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摘要:結(jié)合新建瑞昌至九江鐵路吳家鋪隧道缺陷整治處理工程實(shí)例,分析鐵路隧道工程缺陷形成原因,針對(duì)隧道脫空及空響、襯砌厚度不足、仰拱(底板)底空洞及虛砟、襯砌鋼筋保護(hù)層厚度不足、襯砌鋼筋和施工縫止水帶外露、襯砌裂縫和滲漏水、襯砌砼不密實(shí)、拱頂?shù)魤K及蜂窩麻面和錯(cuò)臺(tái)等缺陷提出整治處理措施。
關(guān)鍵詞:隧道;缺陷整治;裂紋;脫空;二次襯砌;滲水;蜂窩麻面
鐵路隧道工程屬地下構(gòu)筑物,不確定因素較多,隱蔽工程較多,存在的缺陷較多,若處理整治不好,安全風(fēng)險(xiǎn)極大,將導(dǎo)致在聯(lián)調(diào)聯(lián)試和開通運(yùn)行中事故頻發(fā),嚴(yán)重威脅運(yùn)營(yíng)列車的通行安全,隧道缺陷整治成為亟待解決的工程問題之一。該文以新建瑞昌至九江鐵路吳家鋪隧道為例,通過現(xiàn)場(chǎng)研究及分析,提出缺陷整治處理方案,為同類鐵路隧道工程缺陷整治處理提供借鑒。
1工程概況
吳家鋪隧道位于江西省九江市,全長(zhǎng)930.27m,隧道最大埋深約75m。隧址區(qū)為丘陵地貌,地形起伏,山體連綿,地面標(biāo)高50~159m,相對(duì)高差約110m。坡體植被發(fā)育,多為喬木夾少量灌木叢。山體自然坡度20°~30°,自然山體穩(wěn)定。隧道出口段凈埋深12~18m,地形左側(cè)較高、右側(cè)較低,屬于淺埋偏壓隧道。丘坡表面為第四系全新統(tǒng)坡殘積層粉質(zhì)黏土及細(xì)角礫土,黃褐色,稍密,稍濕,角礫主要為砂巖碎塊,厚度11.8~19.2m;下伏基巖為石炭系船山組灰?guī)r,青灰色,黑色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),薄~中層構(gòu)造,巖溶極為發(fā)育。隧道中段為泥盆系五通組砂巖與石炭系船山組灰?guī)r的交界地段,兩者呈不整合接觸,巖石多破碎。地表水、地下水不發(fā)育,主要為巖溶水,受大氣降雨補(bǔ)給,季節(jié)變化大。除明洞采用整體式襯砌外,其余暗洞均采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),拱墻初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)防水板(加土工布),模筑襯砌拱墻環(huán)向設(shè)計(jì)背貼式止水帶及中埋式橡膠止水帶,仰拱設(shè)置中埋式橡膠止水帶,縱向施工縫設(shè)置中埋式橡膠止水帶+遇水膨脹橡膠止水條,二次襯砌背后以環(huán)向間距8~10m設(shè)置寬60cm的排水板;縱向設(shè)置貫通的直徑100mm的打孔波紋管。該隧道在提前介入期間發(fā)現(xiàn)問題384條,其中:A類問題366條,B類問題18條(缺陷及病害問題等級(jí)劃分為輕微C、較嚴(yán)重B、嚴(yán)重A);二次襯砌開天窗處理8處,尺寸最大的為5.41m×4m,最小的為2m×1.5m。靜態(tài)驗(yàn)收期間共發(fā)現(xiàn)問題107條,其中A類問題66條,B類問題41條。后期在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間又發(fā)現(xiàn)A類問題2條。出現(xiàn)的缺陷有拱頂和拱腰麻面、骨料疏松、敲擊剝落掉塊、施工縫閉環(huán)裂紋和錯(cuò)臺(tái)、二次襯砌及仰拱厚度不足或不密實(shí)、襯砌背后空洞空響、長(zhǎng)大裂縫、局部滲水、泄水孔堵塞、隧底虛渣等。
2缺陷形成原因分析
2.1工程地質(zhì)條件差
