鐵路軟巖隧道襯砌裂縫成因及防范措施

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摘要：二次襯砌裂縫是鐵路隧道中較為普遍的質(zhì)量問題，輕則影響鐵路隧道的美感，重則誘發(fā)嚴(yán)重的質(zhì)量問題乃至安全事故，因此加強(qiáng)施工質(zhì)量控制至關(guān)重要。鑒于此，文章以某鐵路隧道工程為依托，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)軟巖的地質(zhì)特點(diǎn)，探討二次襯砌裂縫的成因，據(jù)此進(jìn)一步提出針對(duì)性的防范措施，以起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；二次襯砌；縱向裂縫；裂縫防范

1引言

在隧道襯砌施工及使用過程中，受多方面因素的影響容易產(chǎn)生裂縫，若未在第一時(shí)間采取有效地防范措施，則容易加劇裂縫病害的發(fā)展，從而出現(xiàn)滲水、腐蝕等問題，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性受到影響，難以充分發(fā)揮出隧道襯砌的應(yīng)有優(yōu)勢(shì)[1]。

2工程概況

某雙線鐵路隧道長(zhǎng)14580m，隧洞斷面為圓拱形，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)二襯開裂段所處位置為軟巖大變形地質(zhì)區(qū)，原設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，經(jīng)技術(shù)分析后變更為V級(jí)，根據(jù)該等級(jí)展開復(fù)合式襯砌的建設(shè)工作，以形成初支結(jié)構(gòu)，并設(shè)置VC復(fù)合式襯砌作為二襯使用。初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中設(shè)置I25a型鋼鋼架，按每榀0.6m的間距依次布設(shè)，噴射厚度為32cm的C30混凝土結(jié)構(gòu)層；襯砌采用的是C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，仰拱、拱墻兩部分的厚度分別為65cm、55cm。待初支工作落實(shí)到位后，靠平導(dǎo)側(cè)正線邊墻60°范圍內(nèi)采取徑向注漿處理措施，利用漿液加固。

3二次襯砌裂縫的成因分析

具體來說，在鐵路隧道施工過程中，地質(zhì)條件、混凝土性能、施工不合理等方面都會(huì)造成二次襯砌裂縫。

3.1地質(zhì)條件方面

壓扭性斷層、圍巖應(yīng)力偏高、施工現(xiàn)場(chǎng)地下水等多方面因素均會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力條件帶來顯著的影響，所處位置的地層具有較明顯的軟化特性，其強(qiáng)度相對(duì)較低，伴有膨脹現(xiàn)象，較正常狀態(tài)而言，圍巖、二襯各自所受的壓力均有所增加。

3.2混凝土性能方面

混凝土灌注施工后發(fā)生較明顯的水泥水化熱現(xiàn)象，混凝土的溫度隨之增高。支護(hù)結(jié)構(gòu)與襯砌間有防水材料，由于水化熱而產(chǎn)生的熱量難以快速傳遞，導(dǎo)致該部分熱量被聚集在襯砌表面，此過程中混凝土表面溫度有較為明顯的下降，容易在短時(shí)間內(nèi)降低至常溫狀態(tài)，混凝土有收縮的變化特點(diǎn)，可見襯砌表層形成拉應(yīng)力，隨水泥水化熱的持續(xù)發(fā)生，當(dāng)其超過最大承載能力時(shí)則會(huì)顯現(xiàn)出開裂問題。

3.3施工技術(shù)方面

（1）混凝土質(zhì)量。混凝土是重點(diǎn)施工材料，但原材料質(zhì)量、配合比、拌和時(shí)間等均會(huì)對(duì)其性能帶來影響，從施工的角度來看還與振搗強(qiáng)度等因素有關(guān)。（2）拆模時(shí)間偏早?；炷翆?shí)際強(qiáng)度尚未滿足要求時(shí)便拆模，此時(shí)容易影響混凝土的受力面，可見其有較為明顯的下沉現(xiàn)象，拱圈變形現(xiàn)象開始顯現(xiàn)，進(jìn)一步衍生出拉裂問題。（3）養(yǎng)護(hù)方法不合理。二次襯砌是隧道結(jié)構(gòu)體系中的關(guān)鍵部分，除了做好混凝土澆筑作業(yè)以外，還需要采取養(yǎng)護(hù)措施，在溫濕度等基礎(chǔ)條件均良好的前提下有效提高混凝土的強(qiáng)度，進(jìn)而發(fā)揮出混凝土的工程性能優(yōu)勢(shì)。若養(yǎng)護(hù)方法缺乏合理性，例如未均勻噴涂養(yǎng)護(hù)液，則會(huì)導(dǎo)致局部混凝土的強(qiáng)度偏低，隨之顯現(xiàn)出裂紋[2]。圖1為隧道襯砌裂縫。（4）二次襯砌施工時(shí)間不合理。根據(jù)正常施工進(jìn)度，待一次襯砌與圍巖均處于穩(wěn)定的狀態(tài)后方可進(jìn)入二次襯砌施工環(huán)節(jié)，但在部分工程中，為趕工期而急于組織二次襯砌的施工，此時(shí)混凝土所承受的變形壓力有所增加，不利于混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，易出現(xiàn)后期開裂現(xiàn)象。

