寒區鐵路運營隧道滲漏水檢測與整治技術

徐卓寧

(沈陽鐵路局，遼寧沈陽 110013)

在遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古北部等嚴寒地區，鐵路運營隧道水害凍脹是造成圍巖結構破壞的重要原因。水害凍害的不斷重復，迫使隧道襯砌混凝土產生開裂，導致支撐結構體承載力降低。這在寒冷地區尤為突出，嚴重影響到鐵路隧道的運營安全。本文以沈丹線分水嶺隧道滲漏水治理為例，研究寒區鐵路隧道滲漏水綜合治理措施，重點探討新型快速堵水加固材料在寒區隧道滲漏水治理中的應用及其施工工藝。

1 沈丹線分水嶺隧道概況

沈丹線分水嶺隧道1910年修建，隧道全長1 830 m。該隧道曾在戰爭中遭到嚴重破壞，側壁、拱頂混凝土風化嚴重，多處漏水。拱頂和邊墻混凝土厚度均為400 mm。采用混凝土仰拱，隧道中部設排水溝。隧道有900 m長圍巖為微風化灰巖，930 m長為強風化砂巖。巖層裂隙水較發達，為隧道漏水的主要原因。由于隧道修建年限久遠，大部分混凝土出現表面剝離，受水害和凍融破壞作用局部出現了空洞。

分水嶺隧道(下行)滲漏水病害如圖1所示。該隧道埋深較淺，襯砌表面混凝土老化開裂。由于東北地區冬季寒冷，隧道內年氣溫溫差大，加之部分隧道圍巖含地下水，很容易遭受凍融破壞，使得隧道局部襯砌混凝土剝離露出圍巖，許多部位出現蝕洞，局部結冰，形成懸掛冰柱，有的厚達幾十厘米，侵入列車限界，對列車運行安全構成嚴重威脅。

圖1 分水嶺隧道(下行)滲漏水病害

2 隧道滲漏水檢測

2.1 地質雷達測線布置

為較準確掌握隧道滲漏水病害分布情況，采用地質雷達進行了檢測。本次檢測共分A，B，C，D 4個測段。每測段布置左拱肩、拱頂、右拱肩3條測線，如圖2所示。

圖2 測線布置示意

2.2 工程試驗段滲漏水病害解析

經過對4個測段的數據分析，此次隧道滲漏水工程治理主要對C段(550～590 m處)進行整治。測線長度為40 m，檢測結果如圖3所示，圖中僅標出隧道病害明顯的一些異常部位。

圖3 測段C地質雷達圖像及解釋

根據測段C的檢測結果并結合地質資料可知，在隧道上部和左拱肩部位巖層面發育，空洞也較發育。分水嶺隧道圍巖為微風化灰巖和強風化砂巖，存在含水構造層，且裂隙發育，是滲漏水的主要渠道。

根據對分水嶺隧道(下行)病害探測結果，選定570～590 m病害集中的典型區段，采用注漿填堵空洞對病害巖層滲漏水進行治理。病害治理段展開圖如圖4所示。

圖4 隧道病害治理段展開圖(單位:m)

3 隧道滲漏水治理措施及施工工藝

3.1 隧道滲漏水治理措施

對分水嶺隧道，以引排為主，結合堵、截措施，形成一套綜合完整的隧道滲漏水治理體系。隧道內一般通風較差，須合理選擇防水材料。使用的材料應該是無毒、無味、無污染的，宜采用有機材料(普通水泥凈漿或砂漿)和無機材料(馬麗散等)相結合使用。水溶性聚氨酯遇水迅速膨脹和固化，堵水效果顯著。因其價格比較貴，流水被封堵后，襯砌結構后部空洞仍使用普通水泥凈漿或砂漿進行壓注以堵塞縫隙。施工縫表面采用SDUGC樹脂噴抹堵水材料。嚴格按標準施工工藝施工，應做到襯砌表面平整，襯砌內無明顯的水流，堵漏必須與引排相結合，嚴格控制水灰比和注漿壓力。只有將施工工藝與注漿材料完好結合，才能達到工程整治的預期效果。

3.2 混凝土襯砌老化段裂縫封堵補強措施

3.2.1 裂縫嚴重滲漏部位埋管排堵結合治理

對施工縫及裂縫滲漏較為嚴重部位采用埋管導水方式，在補水豐富區段沿拱周部位鉆引水孔，直徑50 mm，長度2 m，孔上傾45°，如圖5所示。孔內設引水管，引水管采用PVC管，用土工布包緊并用鐵絲固定。

圖5 隧道排水槽立面

3.2.2 裂縫及施工縫部位的封補措施

經調查分析，分水嶺隧道有大量滲漏水，主要原因是施工縫已破壞。首先采用“封”的措施，在盡量減少對原有結構破壞的基礎上，對襯砌施工縫進行注漿封堵。采用馬麗散化學漿騎縫注漿的方式，減少襯砌結構面的破壞，從而大大提高襯砌水平向抗變形能力。治理施工工藝如圖6所示。按已有的施工縫劃定剔槽線，切割襯砌施工縫混凝土，形成內小外大的梯形治理槽，寬度25 mm，深度40 mm。

3.2.3 隧道頂面襯砌結構小型空洞的封堵補強措施

對于隧道混凝土襯砌因凍融侵害形成連續小型空洞的區段，采用空洞內注漿處理方法。為防止治理過程中發生冒頂脫落，需要適當劃分區域面積，分段處理。將段內的小型空洞通過剔槽連接，剔槽采用倒八字形槽。在各個空洞處預留注漿孔，以便后期對空洞內注漿加固，如圖7所示。

