道管片之間存在間隙及結(jié)構(gòu)開裂，如不及時(shí)整治，嚴(yán)重的可能會(huì)給地鐵的安全運(yùn)營(yíng)造成不堪設(shè)想的后果。本文通過對(duì)環(huán)氧樹脂性能與特點(diǎn)的介紹，結(jié)合上海地鐵維護(hù)保障有限公司在地鐵一號(hào)線18處大曲率沉降區(qū)段的環(huán)氧注漿整治，提出了一套環(huán)氧灌漿的施工工藝，分析了環(huán)氧作為補(bǔ)強(qiáng)、堵漏材料在地鐵隧道道床加固中的實(shí)際應(yīng)用。

1 病害介紹

1.1 病害地點(diǎn)

一號(hào)線18處大曲率區(qū)段：上行線與下行線。

1.2 病害癥狀

隧道產(chǎn)生的不均勻沉降使整體道床與枕木、管片結(jié)合處開裂，如圖1、圖2所示。

1.3 病害的影響

整體道床及排水溝與隧道管片之間存在間隙及結(jié)構(gòu)開裂，這些病害將會(huì)不斷降低隧道的質(zhì)量狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及地鐵日常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患，如不及時(shí)采取措施進(jìn)行全面有效的整治，后果將不堪設(shè)想。

2 施工工藝

該公司對(duì)此病害十分重視，組織了一支專項(xiàng)整治小組對(duì)病害進(jìn)行整治。

2.1 材料的選擇

環(huán)氧樹脂是一種使用范圍較廣的化工材料，它具有很高的粘結(jié)力和強(qiáng)度。在混凝土構(gòu)筑物堵漏時(shí)，正是利用這一粘結(jié)力，將滲漏水縫隙的兩側(cè)部分粘結(jié)在一起，形成一個(gè)密實(shí)的整體，來(lái)阻止?jié)B漏。同時(shí)，它達(dá)到強(qiáng)度后的固化物也可以視其為結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的良好材料。

環(huán)氧樹脂與固化劑的反應(yīng)是加成反應(yīng)，在固化過程中，沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生，也就不會(huì)出現(xiàn)氣泡。所以，在熱固性樹脂中，環(huán)氧樹脂的收縮性最小（純環(huán)氧樹脂固化物的收縮率小于2%），這也是將其作為堵漏材料和補(bǔ)強(qiáng)材料的重要原因之一。

為了更好地提高對(duì)病害區(qū)段的整治效果，該公司選擇的是由比利時(shí)某公司生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂漿液（以下簡(jiǎn)稱DP40）；DP40與國(guó)內(nèi)常用的幾種漿液相比具有：在潮濕和濕潤(rùn)環(huán)境中固化、低粘度（能在裂縫中深入滲透）、很好的粘合力（與混凝土緊密的粘合）、很高的抗壓強(qiáng)度（固化后能承受列車自重和運(yùn)行震動(dòng)帶來(lái)的荷載）、固化后的DP40耐酸、堿、油等化學(xué)物等。

2.2 注漿工藝

2.2.1 工藝步驟

主要通過對(duì)整體道床開裂部位鉆孔，并灌注DP40環(huán)氧樹脂來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。

工藝流程圖如圖3所示。

（1）孔位分布設(shè)計(jì)。

我們采取相鄰四根軌枕的范圍作為環(huán)氧注漿的最小單元，鋼軌外側(cè)排水溝內(nèi)每個(gè)孔位正對(duì)管片環(huán)縫并緊貼整體道床按一字型布局，鋼軌內(nèi)側(cè)道心孔位按梅花型布局。

單元孔位平面布置如圖4所示。

（2）孔位斷面設(shè)計(jì)。

首先，要根據(jù)隧道與整體道床的剖面對(duì)孔位斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。其次，計(jì)算確定鉆孔深度，并在施工過程中嚴(yán)格控制。最后，鉆孔工序結(jié)束后，進(jìn)行徹底清孔，確保漿液的暢通。從而填補(bǔ)整體道床、排水溝與管片之間的結(jié)構(gòu)間隙，如圖5所示。

（3）表面密封。

表面密封體系用于裂縫實(shí)施環(huán)氧樹脂注漿的一面。若系貫穿性裂縫，還必須在另一面使用表明密封體系。封堵孔位以及V字槽時(shí)不得留有任何間隙。要注意的是，表面密封體系需要一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，必須達(dá)到足夠的強(qiáng)度方可注漿。

（4）化學(xué)注漿。

待鉆孔埋管完畢后即可進(jìn)行化學(xué)注漿。注漿共分兩次進(jìn)行，第一次注漿壓力控制在0.4～0.6MPa并保持5min以上。第二次注漿壓力控制在0.8MPa，并保持5min以上。進(jìn)行兩次注漿是為了使?jié){液能夠更密實(shí)地填充到道床與管片的縫隙中。

第一次注漿后，漿液會(huì)將大的縫隙填充，但是在一些細(xì)小的裂縫中漿液還不會(huì)立刻進(jìn)入，這時(shí)需要第二次增大壓力注漿，且進(jìn)漿速度不宜過快；如此，環(huán)氧漿液才會(huì)在壓力的作用下慢慢滲透至細(xì)小裂縫內(nèi)，達(dá)到完全填充的效果。

自該公司成立整體道床結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)隊(duì)伍以來(lái)，便一直采用該工藝及材料進(jìn)行施工，并且取得了良好的效果。

2.2.2 注意要點(diǎn)

