新建鐵路府谷煤炭專用線5標(biāo)段隧道襯砌裂縫治理方案

1、府谷煤炭鐵路專用線五標(biāo)隧道襯砌裂紋分析及治理方案編制： 復(fù)核： 審核： 中國中鐵隧道集團(tuán)有限公司府谷煤炭鐵路專用線控制工段項(xiàng)目部2013年4月25日 目 錄一、工程概況及裂紋調(diào)查21.1工程概況21.2裂紋調(diào)查21.3裂紋監(jiān)測手段及儀器4二、裂紋原因分析72.1混凝土溫度應(yīng)力裂紋72.2前后仰拱混凝土抵抗力不同產(chǎn)生裂紋82.3施工方面的原因9三、裂紋穩(wěn)定情況9四、裂紋治理方案104.1總體方案及原則104.2施工準(zhǔn)備114.3施工方法124.4裂紋治理所用材料的特點(diǎn)及技術(shù)性能17五、安全施工措施20六、環(huán)保措施21鐵路府谷煤炭專用線5標(biāo)段隧道襯砌裂紋分析及治理方案一、工程概況及裂紋調(diào)查1.1工

2、程概況許家梁隧道起始里程DK34+093-DK39+046，全長：4953m，為單線隧道。地質(zhì)特征：隧底為砂巖、拱腰及以上為泥巖。二道峁隧道起始里程：DK16+175-DK18+777，全長2602m，為單線隧道，線路走向東北西南向。隧道洞身最大埋深82m，最淺埋深16m。地質(zhì)特征： 隧底為泥巖、拱腰及以上為砂巖。張家塔隧道起始里程：DK33+264-DK33+487,全長223m，單線隧道。隧道位于直線段上洞內(nèi)設(shè)計(jì)縱坡為14%的單面上坡。地質(zhì)特征：砂巖、泥巖。1.2裂紋調(diào)查經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，許家梁隧道裂紋32處、二道峁隧道裂紋29處、張家塔隧道裂紋9處，合計(jì)70處；大多集中在仰拱與拱腰之間，隧道內(nèi)

3、拱頂裂紋數(shù)量不多。裂紋特征為：裂紋寬度一般在0.2-2.38mm范圍內(nèi)，無錯位，個(gè)別裂紋有0.01-0.02mm的錯位；裂紋深度在48.54-196.64mm范圍內(nèi)，為貫通隧道二襯厚度，裂紋均為干縫，僅許家梁隧道拱頂施工縫處發(fā)現(xiàn)1處濕漬（現(xiàn)場調(diào)查裂紋統(tǒng)計(jì)及觀察數(shù)據(jù)情況詳見附后統(tǒng)計(jì)表）。經(jīng)過連續(xù)幾個(gè)月的觀察，裂紋沒有發(fā)展。由此可以看出襯砌結(jié)構(gòu)受到一定的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力后產(chǎn)生裂紋，然后進(jìn)行了應(yīng)力重新分布，裂紋不再發(fā)展表明應(yīng)力得到釋放后結(jié)構(gòu)變化處于穩(wěn)定?，F(xiàn)場典型照片如下：環(huán)向裂紋二襯斜向裂紋二襯縱向裂紋1.3裂紋監(jiān)測手段及儀器在發(fā)現(xiàn)裂紋后，項(xiàng)目部立即采用以裂紋觀測儀為主，輔助裂紋貼餅、設(shè)置觀測線、貼條

