“壁可法”在鐵路隧道裂縫整治中的應用

柴浩

中鐵二十二局集團第四工程有限公司 天津 301700

混凝土作為三相體，由骨料顆粒、水泥漿體及兩者間的界面過渡帶組成，在其結構中，骨料顆粒性能相對穩定，而水泥漿體和過渡帶一般含有不同類型和數量的孔隙和氣穴，他們不均勻分布，且會隨著時間、環境、溫濕度的影響而發生變化，在外荷載、變形、化學腐蝕、施工操作等因素的干擾下，會導致混凝土結構性能不穩定，從而引發各種質量問題和安全隱患。

裂縫的形成因素很復雜，且帶有不可預見性，且裂縫出現后會隨著時間的變化而變化，尤其在環境惡劣地區發展速度異常驚人，破壞能力不可小覷，如若不引起足夠重視，并加以處理，將直接影響建筑物的使用壽命，從而對人民財產和生命安全造成威脅。

1 概述

1.1 工程概況

神朔鐵路是我國“八五”計劃重點建設項目之一，是我國繼大秦鐵路之后的第二條西煤東運的大通道。霍家梁隧道位于山西省保德縣境內，隧道全長4719m，為雙線隧道，起訖里程K102+012～K106+731，該隧道1992年3月開工建設，1995年3月竣工。

霍家梁隧道洞身大部分在二疊系泥巖和砂巖互層中，階地主要為黃土質砂土、黃土質砂黏土和卵石土，裂隙水發育。二疊系上統泥巖、砂巖互層為霍家梁山體的基本地層，巖體呈單斜構造，泥巖屬膨脹巖，質弱且易風化，風化后呈碎塊或碎屑狀[1]。

該隧道洞內以Ⅳ級圍巖為主，進、出口為Ⅴ級圍巖。

1.2 病害特征

該隧道病害主要表現為：拱墻及基底裂縫、襯砌滲水、滴水、水溝裂縫等。

依據《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規定》（鐵運函【2004】-174號），綜合霍家梁隧道檢查和檢測結果，對其土建結構技術狀況和使用功能評價，隧道評定分類為A1。

經無損檢測后，隧道主要病害情況為：

1.2.1 襯砌裂縫

隧道鋼筋混凝土襯砌段共134條裂縫，其中縱向裂縫82條，環狀裂縫33條，斜向裂縫19條，裂縫均伴有泌出物封閉裂縫。

1.2.2 襯砌滲水

隧道襯砌在施工縫處局部存在滲水現象，兩側拱腰和拱頂處存在大面積滲水現象。

1.3 病害原因分析

隧道施工時建筑標準低，隧道施工采用的先拱后墻，最后施工仰拱的施工方法，是造成病害原因之一。

襯砌背后露空：部分襯砌背后回填不密實、存在空洞、脫空現象，致使結構受力不均，在列車震動影響下，襯砌局部受力開裂。

變形縫、施工縫防排水措施不到位，使得基巖裂隙水從縫隙里滲出，加劇裂縫形成，且裂隙水凍脹造成襯砌及防排水設施破壞[2]。

2 處理方案

2.1 裂縫處理

根據多方案對比，考慮到鐵路正常營運對施工的影響程度，隧道利用“垂直天窗”施工，本著便于組織、施工高效、質量可靠等原則，本工程采用“壁可法”施工工藝，對混凝土結構裂縫進行修補。

2.2 滲、漏水處理

寒冷地區隧道滲、漏水地段采用以堵為主，堵排結合的原則。

本文主要圍繞壁可注入法修補裂縫展開，對其它病害的整治不再一一贅述。

3 壁可法的原理及與傳統方法的對比

3.1 壁可法原理

用密封膠將裂縫表面封閉，使其內部空間只能通過預先安裝的注入坐與外界相通，然后通過具有恒定壓力的橡膠管注入器，把低粘度樹脂膠緩慢均勻的壓注至裂縫中，同時，恒定壓力可以有效防止裂縫中積存的空氣產生氣阻，從而確保修補質量。

