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1、大秦线和尚坪隧道衬砌病害的产生与整治太原铁道科技?大秦线和尚坪隧道衬砌病害的产生与整治大秦线和尚坪隧道衬砌病害的产生与整治张丽霞:大同工务段摘要:对和尚坪隧道衬砌混凝土病害产生原因进行分析,针对性提出了预防措施和整治方法,使衬砌病害得到了有效整治,对大秦线隧道洞身衬砌混凝土病害的预防和整治具有借鉴意义关键词:隧道;衬砌;混凝土;病害;整治0前言在隧道洞身混凝土衬砌施r中,极易在洞身的拱部,边墙部位出现纵向或横向裂纹,掉块,错动等病害,多数裂纹呈长线形或树枝形,深浅不一,从而在一定程度上影响了隧道的正常结构和使用功能,严重时还会对洞身结构形成安全隐患,危及行车安全.因此,分析洞身衬砌混凝土病害的
2、产生原因,在施工过程中加以预防和整治,具有重要的现实意义.对重载通道大秦线而言,则尤为重要.1衬砌混凝土病害产生的原因隧道衬砌混凝土病害产生的原因很多,既有地质结构方面的原因,也有混凝土自身性能及施1二方面的因素,且在很多情况下是多种因素综合作用的结果.经过查阅和尚坪隧道施工日志,图纸及有关地质方面的情况,和尚坪隧道同身衬砌病害的原因主要有以下几种:1.1浇筑速度过快大秦线隧道的衬砌均为素混凝土结构,在混凝土固浇注过程中,如果浇注速度过快,水泥水化过程中产生的水化热不能及时散发,造成混凝土收缩速率不同,从而使衬砌混凝土产生龟裂状或树枝状裂纹.1.2衬砌混凝土养护及拌制方法不当隧道进出口问气压差
3、别较大,隧道内空气流动速率很快,混凝土浇注后如果不及时养护,极易造成混凝土表面水分流失过快,易在混凝土表面出现干缩裂纹.此外,混凝土拌制时水灰比失当,也易产生收缩裂纹.1.3仰拱施工不当在同岩类别较差的隧道段落,为保证洞身结构稳定,一般设计有仰拱及回填混凝土.在实际施工过程中,由于仰拱及回填混凝土滞后于衬砌施工,或施1质量得不到可靠保证,致使衬砌混凝土因仰拱施工问题发生沉降变形,使衬砌混凝土出现拉伸或挤压裂纹.2衬砌混凝土病害的整治方法2.1修补法当裂纹为静止的,不继续发展,并且未贯通二次衬砌的全厚时,一般可不必进行补修.必要时,可在二次衬砌表面喷涂环氧树脂类粘合剂,封堵裂纹的表面即可,以防烟
4、尘,湿气等侵入裂纹内.如果裂纹的数量不多,而且裂纹的宽度大于0.05ram,可将裂纹凿刻扩大,用清水或压缩空气清洗后,用膨胀水泥,环氧树脂填塞.大秦线和尚坪隧道衬砌病害的产生与整治2.2补强加固法(1)增加钢结构.将衬砌混凝土按50cmlOOem问距开成宽20cm左右,深度不小于30cm的槽,然后嵌入工字钢,槽钢或格栅钢架,用比原设计强度高一等级的混凝土回填至设计位置.(2)锚杆加固.通过锚杆的悬吊作用和固结作用将衬砌混凝土和洞身围岩紧密地连接在一起,起到对衬砌混凝土的加固作用.锚杆可为普通砂浆型或锚固剂型,较好锚杆形式为R25自进式或WTD25中空注浆锚杆.锚杆布置以梅花型为宜,其尾端必须安
5、装固定垫片.(3)围岩注浆.对于因地质结构破碎而对衬砌混凝土造成挤压产生的衬砌裂纹,可以通过对围岩注浆固结以减小其危害.注浆浆液一般采用水泥一水玻璃双浆液,但在注浆过程中严格控制注浆压力,避免在注浆作业中对衬砌混凝土结构安全造成威胁.3工程实例3.1工程概况和尚坪隧道位于大秦线阳原一逐鹿站间,隧道全长2994m,中心里程143km+402m.该隧道衬砌为直墙式,拱顶衬砌为C20混凝土,拱圈厚度为30em一50era.该隧道为节理发育,碎石镶嵌结构岩体,本身稳定性,抗干扰能力差,自稳能力低;衬砌混凝土劣化,抗压,外界扰动能力降低.在围岩压力,外界扰动的长期作用下,衬砌变形开裂,在围岩压力大的拱部
6、及衬砌地薄弱部位发生错动,掉块,拱顶掉块最大为1.5m1.5m0.15m,并有加速发展之趋势.3.2整治方案大同工务段于2010年4月对该隧道143km+945m一955m处计l0延米衬砌病害较严重处所利用大秦线综合天窗,采用拱顶和边墙套,嵌工字钢架支撑,拱部挂钢筋网并喷射C30钢纤维?昆凝土的方法进行整治.3_3施工工艺及方法控抖.太原铁道科技和尚坪隧道施工时,首先在掉块地段4m范围内作业,先在边墙切割凿槽,然后安设拱架,期间穿插安设钎钉,预埋注浆作业,待lOm钢拱全部安设完毕,钎钉及注浆管预设完成后,对拱顶进行全断面喷砂凿毛,然后在拱部绑扎钢筋,挂铁丝网,进行拱顶喷射混凝土.3.3.1工艺
