張家坪隧道病害整治

齊海鋒

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司東北分院)

1 項目及隧道概況

張家坪隧道位于朔黃鐵路神池南至肅寧北段，1999年竣工，雙線隧道，竣工里程為 K173+526.73～K176+431.73，無防水板設計。洞內設置雙側水溝，進口350 m，出口400 m設置保溫水溝。

1.1 隧道現場調查結果

2010年11月份對張家坪隧道進行現場調查，調查發現K173+850 ～ K173+950，K174+200 ～ K174+500，K175+300～K175+700，K176+000～K176+100里程段襯砌存在裂縫，橫、豎、斜向裂縫均有，裂縫寬度1～3 mm不等，裂縫漏水，11月份調查最大漏水處滴水成線。

根據電務維修部門了解，部分地段存在襯砌背后脫空，脫空最大處可以爬進去人。每年的雨季漏水更嚴重。每年春秋都會結冰，影響運營，需要專人打冰瘤。

1.2 隧道檢測結果

本次隧道襯砌質量檢測采用地質雷達法。

(1)襯砌厚度基本滿足設計要求。

(2)本次測試段在DK174+232～DK174+240有鋼架分布，其他測試段未見明顯鋼架信號。

(3)襯砌背后脫空與不密實情況較嚴重。

2 水文及地質概況

2.1 氣象特征

張家坪隧道隧址場地屬大陸性干旱季風氣候，冬季寒冷干燥、雪雨稀少，平均氣溫12.7°，極端最高氣溫41.8℃，極端最低氣溫-17.9℃，初霜期9月下旬～10月中旬，終霜期4月中旬～5月中旬，無霜期130～90 d，多年平均降水量609 mm。沿線土壤最大凍結深度100 cm。

2.2 地震動參數區劃

根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》(GB18306-2001)，地震動峰值加速度為0.1 g，地震基本烈度為Ⅶ度。

2.3 工程地質條件

(1)地層巖性。

隧道通過區大部分為太古界五臺群(Ar3)地層，局部表層覆蓋第四系全新統洪積層及第四系上更新統坡洪積層，現由新至老分述如下。

①碎石土(Q4al):黃褐色，松散，潮濕，成分以片麻巖為主，一般粒徑40～90 mm。

②新黃土(Q3al+dl):淺黃色，半干硬，含少量碎石。

③斜長片麻巖(Ar3):灰白色，花崗變晶結構，節理裂隙較發育，強風化至未風化，巖體呈塊狀砌體結構及碎塊狀鑲嵌結構，夾肉紅色偉晶巖脈，層厚約0.2～25 m，沿節理裂隙呈巖墻式侵入。

(2)地質構造。

擬建工程場地內未發現對工程有明顯影響的大型斷裂構造，但受多期構造運動的影響，節理裂隙及褶皺發育。

(3)不良地質及特殊巖土。

①不良地質。危巖、落石:隧道進、出口地勢陡峭，巖性為石英巖，節理裂隙發育，由于差異風化及重力作用，坡面發育危巖，影響隧道洞口施工及運營安全，宜清除并接長明洞。

②特殊巖土。黃土，淺黃色，黃褐色，堅硬—硬塑，δs=0.072，Ⅱ(中等)自重濕陷性黃土。

2.4 水文地質特征

(1)地表水。勘察期間未見地表水。

(2)地下水。測區地下水主要為基巖裂隙水。基巖裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，裂隙水較貧乏，多發育于淺層風化裂隙中，主要接受地表水及土壤中水下滲補給。

3 隧道設計

3.1 脫空及不密實部位整治

K173+850 ～ K173+950，K174+200 ～ K174+500，K175+300～K175+700，K176+000～K176+100里程段，襯砌背后的脫空及不密實部位，進行壓漿回填密實。說明以下幾點。

