高應(yīng)力地區(qū)成型管片破壞后的修補(bǔ)技術(shù)

陳 維， 陳 鑫

(中國水利水電第十工程局有限公司 ，四川 都江堰 611830)

1 概 述

西藏某公路隧道全長4.799 km，施工主要采用雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)，開挖洞徑為9.13 m，開挖后襯砌采用“6+1”型四邊形預(yù)制混凝土管片，管片厚35 cm，襯砌后隧洞直徑為8.1 m，硬巖掘進(jìn)機(jī)最大日進(jìn)尺為26.9 m，平均月進(jìn)尺為480 m，最大月進(jìn)尺為560 m，隧道最大埋深820 m，隧道圍巖巖性以混合片麻巖為主，巖石較新鮮、強(qiáng)度高，巖體相對較完整，地下水水壓力和涌水量較大，地應(yīng)力高，圍巖級別以Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類為主，受高地應(yīng)力影響圍巖擠壓現(xiàn)象更為普遍，管片發(fā)生了不同程度的變形或破壞，對工程質(zhì)量和使用性能造成了影響，因此，對其進(jìn)行修復(fù)與加固施工十分必要。

2 管片破損原因分析

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際的地質(zhì)、施工情況進(jìn)行分析后得知管片破損的原因有以下幾點(diǎn)：(1)雙護(hù)盾TBM管片結(jié)構(gòu)破損區(qū)域主要發(fā)生在管片結(jié)構(gòu)推出護(hù)盾后階段，管片結(jié)構(gòu)徑向錯臺是引起管片結(jié)構(gòu)破損的主要原因。(2)管片破損形式有管片裂縫、管片錯臺、管片滲水、管片連接螺栓失效四種形式，其中管片開裂、錯臺為主要的破損類型。(3)地質(zhì)條件改變，圍巖為碎粉巖，呈碎塊狀加粉末，巖石強(qiáng)度低，拱部圍巖垮塌、圍巖收斂變形導(dǎo)致管片產(chǎn)生破損。

3 修復(fù)方案的確定

高分子改性快凝堵水材料、彈性環(huán)氧砂漿、高分子改性預(yù)收縮砂漿、自潔清水混凝土涂料等高科技材料與普通材料工藝性能相比，新型材料在遇水以及對管片的外觀質(zhì)量都起到了很好的作用，能夠使管片混凝土較好地結(jié)合，修復(fù)后原破損部位具有較好的塑性和柔性，能適應(yīng)隧道的沉陷變形，對再次產(chǎn)生的裂縫有一定的自愈能力；而普通材料在滲滴水、管片破損的情況下很難達(dá)到封堵嚴(yán)密穩(wěn)定的狀態(tài)，對管片裂縫也無治愈能力，外觀質(zhì)量亦不滿足要求。采用高新材料對隧道破損段進(jìn)行修補(bǔ)后，破損段的密實(shí)度和抗?jié)B性均優(yōu)于普通砂漿[1]。

此外，高應(yīng)力區(qū)破損成型管片修補(bǔ)技術(shù)在對隧道襯砌管片進(jìn)行修補(bǔ)加固的同時，在隧道襯砌管片內(nèi)側(cè)設(shè)置了鋼框架支撐以抵消內(nèi)應(yīng)力的影響，能夠保證隧道的長期穩(wěn)定運(yùn)行，該結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

高應(yīng)力地區(qū)成型管片破壞后的修補(bǔ)技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)：(1)對有滲滴水的管片、灌漿孔、螺栓孔，采用聚合物改性快速堵水材料對路緣石以上管片縱向接縫和拱部180°范圍環(huán)向縫進(jìn)行勾縫封閉或堵孔處理；(2)對管片下沉洞段采用內(nèi)側(cè)“I16工字鋼架+錨桿”進(jìn)行加固；(3)對管片下沉洞段管片破損及裂縫部位采用彈性環(huán)氧砂漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固；(4)采用聚合物改性預(yù)縮砂漿進(jìn)行管片內(nèi)側(cè)表面的處理，并涂刷自清潔清水混凝土涂料進(jìn)行管片內(nèi)側(cè)的表面防護(hù)[2]。

4 施工方案

4.1 工藝流程

成型管片損壞修補(bǔ)技術(shù)措施的施工工藝：測量放線→制作鋼拱架→安裝鋼拱架→自進(jìn)注漿錨桿測孔位→焊接連接鋼拱架→清理基面→涂環(huán)氧界面劑→填充彈性環(huán)氧砂漿→段內(nèi)表面涂聚合物改性預(yù)收縮砂漿→自潔清水混凝土涂料養(yǎng)護(hù)→聚合物改性快速堵水材料。

4.2 測量放線

因地質(zhì)條件差，管片下沉開裂導(dǎo)致管片內(nèi)徑與原設(shè)計(jì)內(nèi)徑相差較大。為保證鋼拱架的制作和安裝精度，在鋼拱架加工前，安排測量人員對鋼拱架加工擬搭設(shè)的各環(huán)節(jié)內(nèi)徑進(jìn)行測量。