對(duì)于生產(chǎn)來(lái)說，安全與技術(shù)是不可分割的，有了安全的保證，才能使生產(chǎn)任務(wù)得以正常實(shí)施。因此，無(wú)論是技術(shù)還是安全我們都應(yīng)特別注意，考慮周全。

（1）灌漿施工前應(yīng)嚴(yán)格檢查機(jī)具、管路及接頭處的牢靠程度，以防壓力爆破傷人。

（2）有機(jī)化工材料均具有一定的腐蝕性。操作人員在配制漿液和灌漿時(shí)應(yīng)戴眼鏡、手套等勞防用品，以防漿液誤入眼睛或?yàn)R到皮膚上。

（3）在通風(fēng)不良的地方進(jìn)行灌漿施工時(shí)，應(yīng)有通風(fēng)設(shè)備或排氣設(shè)備。

（4）灌漿材料，如環(huán)氧樹脂等具有可燃性，故施工現(xiàn)場(chǎng)要遠(yuǎn)離火源和禁止吸煙，并設(shè)置消防器材，注意防火。

2.2.3 技術(shù)要點(diǎn)

（1）選用的輸漿管（金屬管或膠管）必須有足夠的強(qiáng)度，漿液在管內(nèi)要流動(dòng)通暢，管件裝配及拆卸方便。

（2）灌漿系統(tǒng)的工作能力必須達(dá)到所需的灌漿壓力和流量。第一次注漿的壓力要求在0.4～0.6MPa保持5min，第二次注漿的壓力要求不超過0.8MPa同樣保持5min。endprint

（3）灌漿施工力求一次灌好，對(duì)于吃漿量大的部位，要采用可連續(xù)灌漿設(shè)備。

（4）灌漿過程中要始終注意觀察灌漿壓力和輸漿量的變化。當(dāng)泵壓驟增，灌漿量減少，多為管路堵塞或被灌物內(nèi)不暢，當(dāng)泵壓升不上去，進(jìn)漿量較大時(shí)，要綜合考慮被灌結(jié)構(gòu)的厚度，分析其走向，調(diào)整漿液粘度和凝固時(shí)間，或摻入惰性材料。

（5）灌漿施工中出現(xiàn)跑漿、冒漿現(xiàn)象多屬于封閉不嚴(yán)所致，當(dāng)遇有此種情況應(yīng)停止灌漿，重做封閉工作。

（6）灌漿過程中往往由于局部通路被暫時(shí)堵塞而引起的假壓，隨著由于在高壓下充物被沖開，壓力復(fù)而下降，這是灌漿中的正常現(xiàn)象。

2.3 注漿設(shè)備

注入設(shè)備應(yīng)注意選用的型號(hào)、注入壓力、雙液注漿的比例控制、自動(dòng)終止等。該公司常用的型號(hào)有：IP IC-100-H 手動(dòng)泵和IP IC-210-E電動(dòng)泵兩種。

（1）IP IC-100-H手動(dòng)泵是一種專為單組份聚氨酯樹脂或低、中粘度的環(huán)氧樹脂設(shè)計(jì)的。

（2）IP IC-210-E是一種帶有中等功率的電動(dòng)無(wú)氣隔膜泵，它適用于單組份聚氨酯樹脂。

3 施工效果

環(huán)氧樹脂本身是線型的熱塑性樹脂，必須與固化劑反應(yīng)后，才能由線型結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨大分子，成為再不能被熱溶化和被有機(jī)溶劑溶解的硬化物。本工程中，利用這一特點(diǎn)將未固化的液體狀環(huán)氧通過空隙內(nèi)的流動(dòng)，延伸至各個(gè)角落，待環(huán)氧固化形成固體硬物后填充空隙，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固的效果。

若固化劑使用量過多，會(huì)終止固化反應(yīng)時(shí)分子鏈的增長(zhǎng)，導(dǎo)致固化體系分子量降低，固化物性能變脆。反之，如固化劑用量不足，則不能保證完全固化。因此，施工中為了避免以上情況的產(chǎn)生，采用了標(biāo)準(zhǔn)的配比，即19.17kg環(huán)氧主劑加5.83kg的固化劑；事實(shí)證明，效果還是比較理想的。該區(qū)段的病害，經(jīng)過環(huán)氧注漿處理后已得到明顯改善，如圖6所示。

4 結(jié)語(yǔ)

化學(xué)注漿這一施工工藝和選擇環(huán)氧作為注漿材料是解決道床開裂的有效手段。該公司成立專門的注漿隊(duì)伍，通過這些年的現(xiàn)場(chǎng)施工和理論學(xué)習(xí)，已經(jīng)能應(yīng)對(duì)地鐵隧道里各種結(jié)構(gòu)開裂引起的病害，已完成一號(hào)線18處大曲率沉降段，二號(hào)線14處大曲率沉降段的道床加固任務(wù)和四號(hào)線全線道床綜合整治工程，都取得了理想效果。

事實(shí)證明，環(huán)氧注漿這一施工工藝作為隧道結(jié)構(gòu)維修中一項(xiàng)新的嘗試，以其方便、安全、高效及經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于隧道維修中。該公司作為上海地鐵安全運(yùn)營(yíng)的重要保障單位，緊跟現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)已將環(huán)氧注漿運(yùn)用于各地鐵車站及隧道的維修中，并且取得了良好的效果。本文就是根據(jù)相關(guān)專業(yè)書籍和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工對(duì)環(huán)氧注漿這一施工工藝做出的基本總結(jié)；由于筆者能力有限，如有不足之處敬請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)、專家指正。

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