深层灌浆法在高铁隧道渗漏水病害整治中的应用研究.pdf

铁路与公路四川建筑第43卷第4期深层灌浆法在高铁隧道渗漏水病害整治中的应用研究郝国林，任龙（中国铁路太原局集团有限公司，山西太原0 30 0 0 0）【摘要】文章分析某高铁隧道二衬及施工缝渗漏水原因，通过现场灌注试验研究渗漏水处理方案。根据隧道渗漏水特点及漏水位置，确立“外部排水、散水集中、以堵为主、引排结合”的整治原则，制定打孔引排、水泥基堵漏剂封堵、水溶性聚氨酯深层灌浆、YZ-1环氧系列多功能修补材料面层修补加固的整治方案。经引排封堵处理后，施工缝漏水及裂缝渗水现象消失且无新的渗漏水出现。【关键词】隧道渗漏水；深层灌浆；灌注试验；水溶性聚氨酯【中图分类号】U457*20引言随着国内高铁铁路运营里程的增加，隧道占比越来越高，隧道渗水是运营期常见病害，隧道渗漏水病害层出不穷，多发生在施工缝、变形缝位置 1-5。隧道渗漏水病害伴随着其他病害的发生，特别是渗透至隧道裂纹处导致钢筋锈蚀，严重者可导致衬砌剥离、掉块等病害 6-10 ,严重影响行车安全。高速铁路行车速度快、轨道几何尺寸变形要求高，有必要针对隧道渗漏水病害施工工艺进行深人研究。通过对某高铁线试验运营期发生的隧道漏水情况进行分析，研究施工缝及二衬背后脱空渗漏水施工工艺,取得了很好的整治效果。1工程概况及渗漏水特点1.1工程概况某高铁隧道发生渗漏水区段设计为级围岩,衬砌类型为b 级复合式衬砌,地质情况为泥质灰岩、局部灰岩、弱风化、岩体较完整，中厚层厚层状结构，该区段含少量裂隙岩溶水,渗透系数k=0.2m/d，隧道埋深为2 18.4 2 2 6.7 m之间。自开通运营以来，隧道边墙、道床板部位出现不同程度的渗水现场。特别是2 0 16 年7 8 月出现连续降雨后，该隧道出现了渗漏水现象。1.2渗漏水点分布选取渗漏水严重区段DK223+000-DK223+300作为施工工艺试验段，该区段共有3处漏水点（见图1图3）。第1处为上行DK223+177,渗漏水点位于边墙处，漏水点最大孔直径为0.5cm,水流呈喷射状存在水压;第2 处为上行DK223+182,漏水点位于上行线路中心上方的隧道二衬施工缝处；第3处为上下行DK223+194，漏水点位于上下行线隧道二衬砌施工缝处，存在4处漏水点。2漏水原因分析2.1自然因素该地区7-8 月雨季降雨量最大，7-8 月降雨量累计达118【文献标志码】B左线中线图1隧道边墙漏水点二衬施工缝左线中线招线中DK223+182.3图2 二衬施工缝漏水点300mm，占全年降雨量的8 0%左右。该隧道漏水区段上方存在一条自然水沟,水沟中5处自然积水坑均在线路上方，漏水区段存在裂隙,雨水渗透至隧道衬砌周围形成有压富水区段。2.2施工缺陷隧道上方积水坑雨水渗透至衬砌处形成有压富水区段，而DK223+177、D K 2 2 1+18 2 处防水施工处理不到位，且该区段侧墙纵向盲管堵塞排水，在积水压力作用下导致施工缝定稿日期 2 0 2 2-0 6-0 1作者简介郝国林（198 8 一），男，硕士，工程师，从事铁路养护维修工作；任龙（198 8 一），男，本科，工程师，从事铁路养护维修工作。右线中线！线DK223+177边墙郝国林，任龙：深层灌浆法在高铁隧道渗漏水病害整治中的应用研究二衬施工缝灌浆孔6 2 044左线中线隧道中线拓线中线裂缝或施工缝YDK223+194.2图3 二衬施工缝漏水点处防水失效形成漏水。3整治原则针对隧道衬砌周围形成的有压富水区段及施工缝防水失效的问题，建立“外部排水、散水集中、以堵为主、引排结合”的整治原则。(1)外部排水。针对隧道顶部的积水,对顶部地表冲沟内积水进行疏通引排、封堵裂缝，确保隧道外部山体无坑洼积水，疏通外部排水。(2)散水集中。根据施工缝漏水分散的特点，采取“散水集中”的整治原则，对渗漏水部位的结晶物、松散骨料进行清理。在渗漏水严重的位置安装排水管，周边散水实施封堵措施引入排水管后进行闭水试验。