該隧道為淺埋偏壓隧道,地表覆蓋層薄弱,圍巖破碎,自承力低極,引起圍巖松動(dòng)、風(fēng)化,整體沉降變形較大,導(dǎo)致出現(xiàn)二次襯砌砼表面裂紋及局部滲水、初期支護(hù)或二次襯砌侵限厚度不足、泄水孔堵塞。
2.2工程材料影響
砼原材料不合格、和易性差、拌和不均勻、運(yùn)輸過程中離析等,導(dǎo)致砼堵塞泵管、強(qiáng)度不足、漏筋、蜂窩麻面、局部掉塊、色差大等。
2.3施工機(jī)具影響
常規(guī)二次襯砌臺(tái)車很難一次澆筑到位,拱頂脫空及空響現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生;砼澆筑過程中振搗不到位,導(dǎo)致蜂窩麻面;曲線段和加寬段由于二次襯砌臺(tái)車受限,易導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象嚴(yán)重;防水板鋪掛焊機(jī)的選型直接影響防水效果等。
2.4施工方法和措施不當(dāng)
施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng);地質(zhì)條件發(fā)生變化,未及時(shí)改變施工方法;圍巖暴露時(shí)間太長(zhǎng),變形難以控制;受工法限制,二次襯砌很難一次澆筑到位,勢(shì)必在拱頂出現(xiàn)空洞,需對(duì)每板二次襯砌拱頂進(jìn)行回填注漿,但往往被忽略。
2.5施工管理不到位
施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員責(zé)任心不強(qiáng),施工隊(duì)偷工減料現(xiàn)象嚴(yán)重,隧道施工不符合施工技術(shù)規(guī)范要求,也是重要原因。常出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題有:仰拱(底板)底空洞及虛砟;超前注漿預(yù)支護(hù)施工不到位;錨桿長(zhǎng)度不足、注漿不飽滿、早期強(qiáng)度不足;鋼筋網(wǎng)片焊接質(zhì)量不合格,安裝時(shí)未能與上循環(huán)進(jìn)行有效搭接;初期支護(hù)背后局部脫空,拱腳未能置于穩(wěn)定、堅(jiān)固的基礎(chǔ)上;鋼筋定位不準(zhǔn)確,鋼筋保護(hù)層厚度不足,鋼筋和施工縫止水帶安裝不規(guī)范,堵塞排水管等。
3缺陷整治處理措施
委托第三方對(duì)該隧道施工質(zhì)量進(jìn)行無損檢測(cè),對(duì)不同程度的隧道缺陷及病害進(jìn)行量化,對(duì)于檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷部位,采用加密掃描和鉆取芯樣的方式進(jìn)行驗(yàn)證,進(jìn)一步確定缺陷范圍和程度。按照缺陷等級(jí)情況采用監(jiān)測(cè)、增設(shè)錨桿和鋼筋、注漿、切槽引排等措施進(jìn)行處理,考慮已施工結(jié)構(gòu)的完整性,盡量減少拆換。
3.1缺陷類型
該隧道施工存在的缺陷主要為隧道脫空及空響、襯砌厚度不足、仰拱(底板)底空洞及虛砟、鋼筋保護(hù)層厚度不足、鋼筋和施工縫止水帶外露、二次襯砌裂縫及滲漏水、襯砌砼不密實(shí)、拱頂?shù)魤K及蜂窩麻面和錯(cuò)臺(tái)。
3.2整治處理措施
