下穿鐵路頂進箱涵裂縫化學注漿工程實踐與思考

朱傳俊 中國鐵路上海局集團有限公司上海大修段

1 前言

頂進箱涵工藝是下穿既有鐵路隧道施工的主要工法，對于此類下穿鐵路隧道工程，在混凝土的澆搗預制過程中，以及在箱涵頂進就位過程中，會不可避免產生或多或少的裂縫，很多裂縫是貫穿的，下雨天或有地下水位影響時，就會產生滲漏。如果長期滲漏，導致裂縫處鋼筋活化銹蝕明顯加快，可能破壞預制鐵路箱涵結構的整體性和耐久性，因此引起鐵路單位重視和積極治理。

2 裂縫成因

混凝土開裂原因，主要有混凝土施工階段混凝土塑性收縮、沉降，水泥水化反應自收縮，養護干燥收縮，以及水化熱溫度開裂等原因；另外在使用階段過載、鋼筋銹脹，以及堿骨料反應膨脹開裂等原因。

鐵路頂進箱涵側墻鋼筋混凝土較厚較高較長，水泥水化前期放熱量較大，放熱速率較快，混凝土內部溫升峰值較高，形成內外溫差梯度較大，產生較大的收縮量，特別是較長的箱體開裂風險較高，形成較多的垂直環形裂縫。

鐵路頂進箱涵到位后列車的振動等早期荷載會加速上面收縮或膨脹裂縫的貫通。

3 鐵路箱涵裂縫修補方法選擇

裂縫修補工藝很多，但是大體可分為三類：①表面涂膜防水法②縫隙切割崁縫密封法③裂縫化學注漿法。下穿鐵路箱涵多為清水混凝土墻面，采用背水面涂膜防水法和縫隙切割崁縫密封法，都會對箱體結構表面形成破壞，影響美觀性。

裂縫化學注漿工藝一般可分為“斜鉆孔穿截高壓注漿法”和“針眼騎縫貼嘴低壓注漿法”兩種。

鐵路箱涵裂縫修補堅持對結構最小損傷，采用“針眼騎縫貼嘴低壓注漿法”工藝，灌注粘結性好的耐久性強密封漿液。少量局部的地方補充采用其它的縫隙修補方法。

4 針眼騎縫貼嘴低壓注漿法基本原理

首先設計相應的注漿貼嘴，以針尖幫助貼嘴定位，保證貼嘴通道與縫隙對正，通過環氧膠泥等粘接材料，在裂縫線路上間隔200 mm-350 mm粘貼注漿貼嘴，膠泥通過錨固孔的上下錨固原理，使其牢固的粘接在裂縫混凝土表面，同時能夠承受注漿器的注漿壓力。再采用膠泥或者雙快水泥等批刮密封貼嘴之間的袒露裂縫，密封寬度為50 mm-80 mm，從而使得裂縫外部完全封閉。

貼嘴法則是通過注漿器自動完成注入，一般為低壓。在注入過程中始終保持約0.3 MPa的壓力，能實現將修補材料注入到寬僅0.02 mm的裂縫末端。同時，緩慢均勻的壓力可以將裂縫中積存的空氣壓入混凝土的毛細孔中，并通過混凝土的自然“呼吸”作用排出，有效地避免產生氣阻，從而確保填充質量。

該方法讓漿液在壓力的作用下長時間不斷向前浸潤，讓裂縫的主干道或微細末梢等能較為飽滿的填充。高壓較難對微細末梢進行填充。因此我們一般優先選用“貼嘴法”進行注漿，優先選用粘度較小的親水環氧等漿液，以求漿液滲透深入大小裂縫，獲得最充分的固結范圍效果。

5 “貼嘴低壓注漿法”灌注研究及性能影響因素

5.1 漿液在裂縫中的走向

為了更好地實現密封性能，我們首先需要弄清楚漿液的走向性。在箱涵裂縫中，如果縫隙均勻順暢連續，那么漿液往前后左右上下的灌注深度應該保持一致，

但是在頂進箱涵的裂縫，縫隙寬度不一，即使是一條裂縫，也存在寬度的區別，有時候甚至差異很大，為了達到理想的效果和狀態，我們在選擇合適工法的基礎上，更要著重選擇材料，只有工藝材料的雙重結合，才能更好的對裂縫進行治理。

5.2 漿液灌注性能的影響因素

每種漿液都有其適用范圍，科學合理的使用漿液往往達到事半功倍的效果，而最直觀的原因就是不同的漿液，灌注性能不一樣，針對的裂縫情形不一樣，漿液是否灌得進，灌入的連貫性如何，灌注的是否飽滿，和混凝土的粘接是否牢固，都是我們需要著重實驗研究的。

（1）漿液粘度

漿液粘度是最表觀的體現，通過肉眼和攪拌就能很清晰的反映，一般在相同環境，相同灌注壓力下，粘度越低的漿液越容易灌入，灌入速度也相對較快。

在等寬的標準裂縫灌漿，高粘度的漿液，進漿效率低，微小的粘度區別對于效率影響不大，但是在達到某個粘度臨界點后，進漿效率開始大幅提高，而這臨界點，就是我們用來選擇漿液的標準之一。