3.2 與傳統方法對比

傳統方式：高壓、快速、瞬間壓力高；注入器手動或橡皮筋加壓，壓力控制不穩定；注入膠滲透力弱，有收縮，粘結力小；注漿方式為逐個注漿，一個注漿孔注漿，另一個注漿孔出漿即為注滿；漿液在裂縫中呈線性擴散，由于裂縫內部有空氣，存在氣阻，漿液無法向裂縫深處流動，因此注漿不飽滿；注漿效果只能起封閉作用[3]。

壁可法：低壓、慢速、持續壓力且穩定；專用注入器依靠本身膨脹收縮產生的壓力注漿，操作簡單；注入膠粘度很低，滲透性強，固化后無收縮，有對結構補強的作用；所有注漿孔同時注漿，注入器內始終有殘留的少量膠液，確保膠液壓力穩定且維持到固化；膠液注入后呈扇形擴散，只進不出，穩定持壓將裂縫空氣擠入混凝土毛細孔中，有效避免氣阻，因此漿液可到達0.02mm微細裂縫的末端，達到漿液充滿全部裂縫的目的；注漿完成后，膠液除了對裂縫有封閉作用外，固化后的膠液強度超過了混凝土原有強度，對混凝土有補強作用。

綜上所述，與傳統方法相比，壁可法具有高效的裂縫修補能力，它施工簡單、質量可靠，功效顯著高于傳統方法，在裂縫修補領域值得推廣。

4 壁可法工藝流程

4.1 表面處理

根據裂縫走向和混凝土表面情況，采用鋼絲刷、抹布、鋼釬、錘子、丙酮等工具，清理裂縫兩側5cm、8～10cm范圍的混凝土表面，保證清理后的混凝土表面堅實，無疏松混凝土塊和砂粒，且無油污、浮塵，裂縫應干燥，達到該條件后，進入下一步工序操作[4]。

4.2 粘接注入座

將#101樹脂粘接劑（干燥裂縫封口膠）（潮濕、滲水處使用WB-SEAL封口膠）按規定配比在托灰板上使用抹刀反復攪拌，攪拌至顏色呈現均勻的灰色后，每邊以8mm寬、5mm厚的方式將膠刮在注入座底面四邊，將注入孔對正裂縫中心，稍加力按壓，使膠布滿座子底面并從四個小孔中擠出，注意注入孔不要被膠塞，粘好后不要再移動注入座（圖1）。

圖1 注入座封底

由于注入座在注膠時承受壓力，要對其進行加固，方法為一手按住注入座的頂端，防止其移位，另一只手用抹刀取膠將底板的各邊包覆，抹成緩坡，抹膠部分內側應蓋住4個小孔，外側擴展至直徑8-10cm的圓形范圍，抹膠連續無斷層，完成以后，注入座的藍色底邊應完全被遮蓋（圖2）。注入座根據裂縫情況每30-35cm間隔布置一個。

圖2 注入座外側包覆

4.3 密封裂縫、養生

用抹刀刮抹封口膠,沿裂縫走向封閉5cm寬的范圍，厚度3mm左右，細微龜裂比較多的部位，應抹至8-10cm寬，為防止出現卷邊，應按壓膠的邊緣，以確保封閉嚴密。密封完成后，讓封口膠自然凝固硬化，固化階段要注意防水。