3.2.1隧道脫空及空響的處理(1)二次襯砌與初期支護(hù)間脫空處理。1)二次襯砌結(jié)構(gòu)為素砼的脫空處理。環(huán)向空洞長(zhǎng)度大于2m時(shí),若因初期支護(hù)侵線造成襯砌厚度小于25cm,鑿除至襯砌厚度不小于25cm,縱向?qū)挾辱彸烈r砌厚度不小于25cm且鑿除寬度不小于0.5m,周邊砼鑿毛、植筋掛網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)后灌注砼,并預(yù)留注漿孔,砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后注漿填充;若因空洞造成襯砌厚度小于25cm,鑿除至襯砌厚度不小于25cm,縱向?qū)挾辱彸烈r砌厚度不小于25cm且鑿除寬度不小于0.5m,周邊砼鑿毛后灌注砼,并預(yù)留注漿孔,砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后注漿填充。環(huán)向空洞長(zhǎng)度小于等于2m時(shí),將空洞鑿成倒梯形至襯砌厚度不小于25cm,周邊砼鑿毛、植筋后灌注砼并預(yù)留注漿孔,砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后注漿填充。2)二次襯砌結(jié)構(gòu)為鋼筋砼的空洞處理。將空洞鑿成倒梯形,鑿除至襯砌厚度不小于20cm,周邊砼鑿毛,灌注砼(砼標(biāo)號(hào)比原設(shè)計(jì)提高一個(gè)等級(jí))并預(yù)留注漿孔,砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后注漿填充。(2)初期支護(hù)背后脫空處理。對(duì)于檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷部位加密檢測(cè),進(jìn)一步確定脫空范圍。由于單純注漿回填需穿透防水板,需進(jìn)行拆換處理,拆換前先在脫空范圍內(nèi)拱墻部位采用自進(jìn)式中空注漿錨桿對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固,然后對(duì)脫空范圍內(nèi)的整版二次襯砌進(jìn)行拆換處理,重新澆筑襯砌前采用42鋼花管對(duì)初期支護(hù)背后空洞進(jìn)行注漿回填處理。注漿完畢后重新安裝防水板,灌注砼(砼標(biāo)號(hào)比原設(shè)計(jì)提高一個(gè)等級(jí))并在拱頂預(yù)留回填注漿管道,砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后對(duì)初期支護(hù)與二次襯砌間的空洞進(jìn)行回填注漿處理。
3.2.2襯砌厚度不足的處理(1)因拱部脫空導(dǎo)致襯砌厚度不足的處理措施同脫空處理。(2)因欠挖造成的拱墻二次襯砌厚度不足的處理。1)因欠挖導(dǎo)致二次襯砌厚度不足(二次襯砌有效厚度為:Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖大于30cm,Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖大于設(shè)計(jì)厚度80%),縱向不足的長(zhǎng)度小于5m,襯砌背后無空洞,且襯砌表面無裂紋和滲漏水、襯砌背后無空洞和系統(tǒng)錨桿缺失、無不密實(shí)等疊加缺陷,監(jiān)測(cè)穩(wěn)定無變形時(shí),通過標(biāo)識(shí)、標(biāo)記,按照長(zhǎng)期觀察+監(jiān)測(cè)進(jìn)行處理。2)因欠挖導(dǎo)致隧道拱墻二次襯砌厚度不足,縱向不足的長(zhǎng)度大于5m時(shí),采用襯砌錨桿補(bǔ)強(qiáng)。3)因欠挖導(dǎo)致隧道拱墻二次襯砌厚度不足時(shí),鑿除重新施作,采用鑿除、植筋、鋼筋砼嵌補(bǔ)+錨桿加固,重新施作的砼厚度滿足原設(shè)計(jì)要求。(3)因欠挖造成仰拱及填充(底板)厚度不足的處理。1)仰拱及填充(底板)厚度大于設(shè)計(jì)厚度80%,基底無虛砟,砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求,無裂縫及滲漏水時(shí),通過標(biāo)識(shí)、標(biāo)記,按照長(zhǎng)期觀察+監(jiān)測(cè)進(jìn)行處理。2)仰拱及填充(底板)厚度為設(shè)計(jì)厚度的70%~80%,基底無虛砟,砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),采用22砂漿錨桿加固,錨桿長(zhǎng)5m,間距0.8m(橫向)×1.0m(縱向)。3)仰拱及填充(底板)厚度小于設(shè)計(jì)厚度70%時(shí),返工處理。
