隧道堵漏施工对运行间抗震动扰动的处理

关键词：隧道；震动扰动；防水堵漏；补强加固；刚柔相济

 

0 前 言

      高铁隧道采用无砟轨道、整体道床技术来适应动车组的高速运行，动车组高速通过隧道的时候，对整体道床、仰拱、二衬都有震动扰动并产生很强的压缩风扰动隧道二衬；地铁车组在通过区间隧道和车站的时候，给二衬和仰拱同样也带来很大的震动扰动，并且如果地铁的顶部是市政路面，路面上有汽车通过的时候也对地铁隧道的结构带来一定的震动扰动，地铁是地上和地下双重震动扰动的运营环境；铁路公路隧道运营后同样也受到火车和汽车通过时的震动扰动。为适应运行期间隧道这种震动扰动的使用环境，我们提出了结合化学灌浆新技术，进行堵、排、防、截相结合，刚柔相济、因地制宜、综合整治的方案，采用非固化橡胶在诱导缝、变形缝灌浆堵漏，改性耐潮湿低黏度环氧灌浆材料在灌浆堵漏的同时补强加固，以及采取高弹性密封膏封闭裂缝，来整治运营后震动扰动环境下的渗漏水。

 

1 概 论

      隧道堵漏一般都采用无机类灌浆材料，如超细水泥灌浆和水泥水玻璃灌浆，还有采用有机类灌浆材料，采用丙烯酸盐、丙凝和近年大家普遍采用的水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯灌浆材料来堵漏，以及采用混凝土表面开槽排水的办法，在隧道运营后又出现了渗漏，然后继续堵漏再渗漏。其实以上这些方法用于地下室等静态使用环境时是有效的，可以把渗漏水整治好，即使在隧道堵漏施工中用这些方法堵漏后，刚开始还是有效果的，但是运营中震动扰动一段时间后又出现渗漏。这是因为在堵漏材料和施工技术选择上没考虑到震动扰动这样的运营环境，以及考虑堵漏的同时没有考虑补强加固的技术。当人防工事和民用建筑地下室是静态的不一样，以前把人防堵漏的施工方法和民用建筑地下室堵漏的技术照搬运用到隧道结构堵漏上来，采用抗变形、抗疲劳震动变形差的水泥基类或聚氨酯类等灌浆材料堵漏，当时能起到堵漏的效果，经过2～3个月运行震动后，又会出现渗漏。裂缝表面开槽 8～10 cm深来排水或浅表层灌浆，这个在静态的人防工事和民用建筑地下室可以用，但在不均匀动态的地铁结构物上，封闭的裂缝会因火车、汽车经过的谐振和不均匀动态后，又会在原裂缝上开裂渗漏，治理效果很不好。并且，人防使用的丙凝灌浆材料有毒，是致癌物质，已经明令禁止使用在公路、铁路隧道及地铁等地下工程中。表面开槽浅层排水和灌浆只是在混凝土厚10 cm 的位置灌浆堵水，混凝土的大部分裂缝中还是含水，对混凝土进行侵蚀和腐蚀，长期以往，在火车、汽车的震动扰动下，会使缝隙变大并腐蚀混凝土中的钢筋，造成锈涨开裂等问题，在1～2 年后会再出现渗漏，并影响混凝土的结构和使用安全。我们采用的是深层灌浆，使混凝土裂缝中全部填满环氧类灌浆液，把水全部赶出混凝土，使水侵蚀不了混凝土内部，整个混凝土变成了一个整体，利用环氧高粘接力的结构胶作用，起到堵漏的同时又补强加固的作用，形成一个整体后就不怕震动扰动再开裂渗漏了。经过多年的实践和施工，我们总结出了在隧道运行后震动扰动环境下的堵漏技术。

 

2 隧道渗漏水的主要表现形式和原因分析

      渗漏水一般主要出现在结构薄弱处，如施工缝、诱导缝、结构裂缝及混凝土缺陷部位，以及设备安装件的管头、钢筋头、拉筋孔等。

2.1 诱导缝（变形缝、沉降缝）渗漏水

     诱导缝（变形缝、沉降缝）渗漏水产生的主要原因为结构沉降或变形不均匀可能撕裂内外止水带，以及搭接头焊接不牢固、施工时遭破坏穿洞等，如遇外防水也存在隐患而失效，就造成变形缝漏水；止水带一侧的混凝土很难振捣密实或过振；当混凝土在夏季高温季节浇筑时，昼夜温差较大，由于结构收缩而导致诱导缝（变形缝、沉降缝）处止水带一侧出现空隙，从而形成渗水通道，导致诱导缝（变形缝、沉降缝）漏水。