4.4 注入膠灌注

注入器有BL型和DD型兩種，根據裂縫情況，選擇不同的注入器進行操作。

BL注入器一般適用于需要補充膠液且方便操作的地方，先將注入器與注入座相連后，在進行灌注膠灌注（圖3）。

圖3 BL注入器

DD注入器則適用于無需二次添加以及高空等不方便作業的地方，先將灌注膠灌注在注入器內，在將注入器與注入座相連（圖4）。

圖4 DD注入器

注入器安裝務必按照接口顏色對接，否則無法正常注膠或造成膠液逆流。壁可法注入器安裝方法（圖5）。

圖5 BICS注入器安裝方法

4.4.1 BL注入器灌注

a、將BL注入器藍色連接端與注入座相連，卡緊卡口兩扣掛鉤，力度應合適，避免損壞注入座。

b、將灌注膠主劑和硬化劑按比列裝入盛器中，充分攪拌均勻，檢查黃油槍狀態，確保活塞無翻轉和變形。

c、將混合后的膠裝入黃油槍，蓋好蓋，倒置黃油槍，打開閥門，推動活塞排出管道內的空氣，直至有膠連續流出，此時連接注入器底座，開始注膠。

d、水平走向的裂縫從一端開始逐個注入，傾斜或垂直走向的裂縫要從較低一端開始向上推進。當橡膠管部分膨脹至充滿塑料限制套時，停止注入，此時注入器將以0.3MPa的恒壓將橡膠管內的膠液緩慢壓入裂縫中。如注入器膨脹后收縮較快，應及時補灌膠液。

e、一個注入器注入完成后，先關閉閥門，再小心地脫開白色端的連接，避免藍色端之間的連接松動，移到下一個注入器繼續注入。

f、操作時兩人配合，一人操作黃油槍，另一人托扶注入器和閥門，不要讓注入座的頸部不正常受力。

4.4.2 DD注入器灌注

a、將裝滿膠的黃油槍與DD注入器連接好，直接將膠灌入注入器。

b、注入器膨脹至充滿塑料限制套時，停止注入，關閉閥門。

c、依次灌入另一個，直至把整條裂縫所需的DD注入器全部灌滿。

d、將注入器逐個安裝到注入座上，注入器將通過自身收縮壓力，開始對裂縫進行恒壓注入灌注膠。

4.5 收尾工作

a、灌膠工作完成后，用丙酮和清水清洗工器具，晾干后組裝以備下次使用。

b、灌入的膠液根據氣溫情況穩步固化（10～24h），氣溫越高，固化越快。

c、當注入器管內膠液完全固化后，可判斷裂縫中的膠液亦固化完成，此時使用工具拆卸注入器和注入座，有必要時，打磨平整膠口[5]。

5 壁可法工藝特點

操作簡便，無需對裂縫進行鉆孔、鑿槽處理。對作業人員無技術上的要求，注膠過程自動完成，節省人力注入壓力恒定，不受氣阻影響，能注入至裂縫最末端，使膠液完全充滿整條裂縫。注入材料的凝固確認只需檢查余留在注入器中的材料狀態，即可對比已注入裂縫中的膠液固化情況，施工管理和工藝控制簡單精確。膠液固化后不僅抗拉、抗壓強度高于混凝土本身，且固化后能起到錨注作用，使膠體與周圍混凝土牢固結為一體，同時裂縫被完全密封，既恢復了混凝土的結構強度，又可防止外部有害物質（雨水、酸、堿、鹽等）對混凝土內部結構和鋼筋的侵入腐蝕，對混凝土結構物有良好的補強、加固和保護作用[6]。配套使用的材料全面、系統、專業，具有穩定性好，耐老化、耐腐蝕，膠液粘度低，滲透性強，固化過程不收縮等特點。根據施工環境，裂縫特性、發生部位、結構要求等采用不同性能的注入材料，可在低溫（-5℃對應）、水下、不同黏度、彈性等要求的前提下配合使用相應材料開展施工。

6 結語

通過對神朔鐵路霍家梁隧道的病害整治，針對不同的裂縫情況，采用壁可法施工工藝，有效處理了由各種不利因素引起的質量問題，該工法的應用極大提高了營業線天窗點隧道裂縫整治施工的效率，完工后對修補質量進行檢驗，結果表明，隧道裂縫得到了有效修復，修復后的混凝土各項性能得到極大的提高，達到預期效果，為線路的穩定運營提供了有力的保障。該技術的應用為營運中鐵路隧道裂縫的處理和同類型工程的整治提供了參考和借鑒。