3.2.3仰拱(底板)底空洞及虛砟的處理對(duì)于仰拱(底板)強(qiáng)度、厚度滿足要求,隧道拱墻襯砌無脫空、開裂、施工縫張開,系統(tǒng)錨桿施工無缺失、仰拱(底板)無開裂和滲漏水的情況,采用鉆孔注漿填充、錨桿加固處理。
3.2.4襯砌鋼筋保護(hù)層厚度不足、鋼筋和施工縫止水帶外露的處理(1)對(duì)于施工期間遺留的外露非結(jié)構(gòu)鋼筋頭,采取截?cái)?、拔出鋼筋后使用環(huán)氧砂漿封閉鋼筋孔進(jìn)行處理。(2)對(duì)于二次襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋外露和鋼筋保護(hù)層厚度不足的情況,對(duì)外露鋼筋進(jìn)行除銹防銹處理后涂刷防碳化層(水泥基滲透結(jié)晶型材料),采用機(jī)械噴涂方式,噴涂厚度不小于2mm。(3)對(duì)于施工止水帶外露,鑿除外露止水帶處砼,重新安裝好止水帶,并對(duì)鑿除部分按空洞鑿除處理原則進(jìn)行修補(bǔ)。
3.2.5襯砌裂縫和滲漏水的處理(1)襯砌裂縫寬度小于0.3mm且無滲漏水,經(jīng)觀察裂縫穩(wěn)定無發(fā)展,不影響結(jié)構(gòu)安全時(shí),涂刷水泥基滲透結(jié)晶涂料對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。(2)對(duì)于施工縫、沉降縫處的月牙形裂縫,縱向?qū)挾刃∮诘扔?5cm,存在掉塊風(fēng)險(xiǎn)時(shí),采取鑿除處理措施,鑿除后比照空洞處理方法進(jìn)行處理,并將二次襯砌結(jié)合部打磨平順。(3)對(duì)于拱部砼環(huán)形裂縫,拱部裂縫造成砼獨(dú)立成塊時(shí),先鉆孔進(jìn)行探測(cè),若二次襯砌砼厚度滿足設(shè)計(jì)要求、無空洞、面積小于0.3m2,鑿除后比照空洞處理方法進(jìn)行處理;若面積大于0.3m2,獨(dú)立成塊、砼背后有空腔,則按二次襯砌空洞處理方法處理;若面積大于0.3m2,未獨(dú)立成塊,則對(duì)裂縫進(jìn)行注漿處理,并做好觀測(cè)。(4)對(duì)于拱部環(huán)向裂紋,對(duì)裂紋范圍內(nèi)的砼進(jìn)行全面檢查,清除不穩(wěn)定部分,對(duì)裂縫采用壓注環(huán)氧樹脂固結(jié)處理,并將裂縫表面打磨平順后涂刷水泥基滲透結(jié)晶性防水涂料。(5)對(duì)于點(diǎn)漏、大面積滲漏水,先對(duì)缺陷部位進(jìn)行加密探測(cè),確定需處理范圍;然后對(duì)滲漏水及缺陷部位進(jìn)行注漿封堵,將水流集中,通過鑿槽埋管(槽)直接引排。(6)對(duì)于施工縫滲漏水,先對(duì)滲漏水地段周邊砼進(jìn)行加密探測(cè),有缺陷的作返工處理。處理前對(duì)施工縫周邊砼進(jìn)行注漿止水,然后對(duì)施工縫進(jìn)行注漿封堵,注漿完畢后沿施工縫位置切槽埋管排水。(7)對(duì)于仰拱(底板)滲漏水,先鑿除第二層仰拱填充,采用瞬變電磁法對(duì)仰拱滲漏水地段(出水點(diǎn)前后100m)進(jìn)行排查,對(duì)隧道施工質(zhì)量進(jìn)行加密探測(cè)。根據(jù)探測(cè)情況對(duì)仰拱下滲漏水點(diǎn)、仰拱及仰拱填充施工缺陷進(jìn)行注漿及錨桿加固處理,注漿完畢后沿施工縫位置切槽埋管排水,重新澆筑第二層仰拱填充。