4.3 安裝鋼拱架

(1)為保證管片與鋼拱架的配合，針對鋼拱架兩側(cè)翼板與管片表面的結(jié)合處應(yīng)采用10 cm寬的環(huán)氧砂漿進(jìn)行打磨和清理，使鋼拱架的力學(xué)性能更好。為保證環(huán)氧砂漿能更好地與管片和鋼架翼板粘結(jié)，應(yīng)清除管片表面的浮土、滲水垢和固化的浮漿。清理管片表面時，用人工角磨機(jī)將管片打磨干凈、清理后用清水沖洗，以保證管片表面的清潔度。管片內(nèi)側(cè)鋼拱架加固情況見圖1。

(2)鋼拱架底部C單元和兩側(cè)B單元的安裝應(yīng)根據(jù)管片環(huán)數(shù)選擇兩側(cè)相應(yīng)的、已完工鋼拱架C單元和B單元進(jìn)行。鋼拱架安裝完畢，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用YT-28型風(fēng)鉆在兩側(cè)鉆B單元鎖緊螺栓(φ32，自進(jìn)式中空錨桿)。帶鎖腳錨桿施工完畢，人工回填開挖溝槽，用開挖料分層夯實(shí)[3]。

(3)鋼拱架A單元的安裝以鋼拱架安裝段的環(huán)號為基礎(chǔ)，選擇環(huán)號對應(yīng)的A單元進(jìn)行安裝。將完成的A單元由1 t手動葫蘆吊至安裝位置，A單元固定連接，手動安裝。對于鋼架與管片間隙較大的部位，采用事先預(yù)制的C25混凝土墊塊楔入，使壓力更好地傳遞到鋼架上。鋼拱架A單元施工完畢，采用YT-28型風(fēng)鉆鉆孔，安裝φ32，L=3.5 m自走式空心注漿錨桿，每根鋼拱架12個，鎖腳錨桿施工完畢，將鎖腳錨桿與鋼拱架焊接連接，形成一個完整的體系[4]。鋼拱架布置情況見圖2。

4.4 基面清理

檢查管片混凝土基層表面是否損壞并認(rèn)真清理表面浮漿、油漆等粘結(jié)附著物。用鋼絲刷或高壓水槍清理螺栓孔、灌漿孔、管片接頭等需要堵塞的部位，清理后的基面不得留有松動材料。

使用鋼絲刷和鼓風(fēng)機(jī)打磨、清潔管片和鋼制品的表面。有油漬時，可用酒精、丙酮等溶劑擦洗，環(huán)氧材料維修區(qū)域需要清潔和干燥。

4.5 涂刷環(huán)氧界面劑

在鋼架法蘭中心線兩側(cè)10 cm范圍內(nèi)，先涂一薄層環(huán)氧專用界面劑，涂刷厚度不得超過1 mm，應(yīng)使用刷子清除材料較多的坑洞中多余的界面劑。

4.6 彈性環(huán)氧砂漿填補(bǔ)及管片內(nèi)側(cè)表面防護(hù)

環(huán)氧專用界面劑層表面干燥(手摸時不拉絲)后，采用彈性環(huán)氧砂漿(高強(qiáng)度)加固。對于受損部位和破壞部位應(yīng)先用彈性環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，深基坑部分應(yīng)填充彈性環(huán)氧砂漿。每層刮除厚度不大于2 cm，可刮成多層，直至表面平整為止，兩層之間的施工間隔為5～6 h，然后在鋼架法蘭中心線兩側(cè)10 cm范圍內(nèi)填充彈性環(huán)氧砂漿，平均厚度約2 cm。

4.7 自清潔清水混凝土涂料的養(yǎng)護(hù)

檢查聚合物改性預(yù)收縮砂漿層表面是否有灰塵和其他污漬，并確保干凈的條件下在基礎(chǔ)表面涂自清潔透明混凝土涂料。

根據(jù)物料配比的要求配制自清潔透明混凝土涂料并用輥進(jìn)行輥涂作業(yè)。通常，將輥施加2至3次，要求厚度均勻且無泄漏并確保沒有明顯的線條。

涂布輥涂布完成后，可在24 h防水固化后投入使用。

維護(hù)完成后進(jìn)行質(zhì)量檢查和驗(yàn)收。主要檢查內(nèi)容包括檢查是否有空洞、脫落、開裂等缺陷。外觀要求顏色與周圍的混凝土相似且干凈美觀。

4.8 聚合物改性快速堵水材料

(1)材料的配置：根據(jù)水與水的質(zhì)量比10∶4制備聚合物改性快速阻水材料。采用電動攪拌器混合均勻后使用，并可在制備后的5～8 min內(nèi)使用。如果發(fā)現(xiàn)該材料在使用過程中固化，則應(yīng)將其丟棄。所制備的1 m3阻水材料的質(zhì)量約為2 200 kg，其中固體含量約為1 571 kg[5]。

(2)刻縫開槽：沿排水路徑規(guī)劃，在洞穴壁上劃刻并雕刻混凝土，凹槽寬度約為5.5 cm，用切刀沿線切割，然后在中間用電鎬切割混凝土至大約6 cm的深度，安裝排水管。