2.2施工缝渗漏水

      有以下几种情况可能造成施工缝渗漏：（1）隧道结构混凝土浇筑前纵向水平施工缝面上的泥砂清理不干净；（2）纵向水平施工缝凿毛不彻底，积水未排干；（3）施工缝处钢板止水带未居中或接头焊接有缺陷；（4）施工缝混凝土浇筑时漏浆或振捣不密实；（5）隧道现浇二衬施工缝止水带安装不到位，振捣造成止水带偏移。

2.3 结构裂缝渗漏水

      现浇二衬也会因各种原因出现结构裂缝，施工过程中材料使用不当（原材料质量差、配比不合理）、施工质量缺陷（拆模早、养护不及时、混凝土离析）、外界环境（温度、湿度）不良影响等因素都有可能引起混凝土产生结构裂缝。

2.4结构面混凝土缺陷渗漏水

      结构面混凝土缺陷主要是由于振捣方法不当或者模板质量缺陷等导致混凝土浇筑不密实形成的质量缺陷，当外界水压大于此处混凝土抗渗压力时就出现漏渗水现象。主要表现为点渗漏和面渗漏，以及设备安装件的管头、钢筋头、拉筋孔等预埋件渗漏。

 

3 主要针对性方案

     根据裂缝形成的原因和造成渗漏的原因，再根据地下结构的使用功能和使用环境，采用不同的方法、工艺及材料进行综合整治。

3.1伸缩缝（诱导缝、变形缝）渗漏水治理

      把裂缝中的水驱除到结构背后去，起到恢复橡胶止水带等原来防水设计要求的作用，即使变形伸缩也不会渗漏。

      对变形缝采用钻孔（直径 28～32 mm 孔）法对结构深层注浆，在缝中填满特种耐变形非固化橡胶，把水堵住后，再在伸缩缝表面沿缝凿 2 cm 宽，1～2 cm 深的槽，填塞聚氨酯高弹性密封膏，最后表面再涂刷丙烯酸防水涂料。

      特种非固化橡胶的粘接性能和抗变形性能非常高，可以抗变形 300%～400%，采用这种方法整治过的地下结构符合了最初设计单位对结构的设计理念和要求。

3.2 施工缝、结构裂缝、冷缝、断裂缝处理

      我们对这些裂缝（隙）采用针孔法对结构深层注浆，在裂缝（隙）中填满低黏度、耐水、耐潮湿的特种改性环氧灌浆料，恢复此片面积混凝土的密实度和结构整体性，把水挤出结构的裂隙和空隙。

3.2.1 方法简述

      用微损的办法———针孔斜侧钻孔法灌低黏度耐潮湿改性环氧树脂灌浆材料堵漏的同时补强加固。灌浆材料要求采用快速固化、无溶剂、低黏度、耐潮湿、耐水的改性环氧树脂灌浆类等化学灌浆材料，如 CH-4D、HK-UW-3、HK-WG23 以及HK-G2等。

3.2.2 施工步骤

      （1）清理：用钢丝刷清理表面，再用空压机把表面吹干净，仔细检查、分析裂缝的情况，确定钻孔的位置、间距和深度。

      （2）钻孔：使用大功率冲击电锤等钻孔工具沿裂缝两侧交叉进行钻孔，孔距25～30 cm，钻头直径为 10～14 mm，钻孔角度不宜大于 45°，钻孔深度不大于结构厚度 2/3，钻孔须穿过裂缝，但不得将结构打穿，钻孔与裂缝间距不大于结构厚度的 1/2。

      （3）洗缝：用空压机向灌浆嘴内吹风，将缝内细小粉尘吹洗干净，并观察裂缝的情况。

      （4）埋嘴：在钻好的孔内安装灌浆嘴（又称之为止水针头，有回止阀的结构），并用专用内六角板手拧紧，使针头后的膨胀螺栓胀开，封闭裂缝表面，留观测孔和泄压出气孔以及流水的引流措施。

      （5）灌浆：使用高压灌浆机向灌浆孔（嘴）内灌注环氧树酯浆料，从下向上或一侧向另一侧逐步灌注，当相邻孔或裂缝表观测孔开始出浆后，保持压力 10～30 s，观测缝中浆料的情况，再适当进行补灌。

      （6）拆嘴：灌浆完毕，确认环氧树酯完全固化后即可去掉或敲掉外露的灌浆嘴。清理干净已固化的溢漏出的灌浆液。沿缝开V 型槽，清理后保持干燥干净，涂刷专用界面剂，再填塞聚氨酯密封膏，用砂磨机清理表面，涂刷丙烯酸树脂弹性涂料，基本恢复原表面色泽。环氧有很强的粘接强度，可防止因震动扰动变形重新出现渗漏，即GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》中的“刚柔相济”。