7、流程(1)边墙施工.搭管架,预制钢架一施工放线一衬砌切割缝一凿钢架槽一安设钢架一混凝土封槽一养护.(2)拱部施工搭作业平台,预制钢筋一施工放线一安设钢架一打眼一锚固牵钉一凿毛一挂钢筋网一喷射混凝土一养护.3.3.2施1二方法边墙f水沟以上部分)凿槽施工时,封锁点内在边墙外临时搭设脚手架同时作业.拱部施工时,利用平板车搭设脚手架作为作业平台,封锁点内同时进入两线作业区段施工.3.3.2.1预制钢架(1)现场实测拱槽断面,根据实测数据进行钢架加工,并对应编号.(2)采用热弯法弯制钢架,弯制钢架的作业场地,机具材料要远离线路,人员不能靠近线路施工,要严防压机松脱后工字钢回弹伤人.3.3.2.2搭设平
8、板车上作业平台(1)作业平台的长度随平板车长度,一层宽度为3.2m,二层宽度为1.5m,对称于平板车中心线;第一层高度距轨面3.6m,第二层高度距轨面4.8m.(2)作业平台采用钢管架搭设,每层密铺脚手板.(3)搭设时在化稍营站6道(养路机械停车线),接触网停电条件下搭设.(4)钢管架板按照脚手架作业标准搭设,并与平板车加固成一个稳定整体.3.3.2-3切割,凿除嵌拱槽固太原铁道科技.峦拯大秦线和尚坪隧道衬砌病害的产生与整治(1)为了减少混凝土凿除量,减轻劳动强度,拱槽一致且外观整齐,对拱槽两边采用切割机进行切割.(2)采用风动工具结合人工进行边墙凿槽作业,凿出的拱槽大小深浅要一致,以利安设钢
9、拱.凿槽开挖应按照隔一开一的顺序进行,不准连续开挖.3.3.2.4嵌,套工字钢拱,混凝土封堵槽口(1)施工地段每隔0.8m增设一条封闭式钢拱,共计l3条.边墙采用嵌拱,拱顶采用套拱.钢拱采用14工字钢弯制而成,接头用夹板和螺栓连接.(2)钢架连接后按放线位置固定好,如与槽底衬砌有大的空隙则用压机或千斤顶调整以符合设计尺寸,空隙不大时用薄钢板或干硬砂浆塞实.(3)在每根钢架两边安设U型扣板,利用膨胀螺栓固定,临时固定拱部钢架.(4)由于边墙拱槽狭小,钢拱安装后要用C30混凝土人工塞填密实.(5)安设固定钢架时一定要支顶,连接牢固,防止其砸伤作业人员.3.3.2.5打眼锚固钎钉(1)为了使钢筋网与
10、隧道更好地结合,在既有隧道起拱线以上布设钎钉.钎钉间距按20crex20cm加梅花型布置,钻孔直径为25mm,深度为3Ocm.钢筋锚固孔钻好后,利用锚固包锚固.锚固钢筋采用20ram的螺纹钢.(2)钎钉孑L用电锤钻孔,要保证钻孑L深度.3_3.2.6拱顶表面凿毛新旧混凝土结合,接触面需凿毛处理,该项工程因断面较大,采用喷砂处理的工艺,对旧混凝土面进行凿毛处理.3.3.2.7预埋注浆管(1)注浆管预埋间距为2m,采用梅花型布置,孔深为0.6m.应按规定的孑L位钻眼,一般情况下,眼距误差不大于200mm,眼深误差不大于50ram,若无法钻至要求深度,则应重选孔位.圃(2)钻孔直径为40mm,注浆管
11、直径为20ram.(3)喷射混凝土前应将注浆进行防护,喷射后将外露的钢管锯掉,与喷射面齐平,并不得堵塞管眼.3.3.2.8挂钢筋网,铁丝网(1)根据设计要求,钢筋网的纵筋采用16ram的钢筋,环向钢筋采用25mm的钢筋.钢筋接头采用双面焊缝搭接焊,搭接接头长度为钢筋直径的5倍.(2)钢筋网绑扎完结后,进行铁丝网绑扎,铁丝网格50mm50mm,铁丝直径为3mm.3.3.2.9喷射钢纤维混凝土(1)喷嘴宜与喷射面垂直,其间距宜为600mm一1200mm.喷嘴应连续,缓慢作横向环行移动,喷层厚度应均匀.(2)分层喷射时,后层混凝土应在前层混凝土终凝1h后,先用风,水清洗喷层,然后再行喷射.(3)喷射混凝土表面应无滑移下坠现象.(4)喷射混凝上终凝2h后,应进行湿润养护,但考虑集中修的特点,可在喷射后次日封闭点内进行湿润养护.4结束语随着大秦线运量和行车密度的逐年增加,隧道衬砌病害也将陆续显现,采用拱顶和边槽套,嵌工字钢架支撑,拱部挂钢筋网喷射钢纤混凝土的方法进行整治,效果十分明显,为今后隧道衬砌病害整治提供了一种可行的选择.参考文献1铁道第二勘测设计院.铁路隧道设计规范M】.北京:中国铁道出版社,20052中华人民共和国铁道部.铁路工务技术手册一隧道【M】.北京:中国铁道出版社,20003中华人民共和国铁道部.铁路桥隧建筑物大维修规则MI.北京:中国铁道出版社,2000