(3)堵水材料的密封施工：按比例要求制備聚合物改性快速阻水材料后，用刮刀分批刮除，封閉螺栓孔、注漿孔、管接頭等滲水部位，刮擦表面應(yīng)平整。為了順利過渡到周圍的混凝土，其坡度應(yīng)不大于1∶20。管片拱頂灌漿孔、螺栓孔受重力影響應(yīng)分層填筑，每層填料的厚度約為2 cm，待材料凝固后再進(jìn)行下一層填料。堵水作業(yè)結(jié)束后12 h觀察其滲水情況，對仍有滲漏的部分挖出并重新實(shí)施封堵。

5 預(yù)防措施

高應(yīng)力區(qū)的成型管片破壞是隧道工程中普遍存在的現(xiàn)象，其不僅對管片的外觀質(zhì)量造成了一定影響，同時也對管片的使用性能構(gòu)成了潛在威脅。管片破壞主要由內(nèi)部因素和外部因素相互作用產(chǎn)生，筆者針對導(dǎo)致高應(yīng)力地區(qū)成型管片破壞、結(jié)構(gòu)裂損的不同原因分別提出了以下幾點(diǎn)預(yù)防措施:

(1)在進(jìn)行混凝土澆筑時，需要嚴(yán)格控制管片結(jié)構(gòu)的溫度，確保管片的內(nèi)部溫度與表面溫度差在25 ℃之內(nèi)。例如，在夏季氣溫較高時進(jìn)行澆筑，可采取摻入冰屑、遮陽等措施防止混凝土溫度過高。

(2)加強(qiáng)對施工人員實(shí)際操作的培訓(xùn)。避免因施工人員操作不當(dāng)引起施工質(zhì)量問題，如混凝土搗振不均勻、養(yǎng)護(hù)不合理等。在預(yù)制混凝土管片時，高能量振搗容易導(dǎo)致混凝土離析、管片外弧表面出現(xiàn)浮漿及表面破壞，因此，在振搗施工中應(yīng)盡量采用分次振搗的方式?；炷猎陴B(yǎng)護(hù)過程中對溫度變化很敏感，因此，一定要控制好管片內(nèi)部與外表面的穩(wěn)定及管片蒸養(yǎng)溫度與室溫的溫差。另外，在混凝土管片強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后應(yīng)將其吊入水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，時間為一個星期。

(3)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)靥砑訙p水劑或緩凝型減水劑。在混凝土中摻加減水劑，既可以滿足混凝土的強(qiáng)度要求，又能減少10%左右的拌合水使用量。如果摻加緩凝型減水劑，既可以達(dá)到上述效果，又可以將初凝時間推遲1 h以上，以便于其充分散熱，避免產(chǎn)生破壞。

(4)建立健全質(zhì)量監(jiān)管體系，改善施工工藝，提高施工技術(shù)水平。

6 效益分析

6.1 社會效益

高應(yīng)力區(qū)成型管片損傷后修補(bǔ)技術(shù)的應(yīng)用，提高了高應(yīng)力區(qū)成型管片損傷后的修補(bǔ)質(zhì)量，為隧道運(yùn)營中受損管片的安全運(yùn)營提供了保障，豐富了我國隧道施工中的管片修補(bǔ)技術(shù)。

6.2 經(jīng)濟(jì)及安全效益

采用高應(yīng)力區(qū)成型管片破壞后的修補(bǔ)方法，大大降低了成型管片修補(bǔ)材料與混凝土基層表面

結(jié)合不緊密而引起的剝落返工率，節(jié)約了施工周期。同時，采用該方法對成型管片進(jìn)行修補(bǔ)，對隧道內(nèi)其他施工干擾較小，最大限度地減小了管片修補(bǔ)對工程工期的影響，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

此外，采用該方法修復(fù)受損管片后，提高了成型管片環(huán)的整體穩(wěn)定性，解決了成型管片的滲水、堵排問題，改善了成型管片的外觀和形象，提高了汛期隧道行車的舒適性和安全性，確保了項(xiàng)目建成后的運(yùn)營，取得了較好的安全效益。

7 結(jié) 語

高應(yīng)力地區(qū)成型管片破壞后的修補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用范圍廣，不僅適用于公路隧道襯砌破壞后的修補(bǔ)施工，也適用于水利水電工程、鐵路及城市地下鐵路隧道中長輸水隧洞(無壓)等鋼筋混凝土管片破壞后的修補(bǔ)，保證了修復(fù)后原破損部位具有較好的塑性和柔性，增強(qiáng)了破損管片對隧道沉陷變形的適應(yīng)性，同時，破損修復(fù)位置的新材料對再次產(chǎn)生的裂縫具有一定的自愈能力，使修復(fù)后的管片具有更好的密實(shí)性和防滲性，以及更好的抵抗應(yīng)力的能力，阻止了在高地應(yīng)力作用下管片破環(huán)的持續(xù)發(fā)生，提高了隧洞運(yùn)行期間的行車安全。