地鐵隧道結構無損檢測及常見病害處治

劉軍 馮永

摘 要:隨著地鐵工程的發展,地鐵運營過程中逐漸暴露出諸多病害,嚴重影響行車安全。本文對目前地鐵工程的常見病害產生的原因進行了分析,并提出病害的處治意見,同時介紹了運營期地鐵的無損檢測技術。

關鍵詞:地鐵隧道無損檢測病害處治

中圖分類號:U25 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0109-01

由于地鐵工程特殊的賦存環境,在地鐵運營后,地鐵病害具有隱蔽性強、診斷難、治理難的特點。運營期的地鐵檢測既不能破壞其原有結構,也不能影響地鐵的正常運營,因此地鐵工程結構的無損檢測、健康診斷、常見病害處理等已經成為工程界和學術界關注的問題[1～2]。筆者通過自身工程經驗的總結,對目前地鐵無損檢測技術和地鐵工程中常見病害的處理提出了一些建議。

1 地鐵隧道無損檢測項目及方法

1.1 地鐵隧道結構主要尺寸檢測

地鐵隧道結構的尺寸主要采用激光隧道斷面儀和全站儀進行檢測。通過對地鐵隧道結構主要尺寸的檢測,查看地鐵斷面凈空狀態,判斷地鐵是否侵入界限。

1.2 裂縫觀測

對襯砌上的裂縫采用目測為主,輔以裂縫測寬儀量測,用鋼卷尺量測裂縫長度與間距。主要量測裂縫的尺寸及深度,并提交病害分格檢測展示圖,從而了解不同段落裂縫病害的分布規律。

1.3 結構密實度無損檢測

主要采用地質雷達進行檢測。通過地質雷達檢測可以得到襯砌厚度數據、背后空洞分布情況等內容。

1.4 結構強度檢測

結構強度主要采用結構回彈儀進行檢測。因此以回彈值反映混凝土表面硬度,根據表面硬度推求混凝土的抗壓強度,從而評判結構的強度。

1.5 鋼筋銹蝕受力檢測

本檢測項目采用儀器為鋼筋銹蝕檢測儀,通過測得的電位值評估鋼筋的銹蝕狀態。

2 地鐵常見病害成因分析

2.1 結構裂縫

地鐵工程中結構裂縫表現為道床裂縫、邊墻裂縫、頂板裂縫等形式。結構裂縫的出現往往是在設計、施工過程中多方面的因素導致的,常見主因主要包括以下幾點:

①差異沉降。在設計過程中,由于設計方案不合理,使得地基加固效果不佳,導致地基工后沉降及縱向差異沉降較大,其值大于結構允許范圍后,勢必造成結構病害性裂縫。同時,設計人員對圍巖類別判斷有誤,致使襯砌設計厚度不足,也會因承載力不足而導致裂縫的發生。

②變形縫的設置。變形縫一般包括沉降縫與伸縮縫兩層含義。對于地鐵結構,考慮整體道床基礎允許垂直錯位最大值的范圍,因此一般不設置沉降縫。而在軟土地區,為了提高結構縱向剛度,一般也不設置過多的伸縮縫。這就使得地基加固不佳時,地基工后沉降加大,導致結構應力過于集中,容易產生結構裂縫。

③結構強度。在設計及施工過程中,由于設計不當或者施工時混凝土壁后回填土壓實不當等原因,造成混凝與質量不符合要求,從而容易導致結構裂縫的發生。

④溫縮、干縮。由于溫縮、干縮使得混凝與結構內部產生應力集中,容易產生結構裂縫。

⑤列車振動。超負荷地鐵結構在長期處于低頻連續振動的環境下,容易導致軟土下臥層地基產生較大縱向沉降[3],致使裂縫的出現。同時,對于已有裂縫而言,長期行車荷載使道床上下振動而形成倒吸現象,造成水在裂縫中反復潛蝕,從而使裂縫擴大。