(1)根據襯砌背后空洞的大小及范圍沿隧道拱頂及拱腰布置注漿孔(邊墻注漿孔必要時設置)，并對注漿孔編號。

(2)注漿材料采用水泥砂漿，漿液配合比為1∶0.8～1∶1。

(3)注漿壓力:控制在0.3 MPa以內，注意觀測，不得破壞襯砌結構。

(4)當注漿壓力達到設計終壓并穩定5 min以上、吸漿量很少或不吸漿時即可結束該孔注漿。

(5)施工注意事項。

①段內若需采取自進式錨桿補強既有襯砌時，利用錨桿進行注漿孔布置。

②注漿孔鉆孔深度應超過既有襯砌并伸入基巖不小于0.2 m。注漿時于孔口設置孔口管，注漿過程中，相鄰注漿孔應設置孔口塞，以免跑漿。

③施工前應先進行注漿實驗，并根據實驗結果調整注漿參數。

④襯砌后注漿時隧道縱向應由下坡方向向上坡方向進行;橫向應先注邊墻孔、兩側孔，再注拱頂孔。

⑤對鉆孔進行編號，鉆孔及注漿過程中應對鉆孔、注漿壓力、注漿量等進行詳細記錄。

⑥應采用由淺到深的逐步分層注漿，避免對襯砌結構造成過大的壓力，注漿過程中應嚴密觀察襯砌狀況，若發現襯砌有異常、變形、開裂或既有裂隙有加速發展趨勢等，則應立即停止注漿，以確保襯砌安全。

⑦施工過程中應做到隨鉆隨注以免跑漿。

(6)根據記錄分析判斷注漿效果，必要時，待注漿達到設計強度后，鉆檢查孔進行注漿效果檢查，注漿不密實或仍有空洞者應補鉆孔注漿，以確保襯砌背后空洞充填密實。

(7)注漿結束后，將孔清洗干凈后采用環氧砂漿封堵注漿孔。

3.2 裂縫整治

采用鑿槽嵌補和騎縫錨桿的方法進行整治。

(1)沿縫鑿槽壓漿。

①沿縫鑿槽:沿裂縫長度方向鑿倒梯形槽，槽口寬視裂縫大小為5～10 cm(一般為縫寬+4 cm)，槽底寬大于槽口寬，槽深8 cm。

②嵌補:沿縫采用環氧砂漿壓實嵌補。

(2)建筑材料。

①封縫材料可視情況采用水泥砂漿、膨脹水泥膠泥或環氧砂漿等，本設計采用環氧砂漿。環氧砂漿的配制:將環氧樹脂加熱熔化后，按比例加入二丁脂攪拌均勻，冷卻后加入乙二胺攪拌均勻，然后倒入已混合均勻的水泥砂子中，再充分攪拌后即可使用。環氧砂漿應隨配隨用、其施作時間為30 ～40 min。環氧砂漿的配比為 m6101環氧樹脂∶m二丁脂∶m乙二胺∶m水泥∶m砂子=100∶15∶8∶200∶500。

②錨桿:Φ22自進式注漿錨桿。

(3)騎縫式錨桿設置。

①Φ22自進式注漿錨桿每根長3.5 m，沿裂縫兩側交錯布置，距裂縫50 cm、沿裂縫間距1.0 m。錯臺裂縫的錯動側設兩排騎縫錨桿，間距1.0 m，梅花形布置。

②錨桿端頭槽在錨桿的抗拔力達到設計強度后，需用環氧砂漿回填，并與原襯砌打磨平整。

③錨桿端頭通過螺母與墊板連接。

④對錯臺裂縫的錯動側的錯臺部分應進行修鑿處理，且應打磨平整。

3.3 漏水整治

對漏水處進行鑿槽，注漿，引排。

(1)壓漿堵縫。

①首先沿縫鑿深均為8～10 cm之“V”型槽，槽頂端應正對裂縫，鑿槽后用高壓水清洗槽壁，清除槽內泥砂及松動的混凝土塊、殘屑，根據裂縫水量大小，沿槽按一定間距安設注漿管，并用環氧砂漿緊密填塞槽管間隙，并用鐵抹壓實，注漿管應緊抵裂縫，其間距在裂縫大時約為60～100 cm，裂縫小時約30～50 cm。注漿管外露8～10 cm，以便與注漿設備連接。

②對所有需要注漿的裂縫，均應涂刷環氧樹脂封縫。待封縫材料固結后，應對其進行質量檢查，滲漏水只能從注漿管內流出，其他部位不得有滲水現象，否則應重新封埋或采用涂刷環氧樹脂進行補救。

③封縫養護數天且具有一定強度后，需進行壓水試驗，以檢查封縫、固管強度，疏通裂縫，確定壓漿參數。壓水采用帶明顯特征的顏色水，其壓力應維持在0.2 MPa左右，試驗需詳細記錄各注漿管出水時間及水量，試驗過程中若出現封縫漏水需重新進行封補，壓水應測定水壓及進水量，作為注漿的依據。