（2）漿液的表面張力

液體的表面張力決定了附著在固體上的行進速度，在同樣的外力作用下，表面張力越大，行進速度越快。例如水和油，水在荷葉上能形成水珠，快速的滾動，而油不行，這就是因為水的表面張力大于油。同樣的，漿液的表面張力也是影響漿液灌注速度的因素之一。

張力對于進漿影響較平緩，一般情況下，我們認為表面張力越大的漿液，進漿性能越好。但是這也不是絕對的，因為還有粘度，附著性能等各因素的影響，所以各個指標是一個綜合選擇的過程。

6 鐵路箱涵“貼嘴法”工程實踐和創新

6.1 鐵路箱涵的漿液工程實踐

過去近10年鐵路箱涵裂縫貼嘴法注漿工程實踐中，鐵路箱涵的開裂情況，每個地區，每個工程都不一樣。需要對每個工程裂縫情況進行勘測和分析以后，進行現場多次試驗，記錄進漿量，計算灌漿深度，取芯確認灌漿深度和固結情況，達成設計目標再開展工程。

6.2 潮濕基面的貼嘴創新

對于一條貫穿裂縫，不管現在滲漏的部分，還是現在暫時不滲漏部分，都需要進行全線的灌注。暫時不滲漏的部分，環氧貼嘴非常容易，在加固領域也會采用這樣的方法對裂縫灌注環氧漿液，實現對裂縫的補強。

但是潮濕和滲漏狀態，貼嘴就會松脫，導致貼嘴注漿的失敗。通過反復試驗，我們采用潮濕粘結的親水環氧膠泥，在引流、分步及加快膠泥凝固速度等措施下，可以實現有效的滲漏縫隙貼嘴，使其能承受注漿器的注漿壓力，其它部位通過雙快水泥也可實現補充封閉。

這樣針對鐵路箱涵部分滲漏的裂縫，終于可以全線完整的貼嘴封閉從而達到注漿目的。

6.3 現場調解漿液的可灌性

無溶劑親水環氧漿液，一般對于裂縫寬度大于0.3 mm的裂縫都能實現進漿。在細微滲潮的縫隙，親水環氧漿液能將水擠出置換，或者推向底土方向。因此大部分貼嘴法灌注不同粘度的親水環氧漿液，對縫隙實施密封的同時，還可以受力傳遞補強。因此灌注后取芯試件，壓力破壞時，再次破壞面不在原裂縫界面上。

對于越細的縫隙，需要選擇粘度極低的親水環氧漿液，并且能緩凝漿液的凝固時間，能有40 min-80 min的灌漿時間。對于較寬的縫隙，需要選擇粘度較大的親水環氧漿液，凝固速度較快。

但往往是較小的縫隙，漿液可灌性受阻，特別是在冬季，氣溫較低時，漿液的粘度更大，可灌性更差。現場可能通過加熱提高漿液的溫度到20℃，甚至25℃，來提高漿液的可灌性，也可同時提高一點灌漿壓力。

溫度高低會直接影響漿液反應時間的快慢，特別是在低溫環境下，漿液活性較差，粘度較高，正常溫度下可以灌入的漿液會出現灌不進的情況，所以根據漿液的特性，溫度較低時，可以提前預熱，溫度較高時，要實驗反應時間是否來得及施工，及時調整工序。

6.4 多樣化的漿液選取

表1 丙烯酸鹽漿液性能參數

表2 裂縫寬度對應的漿液及工法選擇對應表

由于混凝土原材料的問題，我們也發現縫寬小于0.3 mm的微小縫隙，就像一根細線，但是長期無法自愈，為此一直在尋找粘度較低的親水環氧漿液，希望能通過低粘度和較大的表面張力，達成灌入到細小縫隙的目的。最終找到一款粘度只有60 cps且具備施工性的環氧漿液。

經過現場的實驗和實踐，這款環氧漿液的粘度優勢的確可以灌入到較小的裂縫中，但是依然會出現極小裂縫灌不進的情況，在此前提下，我們又試驗了國外用于結構縫隙修補的粘彈性丙烯酸鹽，具有比親水環氧漿液更低的粘度，而且水為溶劑，具有更大的表面張力和可灌性。通過緩凝劑將漿液凝固時間調整至40 min-60 min，采用貼嘴法對這些親水環氧漿液無法灌入的細小縫隙實現成功灌注，并觀察至今已有3年，未出現滲漏情況。這是一次大膽的嘗試，不僅是漿液的更新，更是工法和漿液搭配的成功案例。具體見表1、表2所示。

6.5 裂縫環境漿液的選擇

根據多年的鐵路下穿箱涵裂縫堵漏實踐發現，除了材料本身固結體的自身耐久性能外，所處環境也是影響材料耐久性的關鍵因素，所以根據箱涵裂縫容易出現的代表性現象，粗略總結以下各環境下的漿液選擇，具體見表3所示。

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7 總論

裂縫的化學灌漿是一個值得長期跟進研究的課題，不同工程的裂縫修補，都有其獨特的環境和特性，每個項目都是一個獨立的課題現場，的確頗有挑戰，只有理清了裂縫的基本特征，了解各種漿液的性能特點，在不違背漿液本身的基本原則和標準的前提下，結合現場的實驗和后期的總結，積極學習研究國內國外的新型漿液、工法和設備，科學應用，循序漸進，步步為營，才能逐漸找到更好的處理方案和思路，然后在后續的工程項目中加以改進，通過不斷的學習和實踐，將國內裂縫修補技術提升到更高的層面。