化學(xué)灌漿技術(shù)在隧道接縫防水處理中的應(yīng)用

任秉龍

(山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心(有限公司) 太原市 030006)

化學(xué)灌漿技術(shù)屬于一種加固技術(shù)，也是一種防水處理技術(shù)，利用化學(xué)漿液的可灌性、抗?jié)B性、防水性，通過鉆孔灌漿的手段，實(shí)現(xiàn)防水或加固的目的，由于該技術(shù)具有處理效果好、易操作等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中[1]。一些高緯度地區(qū)的鐵路隧道在修建完畢后，普遍出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著隧道結(jié)構(gòu)的使用壽命和行車安全。此次提出將化學(xué)灌漿技術(shù)應(yīng)用到隧道接縫防水處理中，通過灌漿前隧道勘查、選擇化學(xué)灌漿材料、計(jì)算化學(xué)灌漿量、設(shè)計(jì)化學(xué)灌漿孔、實(shí)現(xiàn)防水處理五部分研究分析，解決隧道接縫漏水問題，形成一種基于化學(xué)灌漿技術(shù)的隧道接縫防水處理方法，并總結(jié)該方法的使用效果，為隧道工程提供科學(xué)的施工依據(jù)。

1 基于化學(xué)灌漿技術(shù)的隧道接縫防水處理方法

1.1 灌漿前隧道勘查

在使用化學(xué)灌漿技術(shù)對隧道接縫防水處理之前，要對待處理隧道進(jìn)行勘查，明確化學(xué)注漿地層的情況，為后續(xù)隧道接縫處理奠定基礎(chǔ)。需查清隧道周圍各土層的地下水情況，了解灌漿范圍內(nèi)是否有河床水，地下水層界面是否有松軟地帶，如果有還要明確松軟程度，為了防止在化學(xué)灌漿過程中出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，對隧道地下水的具體流動(dòng)方向、水溫、縫隙水壓、流動(dòng)速度以及地下水位等水文特征都要進(jìn)行勘查，并且根據(jù)調(diào)查資料繪制出化學(xué)灌漿范圍內(nèi)的隧道地層剖面圖[2]。檢測出各個(gè)土層的特性數(shù)值，特別是土層的粒度分布、地層滲透性、空隙比等，以此為依據(jù)選擇合適的灌漿材料，并且還要對灌漿范圍內(nèi)的地上建筑和地下掩埋物進(jìn)行清查，為后續(xù)注漿孔設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確依據(jù)。除了以上需要勘查的內(nèi)容之外，還要明確化學(xué)灌漿地層中是否含有酸堿性物質(zhì)，因?yàn)樗釅A性物質(zhì)會(huì)對灌漿材料進(jìn)行腐蝕，直接影響到最終隧道接縫防水處理效果，所以需要采取部分地層土壤樣本進(jìn)行PH值測定，如果經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)地層中有強(qiáng)烈的酸堿性物質(zhì)，在選取灌漿材料時(shí)要選取抗腐蝕性強(qiáng)的材料[3]。通過以上對隧道灌漿前的勘查，有助于提高化學(xué)灌漿技術(shù)的應(yīng)用效果。

1.2 選擇化學(xué)灌漿材料

化學(xué)灌漿材料是否合理將直接關(guān)系到隧道接縫防水處理效果。由于隧道結(jié)構(gòu)特征，使得隧道接縫與其他建筑結(jié)構(gòu)接縫有所不同，隧道接縫具有一定的伸縮性，所以針對以上對隧道接縫的分析，選用SK-LD系列的聚氨酯灌漿材料，該材料能適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)壓力作用下的變形，它的抗變形強(qiáng)度能達(dá)到120MPa，比其它灌漿材料高出數(shù)倍，并且能在短時(shí)間內(nèi)迅速凝固，具有較高的抗腐蝕性和抗高溫性，能達(dá)到隧道接縫防水處理的目的[4]。

1.3 計(jì)算化學(xué)灌漿量

化學(xué)灌漿量取決于灌漿范圍內(nèi)的土層性質(zhì)和灌漿材料的滲透性。對于化學(xué)灌漿量的計(jì)算，以1m3灌漿面積為例，其計(jì)算公式如下：

Q=p×n×α×(5+β)

(1)

式(1)中，Q表示1m3化學(xué)灌漿量，p表示有效灌漿半徑，n表示灌漿地層的間隙率，α表示灌漿率，β表示隧道接縫安全系數(shù)[5]。在計(jì)算過程中，灌漿率是一個(gè)固定值，它的取值與地層土質(zhì)和SK-LD1聚氨酯黏度有關(guān)系，表1為不同地層土質(zhì)和灌漿材料黏度下的灌漿率取值。