圖6 對施工縫或環形縫的修復加固示意

圖7 小型空洞群加固補強治理

3.2.4 襯砌后巖體大面積空洞的加固補強措施

由于襯砌混凝土因病害已喪失大部分強度，對襯砌后進行注漿前需要對空洞及剝離部分加固處理，否則易造成結構破壞，甚至引起垮塌。加固處理方法:①處理襯砌面層;②采用錨桿支護，錨桿采用帶托盤形式固定;③對空洞周邊區域采用錨網支護;④采用中空注漿錨桿進行注漿施工;⑤對處理后新舊結合部位的邊縫處作補充處理。治理措施如圖8所示。

圖8 面積較大空洞及壁后注漿加固治理

對襯砌壁后圍巖大裂隙或空洞治理時，通過化學漿液的擴散、滲透和膨脹作用形成一個隔水帷幕，使襯砌與圍巖結構密實結合，有效控制原空洞處的襯砌結構變形，從而大大提高結構的承載力、抗變形能力和整體穩定性。

空洞較大時，為節約整治成本，先用普通水泥進行預處理，然后在拱頂部安裝長度0.5～1.0 m的φ42注漿鋼管，接管壓注馬麗散化學漿液。

4 分水嶺隧道滲漏水堵防加固

4.1 馬麗散化學注漿堵水加固材料性能

馬麗散高分子聚合物堵水劑由樹脂和催化劑混合而成，遇水膨脹，本身發生聚合反應或發泡生成多元網狀密彈性體。當這種聚合物被高壓推擠注入到巖體或混凝土的裂縫中時，可沿巖體或混凝土裂縫滲入，直到將所有裂縫充填，從而達到止漏的目的。該材料具很強的粘合能力，并能夠與地層很好結合，而且具有相當好的柔韌性，能夠有效封堵水流和加固處理區域。馬麗散高分子聚合物堵水劑主要技術參數與其他防水材料對比見表1。

表1 馬麗散與其他防水材料參數對比

馬麗散進入有水的裂隙后，發生膨脹，快速充填孔隙，達到堵水效果。其膨脹倍數為2～25倍;材料反應時間可以根據不同的條件調節;具有極強的粘結能力，即使被充填的裂縫水流處于運動狀態，也會牢固固結所填充部分，不影響其性能;可以持久耐酸、堿腐蝕和抵抗微生物的破壞，達到長時間堵水目的。

4.2 馬麗散注漿堵水施工技術

施工時使用靜態攪拌器、均勻混合器以及由單向閥、球閥等組成的雙液注射混合槍。這種施工方法具有安全性高、方便快捷和精準度高的特點。其中雙液注射混合槍能夠將雙組分漿液在孔口自動配比混合，由此可達到將漿液混合和均勻攪拌的雙重目的。馬麗散注漿材料反應速度快、膨脹倍數高，可快速施工。具體施工工藝要求:應開深槽(深度不小于50 mm)，以保證灰漿足量且不易溢出，并保持足夠的注漿壓力，同時避免產生裂縫;鉆孔不易穿透裂縫發育通道，多采用騎縫鉆孔以保證漿液的有效擴散。封孔時要提供足夠的注漿壓力，應密實、牢固，且封孔長度在3～5 cm。施工過程中應保證穩定、少流量、高壓力、均勻灌注，直至注漿區域出現較多返漿且漿孔已凝固時，才能停止注漿。分水嶺隧道的二次襯砌承壓力不強，注漿壓力定為0.1～0.3 MPa。

4.3 采用SDUGC修復襯砌表面

新型樹脂基注漿材料——SDUGC，是由聚氨酯預聚體與添加劑(增塑劑、緩凝劑、表面活性劑等)組成的化學漿液(NCO預聚體)。該材料具有極強的粘結力，并能夠與地層形成較為緊密的結合，而且具有很強的柔韌性，能有效地封堵水流和加固處理區域。用注漿設備如灌漿泵將此種材料注入混凝土襯砌縫隙或疏松多孔性材料中時，NCO預聚體與縫隙或材料中的水分子接觸后發生聚合反應，最終在襯砌的縫隙中或孔隙間形成結合體。聚氨酯化學灌漿材料主要有兩大系列:水溶性(親水型)和油溶性(疏水型)。SDUGC屬油溶性聚氨酯，其結合體有很高的強度、極強的抗滲性以及較小的彈性。這些特點決定了其適合用于靜水環境下混凝土縫隙的防滲堵漏。而水溶性聚氨酯灌漿材料親水性好、包水量大、彈性大，適合用于動水環境下縫隙的灌漿堵漏。有時也根據實際情況將二者按比例混合使用。

4.4 隧道堵漏治理情況

分水嶺隧道堵排注漿施工整治效果如圖9所示。通過對分水嶺隧道(下行)治理效果抽樣檢查，主要是是鑿開環向縫騎縫位置和縱向縫混凝土進行鉆孔取芯觀察，發現壁后空洞注入馬麗散化學注漿材料以及施工縫表面噴抹SDUGC樹脂防水材料都能很好地填充到裂縫中，說明該材料止水效果明顯。

圖9 分水嶺隧道滲漏水注漿堵水效果

5 結語

對沈丹線分水嶺隧道(下行)滲漏水病害予以調查，利用高精度地質雷達對病害進行了探測。依據隧道滲漏水的不同成因，提出了堵、排、截、引相結合的綜合治理措施。

經過嚴格的注漿材料比選，選定適合東北嚴寒地區隧道滲漏水動水條件下快速封堵的化學漿材馬麗散和樹脂基SDUGC表面噴抹材料，取得了良好的整治效果，使隧道滲漏水從根本上得到了治理，冬季再沒出現結冰現象。

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