4二次襯砌縱向裂縫的防范措施

4.1錨桿防范措施

（1）拱墻錨桿+C35鋼筋混凝土套襯。拱墻施工選用的是長(zhǎng)度為5.0m的Φ32mm自進(jìn)式錨桿，遵循梅花形布置的原則，環(huán)向、縱向間距均為1.5m；邊墻腳處依然采用相同直徑的自進(jìn)式錨桿，但長(zhǎng)度調(diào)整為3.5m，縱向間距按1.0m控制；待襯砌成型后，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上按照0.4m×0.4m的間距設(shè)置Φ12mm鋼筋釬釘，保證該構(gòu)件可以深入襯砌內(nèi)30cm；并根據(jù)現(xiàn)有襯砌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置C35鋼筋混凝土套襯，厚度按25cm控制。（2）C35鋼筋混凝土套襯+鎖腳錨桿。邊墻腳施工選用的是長(zhǎng)度為3.5m的Φ32mm自進(jìn)式錨桿，按縱向間距1.0m的標(biāo)準(zhǔn)依次設(shè)置；待襯砌成型后，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上按照0.4m×0.4m的間距設(shè)置Φ12mm鋼筋釬釘，深入襯砌內(nèi)30cm；此外，根據(jù)現(xiàn)有襯砌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)置C35鋼筋混凝土套襯，厚度按25cm控制。（3）針對(duì)襯砌開裂問題則可以采用環(huán)氧漿液注漿和環(huán)氧砂漿封縫兩種方法，經(jīng)多重作用后有效封堵裂縫。在時(shí)間推移之下水分侵蝕現(xiàn)象逐步明顯，加之鋼筋腐蝕等多重因素的共同作用，原本小范圍的裂縫開始變寬、變深，嚴(yán)重影響襯砌的正常使用。對(duì)此，需要在裂縫表面刷涂漿液，有效封堵裂縫，減小外部因素對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，阻止裂縫的擴(kuò)大[3]。涂液方面可以選擇環(huán)氧樹脂漿液，或是根據(jù)實(shí)際需求轉(zhuǎn)為YZJ—1型結(jié)構(gòu)膠，在合理施工后均可以取得較為良好的封堵效果。