1.4 設(shè)計(jì)化學(xué)灌漿孔

化學(xué)灌漿孔的設(shè)計(jì)是確定每個(gè)孔的間距和孔徑大小，通過合理的灌漿孔設(shè)計(jì)避免在灌漿范圍內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)灌漿以及漏灌漿現(xiàn)象，保證化學(xué)灌漿技術(shù)對隧道接縫防水處理的質(zhì)量[6]。當(dāng)灌漿材料通過孔位到達(dá)接縫處后會(huì)隨著滲透系數(shù)的增大而擴(kuò)散，傳統(tǒng)灌漿孔徑的計(jì)算方法因地質(zhì)條件的復(fù)雜多變使計(jì)算參數(shù)比較難校準(zhǔn)，導(dǎo)致常常出現(xiàn)較大的設(shè)計(jì)偏差[7]。此次對于化學(xué)灌漿孔的設(shè)計(jì)采用工程類比方法，通過現(xiàn)場對隧道驗(yàn)算選取合理的孔徑，一排灌漿時(shí)，每個(gè)孔的間距控制在0.5～2.0m范圍內(nèi)；二排灌漿時(shí)，其灌漿孔間距計(jì)算公式如下：

(2)

式(2)中，d表示灌漿孔縱向間距，R表示有效灌漿直徑，r表示灌漿孔直徑。圖1為化學(xué)灌漿孔設(shè)計(jì)圖。

1.5 實(shí)現(xiàn)防水處理

在完成上述工作后，開始對隧道接縫進(jìn)行灌漿防水處理，其處理步驟為：清除隧道裂縫內(nèi)殘留物，根據(jù)灌漿孔設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鉆孔，注入灌漿材料，嵌縫，封孔，以此實(shí)現(xiàn)化學(xué)灌漿技術(shù)對隧道接縫防水處理。

第一步，清除隧道裂縫內(nèi)殘留物：在灌漿之前需要對隧道接縫處進(jìn)行清潔，確保灌漿材料能與接縫直接接觸，根據(jù)隧道現(xiàn)場施工情況，用專用鉤子勾取出接縫處的殘留物，再用高壓水對接縫進(jìn)行沖洗，盡可能保證隧道接縫干凈清潔[8]。

第二步，根據(jù)灌漿孔設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鉆孔：根據(jù)隧道地層特征，采用合適的電錘進(jìn)行鉆孔，具體的孔徑大小和孔位間距按照預(yù)先設(shè)計(jì)的灌漿孔設(shè)計(jì)圖施工。如果存在開度較小的伸縮縫，可以沿著伸縮縫縫隙布置一定數(shù)量的騎縫孔，騎縫孔的孔深要超過預(yù)先設(shè)計(jì)的止水帶，通常情況下為50cm。當(dāng)所有的灌漿孔鉆取完畢后，還要在孔內(nèi)埋置長度大約45cm的灌漿管，灌漿管通常選用鋁管或氧氣管，避免灌漿材料與孔壁發(fā)生接觸。

第三步，注入灌漿材料：當(dāng)灌漿孔鉆取完畢后采用手搖泵緩慢地將灌漿材料注入到孔內(nèi)，直到所有鉆孔內(nèi)都注滿灌漿材料為止。

第四步，嵌縫：嵌縫的目的是為了防止出現(xiàn)跑漿、冒漿的現(xiàn)象，保證隧道接縫處能被灌漿材料填充。

第五步，封孔：封孔是灌漿工藝的最后一步，當(dāng)完成孔內(nèi)灌漿10min后，采用鉛絲綁扎對鉆孔進(jìn)行封孔，防止灌漿材料外流。并且在兩天后對灌漿孔修補(bǔ)平整，以此實(shí)現(xiàn)了隧道接縫防水處理。

2 實(shí)驗(yàn)

為了證明此次提出的基于化學(xué)灌漿技術(shù)的隧道接縫防水處理方法的有效性，將其與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)此次提出方法的防水性。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

化學(xué)灌漿技術(shù)的主要目的大致分為三種，一是防水；二是加固建筑結(jié)構(gòu)；三是防腐。此次研究的方法主要是隧道接縫防水處理，所以此次實(shí)驗(yàn)以防水性能作為兩種方法的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹４舜螌?shí)驗(yàn)以某隧道為實(shí)驗(yàn)對象，將隧道的接縫任務(wù)分成兩份，共分五次處理完成，運(yùn)用兩種方法對其進(jìn)行處理，在所有隧道接縫進(jìn)行防水處理完畢后，對隧道接縫防水等級進(jìn)行驗(yàn)收。

2.2 結(jié)果分析

將基于化學(xué)灌漿技術(shù)的隧道接縫防水處理方法用方法1表示，將傳統(tǒng)方法用方法2表示，表2為兩種方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表2 兩種方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2中可以明顯看出，在對隧道接縫防水處理后，此次提出的方法無任何滲水現(xiàn)象，且表面無水漬，根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB 50108-2016規(guī)定，地下工程無滲水，且結(jié)構(gòu)表面無濕漬，符合一級防水等級標(biāo)準(zhǔn)。而傳統(tǒng)方法處理過后，大部分的接縫仍出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，根據(jù)上述國標(biāo)規(guī)定，屬于3級防水的等級。實(shí)驗(yàn)證明了此次提出的方法可以取得良好的防水效果。

3 結(jié)束語

化學(xué)灌漿技術(shù)在隧道接縫防水處理中的應(yīng)用，可以封堵像隧道這樣的二次襯砌結(jié)構(gòu)的施工縫漏水，并且具有明顯的效果，有效制止了隧道接縫漏水現(xiàn)象，對解決隧道漏水問題具有良好的應(yīng)用價(jià)值。該項(xiàng)技術(shù)雖然施工成本較高，但極大地減少了隧道后期防水費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。