2.2 滲漏水

結構滲漏水是地鐵工程中最常見的病害之一。滲漏水會促使混凝土襯砌風化、剝蝕,造成襯砌結構破壞;滲漏水還會軟化圍巖,引起圍巖變形;若滲漏水中還有腐蝕性介質,會造成一般襯砌混凝土的砌筑砂漿腐蝕損壞,降低襯砌的承載能力;滲漏水還會引起路基下沉、基底損裂等次生病害,影響行車安全。

滲漏水部位主要發生在環縫、縱縫、注漿孔及旁通道位置。出現滲漏水一般有兩個前提:一是裂縫已經貫通混凝土結構層;二是防水層已經破壞或本身就質量不合格。因此,結構裂縫、圍護結構及防水工程等防水體系部分失效是滲水的主要原因。

3 地鐵病害防治對策

對地鐵運營出現的結構裂縫、滲漏水等常見病害需對癥下藥,標本兼治。首先需加強觀測,查明病因,對不同病害采用不同的工程措施;其次,對滲漏水、腐蝕等常見病害應綜合整治,貫徹徹底整治的原則;最后,地鐵主體結構一旦出現病害,堅持必須及時治理的原則。

3.1 表面封閉

從美觀起見,滲漏處理后要進行表面封閉。表面封閉主要用于裂縫在結構允許范圍內,未出現輕微滲漏現象或經過縫內注漿、壁后注漿等治理后的裂縫的處理。

對于未滲漏的,表面進行必要的處理和保護措施后,進行防水砂漿抹面及防水涂層的實施;對于輕微滲水的,將裂縫按要求剔成一定深度和寬度的V形槽,槽內用速凝材料填壓密實。

3.2 縫內注漿

縫內注漿一般用于以下情況:1)裂縫較大,出現輕微滲漏或相對嚴重滲漏現象;2)經過壁后注漿等治理后的嚴重滲漏裂縫;3)雖已修補,但仍出現滲漏現象的裂縫。

3.3 壁后(基底)注漿

壁后注漿是指將止水漿液用壓力泵通過特殊注入管(位于裂縫上方),注入混凝土的背面,在背面形成保護面,將裂縫的滲漏水通道徹底截斷。

3.4 素噴或網噴混凝土

對于開裂嚴重襯砌,可采用素噴混凝土或者網噴混凝土加固。錨噴加固裂損襯砌可以恢復和提高襯砌的承載能力,而鋼筋網的布設大大提高了組合拱結構的抗裂性和抗彎、抗剪強度,大大提高襯砌的承載力。

3.5 施工縫修補

施工縫修補采用的是綜合治理措施,即注漿防水與嵌縫和抹面保護相結合,具體做法是將縫內一定深度的原嵌填材料清除,施工縫沿縫鑿縫,清洗干凈,漏水嚴重的埋設引水管,滲漏小的用快凝材料封堵。然后嵌填密封防水材料,抹水泥砂漿,最后注漿堵水。

堵漏止水材料的選擇對病害處理效果影響較大,不同的堵漏止水材料用于處理不同的滲漏情況。堵漏止水材料主要分為無機堵漏材料、有機堵漏材料、快速堵漏劑等,其主要適用范圍有所不同。

3.6 高壓旋噴樁加固

對于沉降不穩定地段,可采用深層高壓旋噴樁進行加固。需要注意的是,高壓旋噴樁加固會破壞部分底板結構,可能會擾動軟土,造成新的沉降,因此在實際工程中,應在前期進行試驗段專題研究再進行工程應用。

5 結語

地鐵工程結構病害檢測、治理和管理是一項復雜的系統工程。加強施工過程的質量管理、減少結構病害,是地鐵工程結構病害治理的最有效、最簡單、最經濟的途徑之一。必須重視地鐵結構的設計、施工質量的控制、運營期健康監測等各個方面,以確保地鐵工程的安全運營。

參考文獻

[1] 楊建龍,郭滿鴻.南京地鐵隧道裂縫整治措施探討[J]．現代交通技術,2009,Vol6,No4:75～77.

[2] 李養平．天津地鐵1號線既有線軌道結構病害整治方案研究[J]．鐵道建筑,2004,No7:72～74.

[3] 葉耀東,朱合華,王如路．軟土地鐵運營隧道病害現狀及成因分析[J]．地下空間與工程學報,2007,Vol3,No1:157～160.