4.2裂縫注漿

在針對(duì)無套襯的裂縫采取處理措施時(shí)較為適宜的是沿縫鑿槽的方法，根據(jù)裂縫的實(shí)際特點(diǎn)，經(jīng)過壓漿混凝土后加以封堵，再進(jìn)一步嵌補(bǔ)環(huán)氧砂漿。若裂縫存在滲漏水現(xiàn)象，較為適宜的是在裂縫的中部打設(shè)排水孔，經(jīng)由該孔將滲漏的水高效排出，減小水對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的干擾。（1）沿縫鑿槽。經(jīng)過精準(zhǔn)的測(cè)量后確定裂縫的長(zhǎng)度和寬度，根據(jù)所掌握的情況，沿裂紋的縱向開鑿倒梯形的槽。較之于裂縫的實(shí)際寬度，所形成的槽口的寬度需超過4cm，槽的高度以8cm左右較為合適。（2）封縫。在距裂縫30cm~50cm的位置布設(shè)注漿管，制備適量的環(huán)氧砂漿，將其用于封閉裂縫。具體而言，加熱環(huán)氧樹脂，待其完全達(dá)到熔化狀態(tài)后向其中摻入二丁酯二者，經(jīng)持續(xù)攪拌后使兩者均勻混合，再向其中摻入水泥沙子，經(jīng)攪拌后即可制得砂漿。遵循隨拌隨用的基本原則，自環(huán)氧砂漿配制完成后，宜在隨后的30min~40min內(nèi)使用完畢，否則性能將明顯退化[4]。（3）壓水試驗(yàn)。經(jīng)過環(huán)氧樹脂砂漿封堵作業(yè)后，若其達(dá)到凝固的狀態(tài)便組織壓水試驗(yàn)，通過此途徑檢驗(yàn)封堵情況。為便于分析，壓水應(yīng)當(dāng)選擇有色水，壓力控制在0.4MPa左右。（4）注漿。從裂縫的兩端開始注漿，在壓力作用下使?jié){液逐步流向裂縫的中間。若裂縫處存在排水孔，則在施工前對(duì)其采取封閉措施，以免漏漿。注漿壓力的控制至關(guān)重要，通常以0.2~MPa0.4MPa較為合適。隨注漿作業(yè)的持續(xù)開展，待注漿量達(dá)到估算值后在原基礎(chǔ)上放慢注漿速度，穩(wěn)壓3min~5min，此后方可完成注漿作業(yè)[5]。注漿過程中施工人員加強(qiáng)觀察，若存在注漿壓力大幅度下降的情況，隨即暫停注漿作業(yè)，分析成因并采取處理措施，經(jīng)過調(diào)整后，若無誤則恢復(fù)注漿施工。圖2為隧道注漿施工。（）嵌縫。經(jīng)注漿后清理外露的漿液，再于裂縫范圍內(nèi)均勻刷涂環(huán)氧樹脂，加強(qiáng)對(duì)裂縫病害的處理。

4.3小裂紋的處理

對(duì)于寬度在0.2mm以上的小裂紋，在對(duì)其采取防范措施時(shí)可以選用高壓堵漏灌注機(jī)，向待處理的裂紋內(nèi)注入適量的膠液，通過該材料的應(yīng)用增強(qiáng)裂縫的穩(wěn)定性。為確保施工質(zhì)量，需提前對(duì)裂紋做詳細(xì)的檢查，判斷其走向，清理易影響施工的雜物，要求裂紋周邊保持干凈的狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上用封口膠有效封閉裂縫[6]。施工期間，設(shè)置灌注孔時(shí)需要調(diào)整好孔的位置，相鄰兩灌注孔的距離以20cm~30cm較為合適。灌注孔成型后向其中放入合適規(guī)格的灌注針頭，利用扳手將其擰緊，若無誤則向其中灌注灌封膠，期間密切觀察孔的情況，若有膠液流出孔則表明內(nèi)部已經(jīng)達(dá)到注滿的狀態(tài)，可以轉(zhuǎn)至其他孔的灌注施工中。

4.4粘貼鋼板加固

（1）混凝土表面處理：根據(jù)二襯裂縫的實(shí)際特點(diǎn)采取處理措施，再用金剛片對(duì)混凝土黏合表面做適當(dāng)?shù)拇蚰ィ康脑谟谑乖撎幝冻錾笆旅鎸?，以利于后續(xù)的施工。（2）鋼板防銹及定型：清理鋼板的銹跡，適度打磨，按50cm的寬度切割；經(jīng)基礎(chǔ)加工后啟用彎曲機(jī)械設(shè)備，由專員操作，根據(jù)隧道輪廓半徑對(duì)鋼板定型并設(shè)螺栓孔。（3）錨固鋼板的安裝：在前期打好螺栓孔后設(shè)置M22×300化學(xué)螺栓，安裝后利用改性環(huán)氧類A級(jí)膠錨固，期間控制注膠層的厚度，使其具有合理性。留排氣孔在灌注粘貼面周邊，配套灌膠嘴，按照0.5m~1m的間距控制標(biāo)準(zhǔn)依次插入軟管，將該管材作為排氣管而使用。（4）密封：密封作業(yè)重點(diǎn)考慮的是封邊膠的使用，以改性環(huán)氧樹脂植筋膠較為合適。在密封工作中要求鋼板周邊縫隙、注漿嘴間隙處均得到有效地密封處理。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在鐵路隧道工程中，裂縫是二次襯砌結(jié)構(gòu)中較為典型的病害，采取科學(xué)的防范措施至關(guān)重要。本文則將二次襯砌裂縫的成因作為著力點(diǎn)，進(jìn)一步分析其防范措施，以期給類似工程提供參考，進(jìn)而推動(dòng)二次襯砌裂縫防范水平的提高，為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的發(fā)展助力。

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作者：戚文翔 單位：中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司