3.2.6襯砌砼不密實(shí)、拱頂?shù)魤K及蜂窩麻面和錯(cuò)臺(tái)的處理鑿除有掉塊、易脫落的砼,當(dāng)剩余砼強(qiáng)度合格且厚度滿足設(shè)計(jì)厚度的80%時(shí),將鑿除面打磨平整;當(dāng)剩余砼強(qiáng)度合格但砼厚度不滿足設(shè)計(jì)厚度的80%時(shí),參照襯砌厚度不足的處理方案進(jìn)行處理。對(duì)襯砌存在砼蜂窩麻面的部位進(jìn)行回彈試驗(yàn),若砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求,則鑿除松散砼并打磨平整,表面刷涂防水防銹涂料。水溝及電纜槽部位高度以下的仰拱及二次襯砌存在錯(cuò)臺(tái)時(shí),可不作處理。在保證拱部二次襯砌砼不侵入隧道建筑限界,且錯(cuò)臺(tái)高度小于或等于3cm時(shí),采用合理方式打磨平整;如錯(cuò)臺(tái)高度大于3cm,則制訂專項(xiàng)整治方案。
3.3施工注意事項(xiàng)
(1)成立現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)及安全指揮機(jī)構(gòu),明確職責(zé),落實(shí)責(zé)任,對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)。加強(qiáng)施工管理,每步施工均作記錄,確保施工質(zhì)量及運(yùn)營(yíng)安全。(2)隧道缺陷整治前制定相應(yīng)預(yù)防、控制和救援措施,配備針對(duì)襯砌開裂加固、掉塊、掉拱、坍塌、潰垮等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)的機(jī)具、物資和技術(shù)準(zhǔn)備;嚴(yán)重地段進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)加固前采用鋼架進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),確保隧道結(jié)構(gòu)和施工安全。(3)施工前核對(duì)病害的具體里程,對(duì)病害區(qū)段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和檢測(cè)驗(yàn)證,對(duì)新發(fā)現(xiàn)的襯砌拱部背后空洞等缺陷或病害按相關(guān)措施進(jìn)行處理。(4)注漿施工前進(jìn)行注漿試驗(yàn),嚴(yán)格按照試驗(yàn)配比進(jìn)行施工,充分掌握漿液的凝膠時(shí)間,并使用機(jī)械攪拌,保證注漿材料的可灌性。注漿施工中經(jīng)常監(jiān)測(cè)壓注量、注漿壓力,做好注漿記錄。注漿施工后,布設(shè)注漿檢查孔檢測(cè)注漿回填效果,未達(dá)到注漿要求的,重新注漿。壓漿檢查在第一次注漿后5~7d進(jìn)行。(5)整治結(jié)束后,對(duì)整治地段進(jìn)行檢測(cè),達(dá)不到要求的返工處理。
4結(jié)語
該文針對(duì)隧道后期缺陷整治處理措施進(jìn)行梳理,根據(jù)隧道工程缺陷特性選擇合適的整治方法,確保缺陷整治處理到位不留隱患,保證列車的安全運(yùn)行。隧道施工中應(yīng)重視過程控制、過程管理,防患于未然,以盡量少地出現(xiàn)工程缺陷,將損失降到最低。
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作者:燕永平 單位:中鐵十六局集團(tuán)
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