3.3结构面大面积不密实渗漏水治理

      设备安装件的管头、钢筋头、拉筋孔等预埋件渗漏的治理。

     （1）渗漏水较大时，先灌注聚氨酯灌浆材料，辅助灌浆先止水；然后再补充灌注改性低黏度耐水耐潮湿环氧灌浆料补强加固（工法同裂缝灌浆）。

     （2）对麻面渗水采用梅花型针孔灌浆法灌注改性低黏度耐水耐潮湿环氧灌浆料堵漏和补强加固（工法同裂缝灌浆）。

     （3）对微细空隙（空隙在 0.01 mm 以下）渗漏，无法灌浆的渗漏部位，涂刷水泥基渗透结晶型防水材料。KRYSTOL T1&T2是一种在混凝土或其它水泥基材料表面以涂刷方式使用的渗透结晶型防水材料，使可以渗透的结晶体填满渗漏部位细小的渗水通道。

      （4）用以上 3 种方法恢复此片面积混凝土的密实度和结构整体性，把水挤出二衬的裂隙和空隙。最后再用水泥基YYA 刚性抗渗砂浆喷涂或刮涂，增加结构的抗渗效果，起到防水加固的作用。

      （5）管件钢筋头等预埋件的根部堵漏完成后，再开槽填密封膏。

      最后采用风钻或大功率电锤在二衬、仰拱漏水严重的位置把二衬钻透泄压排水，形成了新的有效排水盲管，即 GB50108—2008中要求的“堵排结合”的原则。

 

4 抗震动扰动堵水和加固方案的主要材料

4.1 非固化橡胶灌浆材料

      产品性能：（1）不固化，固含量大于 99%，施工后始终保持原有的弹塑性状态；（2）粘接性强，可在潮湿基面施工，也可带水堵漏作业，与基材保持良好粘接；（3）柔韧性好，对基层变形、开裂适应性强，在变形缝处使用有明显优势；（4）自愈性强，施工时材料不会分离，可形成稳定、整体无缝的防水层，施工及使用过程中即使出现防水层破损也能自行修复，阻止水在防水层流窜，保持防水层的连续性；（5）无毒、无味、无污染，不燃烧，耐久、防腐、耐高低温；（6）施工简便，可在常温和 0 ℃施工。

4.2耐潮湿改性环氧灌浆料

      HK-G环氧灌浆材料是一种黏度低、渗透性好、强度高、耐水耐潮湿基面、粘接强度高、操作方便的双组份灌浆材料。可以对混凝土结构中的微细裂缝、施工缝、冷接缝进行灌浆处理，从而恢复结构的整体性，达到防渗、补强、加固的目的。

      产品特性：（1）黏度小，可灌性好，可以灌注 0.2 mm 左右的细缝；（2）和混凝土的粘接强度高，一般大于混凝土本身的抗拉强度；（3）浆液固化后的抗压强度和抗拉强度都很好，有较好的补强加固作用；（4）浆液具有亲水性，对潮湿基面的亲和力好；（5）凝固时间可以在数小时至数十小时之内（常温）调节；（6）操作方便，不需繁杂配制。只需将 A、B 组份按比例均匀混合后即可灌浆。

4.3 抗震动扰动的填塞型防水密封膏 KT8505

      产品特点：（1）固结体致密，弹性好，延伸率大；（2）与基面粘接力强；（3）固化时间短，25 ℃不大于 5 h；（4）抗垂挂性能好，在立面、倾斜面施工不流挂。

主要性能指标：A 组份为棕色粘稠液体，B 组份为灰色膏状物，密度（1.55±0.1）g/cm3，表干时间      ≤10 h，下垂度≤3 mm，拉伸模量≤0.4 MPa，定伸粘接性测试无破坏。

 

5 结 语

      采用非固化橡胶在变形缝灌浆堵漏的使用，恢复了变形缝中橡胶止水带的功能，采用改性耐潮湿、低黏度环氧灌浆材料在施工缝和不规则裂缝中使用，灌浆堵漏的同时又能补强加固，使用高弹性密封膏封闭裂缝，以及刚性防水抗渗砂浆的使用，都能很好地整治隧道运营后震动扰动环境下的渗漏水。

      材料与工艺的结合，是个永恒的发展和创新历程，取材料之优，用工艺之长，通过多个工程项目的施工，取得了一定的经验，成功运用到武广高铁、京沪高铁、广深港高铁、石武高铁的隧道堵漏中，经受了运行后震动扰动使用环境的考验。在南京地铁、深圳地铁、大连地铁也得到了成功应用，在四川青川的公路隧道和云南的高速公路隧道以及铁路隧道都进行了成功应用，收到了良好的效果。