高速铁路隧道衬砌裂缝病害及其整治措施研究

2022-09-15

引言

隧道衬砌裂缝是高速铁路在实际应用的过程中经常会出现的问题, 当隧道衬砌结构出现裂缝的时候, 衬砌施工截面的承载面积就会不断地变小, 所以, 对于整体高速铁路隧道的整体承载能力会产生一定的影响。隧道衬砌结构出现裂缝问题的同时也会引发渗水或者是变形的情况, 并且在会引发很多病害, 对隧道整体的衬砌结构带来一定的安全隐患。在面对这些问题的时候, 就需要加强对隧道衬砌结构病害的处理。

一、隧道衬砌开裂机理

在围岩的作用力之下, 隧道衬砌结构施工的应力会不断地增大, 特别是衬砌在施工的过程中, 某个部位比如在进行拱顶施工的时候, 因为混凝土浇筑不足等问题会使衬砌后背出现孔洞的问题, 使其出现一定的拉力区, 当隧道衬砌结构的抗压强度超出自身所能承受的拉压强度之后, 混凝土就会发生损坏的情况, 甚至是产生宏观的裂缝, 而这些问题在外力场与变形场的作用之下, 结构裂缝的尖端就会处在应力比较集中的区域称之为高应力区, 这些区域的存在又会使衬砌结构产生一定的质量问题。从高速铁路隧道衬砌与围岩的相互作用上进行考虑, 施工所在处山体内部的应力作用在围岩上, 围岩会将这部分的荷载传递到二次衬砌上面, 并且在受到各种地质环境的影响下, 隧道衬砌出现的裂缝可以看成是两种力学的破坏行为, 这两种力分别是衬砌结构受力拉伸而出现的开裂情况以及因为受到超过极限抗压强度衬砌结构出现的破碎情况。

二、工程概况

梅汕高铁 (新梅汕铁路) , 线路起于梅州, 自规划中的广梅汕铁路扩能新双线梅州西站引出, 经丰顺、揭阳, 接厦深铁路潮汕站, 经厦深铁路汕头联络线引入汕头火车站。线路北部与既有漳龙铁路、规划的广梅汕铁路扩能工程惠州至梅州段新双线 (梅惠高铁) 、鹰梅铁路、浦梅铁路衔接, 南部与厦深铁路衔接。它即广梅汕客运专线梅州至潮汕段的媒体简称, 又称为梅州至厦深高铁连接线, 又名广梅汕客运专线梅州至潮汕段。

三、隧道衬砌结构开裂原因分析

(一) 因隧道衬砌结构承受不均匀的围岩压力产生的衬砌裂缝及分布

在高速公路隧道衬砌进行施工的过程中, 导致隧道衬砌结构承受力不均匀的围岩压力因素有很多。比如, 在施工的过程中, 当隧道穿过靠近靠近地质断层或者是存在破碎带的时候, 就会使高速铁路隧道施工两侧的衬砌结构承受力不均匀或者是不平衡的围岩压力, 这样高速铁路隧道施工的一侧就会因为结构的变形而产生一定的裂缝。此外, 在高速铁路隧道衬砌裂缝的分布主要是在靠近缝隙或者是测断层围岩主要动力荷载大小以及结构施工倾斜角度的不同就会导致隧道衬砌施工的变形。

(三) 地下水产生的作用力

地下水产生的作用力主要包含:地下水压力、寒冷天气下地下水对围岩产生的冻胀力, 通常情况下, 隧道衬砌结构在设计的过程中, 并不会充分的考虑地下水对围岩的作用力, 但是因为涌水巨大, 渗透性比价强的地区, 很可能会因为排水处理不当而导致地下水的压力不断围绕在围岩附近, 使得围岩承受的压力处理极限平衡的状态, 这样就会引发衬砌结构出现开裂的情况, 通常会出现水平裂缝以及环向裂缝。尤其是在寒冷的地区, 隧道衬砌结构后背的地下水结冰就会对围岩产生一定的冻胀压力, 这样的冻胀压力会持续作用在围岩上, 结构的变形也是日积月累的, 在冻胀作用力下衬砌结构拱顶下部至边墙的范围内, 这样就会导致拱顶局部的范围内出现压溃的情况。

四、高速铁路隧道衬砌裂缝整治措施

(一) 高速铁路隧道衬砌裂缝碳纤维加固方式

对于高速铁路隧道衬砌结构混凝土施工材料进行加固, 都是为了能够有效地增强隧道衬砌结构的强度, 提升结构的承载能力。高速铁路隧道衬砌结构的裂缝进行碳纤维加固的具体施工流程如下图。

(1) 结构面层的处理。主要是通过砂轮设备对隧道衬砌结构表面产生裂缝的混凝土进行彻底的清理, 保证隧道衬砌结构表面清理完成之后结构表面充分地干燥, 并且具有一定的平整性, 能够有效地满足衬砌结构施工的要求; (2) 裂缝的封闭处理。主要是通过使用密封胶对结构表面的裂缝进行封闭处理, 并且保证结构施工的有效性; (3) 裂缝底胶的预先涂抹。在对裂缝进行处理的时候, 可以使用滚筒设备在衬砌结构表面使用底层树脂进行涂刷, 并且保证树脂涂刷的厚度在0.04mm以下; (4) 裂缝找平施工。在进行底层树脂涂刷完成之后, 如果衬砌结构的表面存在气泡的问题, 就需要等到树脂完全干燥、固话之后, 使用电动砂轮设备对气泡进行抹除、整平施工。