(3)以堵为主。对漏水部位进行注浆封堵,施工堵水材料采用水泥基堵漏剂、深层灌浆采用水溶性聚氨酯灌浆液、面层修补加固采用YZ-1环氧系列多功能修补材料。渗漏水部位根据工况采用不同的材料进行注浆：采用水溶性聚氨酯材料注浆的方式对施工缝部位进行封堵,采用水泥砂浆注浆对二衬背后可能出现脱空的部位进行封堵。(4)引排结合。通过疏通渗漏水区段侧墙纵向盲管、渗漏水口、横向排水管，确保排水通畅。对于排水不通畅的部位，采用钻孔方式进行处理，在漏水位置边墙处适当部位打12 个孔将拱部渗漏水引排。沿电缆槽下部1 0 cm进行钻孔，钻孔采用100mm孔径，钻孔需打穿边墙，深人岩石。对于钻孔困难部位，采用在电缆槽上部2 0 cm处钻孔。钻孔完成后采用8 0 mmpvc管进行深人孔内，pvc管用土工布进行包裹后引入水沟中。4?二衬施工缝部位施工工艺(1)施工准备。施工准备包括技术交底、安全卡控措施的制定以及人员、机具、材料的准备工作。根据现场情况，制定工务、电务、供电设备保护措施。(2)作业平台的搭设。现场确认供电作业人员停电后，采用铝合金脚手架搭设作业平台。(3）钻孔施工。二衬施工缝处理需根据调查的渗漏水分布特点布置钻孔位置。孔位沿渗水部位直接钻孔，采用高压灌浆法，利用深孔、浅孔相结合的方向进行灌浆处理。钻孔间距0.2 0.5 m。孔深视缝一般控制在1 0 2 0 cm（见图4)。(4)散水集中。对散水使用水泥基进行集中封堵,并采图4施工钻孔示意用排水水管引流，确保散水集中效果。(5)孔、缝清理及灌浆塞安装。利用灌浆塞的自膨胀性及其逆止阀的原理，保障灌浆效果。对注浆孔道进行疏通、清理，确保通道畅通。（6)灌浆。灌浆施工过程中要控制灌浆压力及灌浆速率。灌浆压力是控制关键，灌浆压力稳步提高，最大压力控制在0.1 MPa。（7)封孔。封孔材料采用具有柔韧性和抗冲刷能力的聚合物砂浆。封孔施工前要对灌浆孔进行清理，清理后采用改性剂涂刷。（8)混凝土面修补。对使用缝灌浆施工处所进行打磨清理，打磨后次用环氧砂浆修补。(9)伸缩缝缝面处理。为确保伸缩缝的耐久性，需采用接缝防渗材料（表1)对伸缩缝进行封闭处理。表1 接缝防渗材料性能指标检测项目质量要求密度/(g/cm3)规定值0.1表干时间/h24无粘着流动性：光滑平整流平性(L)最大伸长率/%拉伸模量/MPa低温柔型/(10)主要材料的性能指标。施工堵水材料采用水泥基堵漏剂、深层灌浆采用水溶性聚氨酯灌浆液、面层修补加固采用YZ-1环氧系列多功能修补材料。水溶性聚氨酯灌浆液是目前漏水较大的结构缝和裂缝灌浆最优的材料。水溶性聚氨酯灌浆液性能指标如表2 所示。5二衬背后脱空部位注浆施工工艺流程注浆材料使用流动性好、收缩性小、粘结力强、抗渗性好、早期强度高的水泥砂浆。注浆压力控制在1.0 2.0MPa。注浆结束后及时对管口进行封堵，避免倒流。(1)试泵。通过试验注浆泵的状态，确保持续十分钟无故障方可进行注浆施工作业。(2)安装注浆管和止浆塞。注浆施工前，确认钻孔无“孔”现象且注浆管无堵塞方可安装注浆管。注浆施工时，119检验结果单项判定1.2212无粘着光滑平整6030.40.6-30 绕=6 mm无裂缝合格合格/合格无裂缝铁路与公路表2 灌浆液技术性能指标指标水溶性聚氨酯灌浆液材料粘度/(pas)0.1 0.8密度/(g/ml)0.95 1.10膨胀率/%200凝固时间/S20保水倍数倍20毒性聚合体无毒对注浆管和止浆塞固定。注浆施工后，使用孔口盖封闭注浆管，防止杂物堵塞。(3)浆液配制。浆液采用水灰比为0.8 1.0 的水泥浆。浆液配比控制在1:1 0.8:1。(4)注浆。注浆前,对注浆管路进行试验,确认管道的耐压、渗漏水情况，通过注浆机的热备检查管路存在的问题，热备时间为3 0 min。注浆时，注浆位置采用“先边墙，后拱部；由高到低；先四周后中间；先注无水孔、后注有水孔；水流由小到大”的顺序，注浆方位沿着隧道轴线1 2 0 方向进行。