④注漿:注漿漿液可視情況采用水泥砂漿、膨脹水泥膠泥或環氧砂漿等，本設計采用環氧砂漿。環氧砂漿的配制:將環氧樹脂加熱熔化后，按比例加入二丁脂攪拌均勻，冷卻后加入乙二胺攪拌均勻，然后倒入已混合均勻的水泥砂子中，再充分攪拌后即可使用。環氧砂漿應隨配隨用、其施作時間為30 ～40 min。環氧砂漿的配比為m6101環氧樹脂∶m二丁脂∶m乙二胺∶m水泥∶m砂子=100∶15∶8∶200∶500。注漿前對注漿系統進行全面檢查，在注漿機具運轉正常，管路暢通的條件下方可注漿。點漏注漿應先注漏水量較小者，后注較大者，面漏應由周邊管向中心依次注漿，垂直裂縫、施工縫應由下向上依次注漿，水平或斜裂縫由水量較小端向較大端依次注漿。

⑤結束注漿的標準:當吸漿量與預先估計的漿液用量相差不多，壓力較穩定，吸漿量逐漸減少至0.01 L/min時，再繼續壓注3～5 min即可結束注漿，注漿過程中應隨時觀察壓力變化，當壓力突然增高應立刻停止注漿，壓力急劇下降時，應暫停該孔注漿，調整漿液的凝結時間及漿液濃度后繼續注漿。結束注漿時，立刻打開泄漿閥門，排放管路及混合器內殘漿，拆卸管路并進行清洗。

⑥封孔:結束注漿后，用鐵絲將注漿管外露部分反轉綁扎，待漿液終凝后，割除外露部分，再以封縫材料將孔口補平抹光。

(2)鑿槽埋管。

①沿裂縫及延伸范圍方向鑿槽:槽口寬視裂縫大小為5～10 cm，槽深10 cm，鑿槽應正對出水點，并盡可能通過較多的出水點或鉆孔引流點，鑿槽完畢應用高壓風、水清洗槽身，清除虛碴后埋設剖開的PVC管作為引排水通道，爾后用防水膠漿固管及堵水。

②防水膠漿采用水泥及BR-2型增強防水劑現場拌制，其配合比為 m水泥∶mBR增強防水劑∶mBR-2專用粉∶m水=1∶0.16 ∶0.035∶0.3，其中BR-2型增強防水劑為粉劑。

③防水膠漿應隨拌隨用，操作應不超過3 min，可將干粉拌勻后，抹前加水拌和。水泥砂漿封槽應在防水膠漿施作24 h后。若防水膠漿堵水效果不理想，應重新施作防水膠漿。

(3)噴涂防水層。

①清洗鑿毛基面:清除基面上的油(煙)垢、浮灰、粉塵、泥土及其他污物，鏟除基面上的突起、疙瘩及分層疏松部位后進行鑿毛，再用高壓風、水沖清粉塵，要求均勻、清凈。

②堵漏:根據水量分別采用壓漿堵縫，鑿槽引排措施基本處理完基面上的滴水及滴水成線，并填實抹平所鑿溝槽。

③用水充分浸透基層混凝土，而不僅僅是表面的濕潤。表層預處理時不得使用酸洗。基層混凝土表面預處理要求做到毛、潮、凈。

④噴涂:將KT1、KT2防水材料分別與水均勻拌和后，均勻噴于混凝土基面上。先涂KT1，待KT1初凝又未完全硬化時涂KT2，噴涂時噴嘴距基面距離不應大于50 cm，且應盡可能做到垂直于基面噴涂;噴涂完成后再用大毛刷以圓形辦法涂刷基面。涂層施工時必須控制涂層的厚度。即應在規定的施工面積上將計算得出的涂料用完。KT1、KT2涂于襯砌表面，其抗滲指標需不小于0.8 MPa。

⑤涂料配方:mKT1或KT2干粉∶m水=5∶2，其參考用量應各為0.8 kg/m2。涂料應均勻拌和，并嚴格做到隨混合隨施工，拌制好的涂料，從加水時計算宜25 min內用完，施工過程中應不時的攪拌混合物，并嚴禁向已混合好的粉料中另外加水。

⑥養護:待表面涂層初凝達到足夠硬后，立即進行噴水養護，并保證涂層處于濕潤狀態，但不得用水浸泡養護。養護開始的1～2 d內，每天向涂層噴水5～6次。

4 結語

襯砌裂紋、脫空對隧道運營具有較大的安全隱患，漏水現象會使隧道襯砌在春秋季節結冰，影響行車安全。本文根據現場調查及檢測報告結果，針對張家坪隧道的襯砌裂紋、脫空、漏水病害分別采取了不同的方法進行整治。使隧道襯砌更加穩固，脫空回填密實，使隧道的漏水得到很好的抑制。保證了隧道的運營安全。

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