(二) 提高围岩稳定性

在对高速铁路隧道衬砌结构的裂缝进行处理施工, 这是一项非常复杂的施工工艺, 需要工程设计人员提升自身的综合素质, 这样才能够有效地保证衬砌结构施工的质量。对围岩进行加固施工, 能够有效地保证高速铁路隧道衬砌结构施工的安全性。所以, 在提升围岩结构稳定性施工的时候, 主要是使用锚固注浆施工技术、深孔注浆施工技术等等。但是, 在具体的施工过程中, 经常会遇到级别比较高的岩石, 这种时候就需要对岩石进行钻孔、压浆施工, 有效地保证施工的质量, 只有这样才能够有效的达到弥补结构施工裂缝的目的。在对围岩周围的破碎的岩石进行深空压浆施工的时候, 可以将衬砌结构的周围围成一个固结圈, 这样能保证岩体施工的安全性。除此之外, 还可以使用载荷结构法对围岩结构进行分析, 选择更加合理得的施工方法, 有效地提升围岩的稳定性以及整体的弹性, 保证围岩周围施工的安全性。

(三) 对于严重裂缝病害的整治技术

对于严重的裂缝病害进行处理施工处理的时候, 可以向拱顶后背的位置进行压力你注浆, 有效地保证隧道衬砌混凝土施工与岩层的粘结性, 改善隧道衬砌结构混凝土的受力情况。在进行注浆施工的过程中, 各个参数的配置如下:注浆孔间距设置为2.0m×2.0m, 采用梅花的形状进行分布, 注浆的压力应该控制在0.5~1.0MPa, 注浆使用的材料是1∶1水泥砂浆, 在进行压浆的时候应该“从下至上, 先稀后稠”的施工原则进行, 使用425#普通硅酸盐水泥与细砂石。施工的过程中需要在结构裂缝的位置凿除厚度为14cm的混凝土, 并且在衬砌结构裂缝延伸的部位凿出楔形槽, 楔形槽的宽度应该小于8cm, 深度需要大于裂缝的深度。此外, 还需要使用钢丝刷将楔形槽内部的进行清理。在施工的时候, 需要使用砂浆锚杆。

(四) 其他加固方法

(1) 骑缝注浆法。在该施工技术, 使用的施工材料主要是浆液以及环氧树脂砂浆。具体的施工工艺如下:第一, 在施工的时候应该沿着裂缝走向进行凿槽, 并且应该从裂缝的位置向两端延伸10cm的距离, 保证开挖的凿槽的宽度为5cm;第二, 在施工的时候使用毛刷清除凿槽内部的杂物;第三, 沿着裂缝对注浆钢管进行设置, 并且保证每个钢管之间的距离为0.6-0.7m, 使用环氧树脂砂浆材料对沟槽进行嵌填, 将注浆管进行有效地固定。 (2) 凿槽嵌补法。该施工方法使用的施工材料主要是聚合物砂浆等。具体的施工方法如下:第一, 沿着裂缝的方向进行凿槽的开挖, 并且保证凿槽的宽度在3cm-5cm之间, 根据裂缝的实际深度来确定凿槽的深度, 之后再使用高压缝以及钢丝刷对凿槽的杂物进行处理, 保证凿槽的整洁性;第二, 在凿槽的地面以及两侧的位置, 需要涂刷0.3mm厚的底胶;第三, 使用聚合物砂浆, 有效地对裂缝进行填充, 并且鼓捣密实。

结束语

综上所述, 在对高速铁路隧道衬砌结构进行施工的过程中, 因为受到设计、施工方法、工程地质等情况的影响, 隧道衬砌结构经常会出现裂缝。为了能够防患于未然, 在高速铁路隧道衬砌结构进行设计施工的时候, 必须严格的按照相关的设计施工要求进行, 施工的时候严格按照施工图纸进行施工, 并且加强地工程施工的监督管理, 有效地保证高速铁路隧道施工的质量。当发现衬砌结构存在裂缝问题的时候, 应该结合工程实际情况, 选择合适的处理方式进行施工。

摘要：在我国高速铁路已经进入了建设以及快速运营的时代, 但是高速铁路对于线路的平直性要求非常高, 所以在进行高速铁路建设的时候会在桥隧施工方案上花费比较大的时间以及经济成本, 特别是部分地区在建设高速铁路的时候需要穿梭在山区之间, 在山区之间进行铁路修建的几率比较大。近几年, 随着我国大量的公路桥梁以及铁路的建设证明, 在进行铁路设计、施工以及维护管理的过程中如果存在质量问题就会严重影响到隧道衬砌施工的质量, 对列车的运行以及人们出行的安全带来一定的影响。

关键词：高速铁路隧道,衬砌裂缝危害,整治技术