依据施工地点的地质条件、渗漏水情况控制注浆量及注浆压力。(5)单孔注浆标准。当达到以下标准时可结束单孔注浆：注浆孔压力保持在1.0 2.0 MPa左右，吸浆量小于0.5L/min，持续时间2 min以上；冒浆位置超出注浆孔3 5m范围；当注浆量达到平均注浆量1.5 2.0 倍。当达不到上述结束标准时，应清空再次注浆。(6)封孔。采用C15混凝土进行封孔处理，保证孔内密实，封孔完毕后标注注浆孔位置。6结论本文基于高速铁路隧道典型渗漏水情况施工工艺进行分析研究，得到的主要结论如下：(1)本次隧道渗漏水主要原因是自然因素、施工缺陷。四川建筑第43 卷第4期导致隧道渗漏水的自然因素为降雨造成隧道外上方形成积水,施工缺陷主要是施工缝防水失效且横向排水盲管堵塞。（2）通过调查掌握隧道渗漏水分布特点，疏通排水盲管、集中引排后，采用深层灌浆法整治渗漏水病害，取得了很好的整治效果，正式开通运营后未发生渗漏水问题。(3)本文中高速铁路隧道渗漏水病害整治施工在试验段进行，可连续要点施工。运营期高速铁路发生隧道渗漏水后，需考虑天窗作业时长，优化施工工艺、统筹安排施工作业组织。1陈立保.山岭铁路隧道渗漏水防治思路及策略J.铁道建筑技术,2 0 1 9(9):1 1 4-1 1 7.2刘新荣，刘坤，钟祖良，等.深埋隧道排水系统非对称堵塞后渗流场的解析研究J.岩石力学与工程学报，2 0 1 7（5）.3曾卫辉.黄土高原梁区隧道渗漏水机理及治理措施研究D.西安：长安大学，2 0 2 1:1-3.4李俊良.地铁盾构隧道渗漏水病害点云自动识别研究D.北京：北京交通大学，2 0 2 1：5 1 0.5秦涛.运营高铁隧道渗漏水整治实例分析J.四川建筑，2 0 1 9(6):121-123.6刘君，谢蒙均，黄丹，等.季节性暴雨后某高速公路隧道病害及整治J.隧道建设，2 0 1 5（5).7谭玉琪.浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降分析J.工程建设与设计，2 0 2 0(2）：1 9 8-1 9 9.8张文达，武雁民，倪晓颖，等.季节性冻土区铁路隧道渗漏水原因分析及整治技术J.铁道建筑，2 0 1 7（1)：1 6-1 99潘红桂.高寒地区运营铁路隧道渗漏水及冻害整治技术研究D.成都：西南交通大学，2 0 1 4:7-1 7.10徐卓宁.寒区铁路运营隧道渗漏水检测与整治技术J.铁道建筑.2 0 1 4(7):7 3 -7 6.11 潘红桂，王志杰，李波，等.高寒地区集包线某运营铁路隧道渗漏水及冻害整治技术J.隧道建设，2 0 1 4（7）：6 9 8-7 0 2.参考文献(上接第1 1 7 页）4唐亮，黄李骥，刘高，等正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验J土木工程学报，2 0 1 4,47（3）：1 1 2-1 2 2.5 王景奇，王雷，华旭刚，等.板桁结合梁涡振性能及抑振措施研究J铁道科学与工程学报，2 0 1 9,1 6（8）：2 0 3 5-2 0 42.6曾满良，王甜，孙秀贵，等杭瑞高速公路洞庭湖大桥主桥设计及关键技术研究J.铁道建筑，2 0 2 0,6 0（2）：40-44.7卢立志，刘勇,张贵明，等.悬索桥板桁结合加劲梁钢-STC 组合桥面支承体系设计优化J.世界桥梁，2 0 1 9,47（1）：1 0-1 5.8王立国，邵旭东，曹君辉，等基于超短栓钉的钢超薄UHPC组合桥面性能J浙江大学学报（工学版），2 0 2 0,5 4（1 0）：2027-2037.9金令，徐升桥，邹永伟，等怀来城市道路跨官厅水库7 2 0 m悬索桥主桥设计与创新J铁道标准设计,2 0 2 0,6 4（6）：6 1-6 8.10宋超，张晖，钟翔，等纤维与外掺料对锚锭混凝土抗裂及抗渗性能影响研究J.铁道建筑技术，2 0 1 9（9)：1-5,1 0.120