4、等手段進(jìn)行裂紋觀測，統(tǒng)計(jì)裂紋寬度及深度，確認(rèn)裂紋的發(fā)展情況；經(jīng)幾個(gè)月的觀測，隧道二襯裂紋并沒有發(fā)展趨勢，判定裂紋已趨于穩(wěn)定?，F(xiàn)場觀測儀器及檢測、觀測方式見下圖。裂紋寬度、深度觀測儀儀器觀測法貼條法測量距離法貼餅法二、裂紋原因分析2.1混凝土溫度應(yīng)力裂紋在混凝土凝固后，混凝土構(gòu)筑物要承受各種溫度和濕度及其它原因引起變形而產(chǎn)生應(yīng)力。因?yàn)榛炷猎趦?nèi)、外約束應(yīng)力作用的情況下，混凝土構(gòu)件的自約束應(yīng)力是由于非線性的不均勻變形引起，混凝土內(nèi)部的干燥收縮由于混凝土內(nèi)的水分蒸發(fā)而造成, 但此干燥及收縮過程非常緩慢, 故此類裂紋多發(fā)生在混凝上澆筑后幾周至幾個(gè)月的期間內(nèi), 并且也是從混凝土表面開始, 逐步向內(nèi)側(cè)發(fā)展

5、。在隧道橫斷方向及縱向均有可能出現(xiàn)的干燥裂紋，干燥裂紋與二次襯砌的一次澆筑長度, 也就是與模板臺車的長度有關(guān)。因干燥收縮在混凝土中引起的拉應(yīng)力與二次襯砌的一次澆筑長度、混凝土的干燥收縮率及彈性模量成正比。模板臺車的長度越長, 干燥收縮在混凝土中引起的拉應(yīng)力及所受到的約束力也越大, 從而產(chǎn)生的裂紋數(shù)量多, 每條裂紋的寬度也大。在二次襯砌的厚度不大時(shí), 當(dāng)拆模后, 由于暴露面相對地很大, 也引起干縮裂紋?；炷粮稍锪鸭y產(chǎn)生機(jī)理2.2前后仰拱混凝土抵抗力不同產(chǎn)生裂紋隧道施工襯砌時(shí)，拱墻混凝土與仰拱混凝土分不同時(shí)間澆筑，同一組拱墻下仰拱混凝土澆筑時(shí)間前后也不一致。在拱墻混凝土硬化后，因拱墻混凝土自身重

6、量產(chǎn)生的重力對仰拱產(chǎn)生受力，根據(jù)力的相互性，仰拱對拱墻產(chǎn)生支撐反力；但仰拱澆筑時(shí)間前后不一，前期澆筑的仰拱強(qiáng)度高于后期澆筑的仰拱混凝土強(qiáng)度，從而前期生產(chǎn)的仰拱產(chǎn)生的支撐反力大于后期生產(chǎn)的仰拱產(chǎn)生的支撐反力，對于同一組拱墻混凝土而言，由于兩端受支撐反力不同，造成拱墻在前后兩組仰拱接縫處附近產(chǎn)生裂紋。同時(shí)還存在隧道仰拱施工縫或變形縫與襯砌混凝土施工縫或變形縫不對應(yīng)，產(chǎn)生縱向、斜向或環(huán)向裂紋。本工程隧道裂紋大部分是因該原因而產(chǎn)生?，F(xiàn)場實(shí)際照片和受力示意圖如下：裂紋位置與仰拱接頭位置現(xiàn)場照片裂紋產(chǎn)生機(jī)理示意圖2.3施工方面的原因模板臺車偏長, 泵送砼灌注不集中, 養(yǎng)護(hù)不及時(shí),且混凝土早期強(qiáng)度偏低時(shí)就拆

7、模, 使結(jié)構(gòu)過早受力,引起裂紋。同時(shí)在施工過程中，行走模板臺車時(shí)碰撞拱頂邊緣混凝土，也引起小部分襯砌裂紋。臺車碰撞引起裂紋照片三、裂紋穩(wěn)定情況經(jīng)現(xiàn)場各種觀測手段顯示，并采用鉆芯取樣檢查，裂紋未繼續(xù)發(fā)展，處于穩(wěn)定狀態(tài)?，F(xiàn)場鉆芯抽檢照片四、裂紋治理方案4.1總體方案及原則1、根據(jù)混凝土開裂部位、裂紋大小、深度，在認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)開裂的原因后，因地制宜選擇不同的治理方法，分類治理。主要采用壓力灌漿法、注射法和直接封閉法。對于裂紋寬度0.5mm的大型結(jié)構(gòu)貫穿性裂紋、大體積混凝土的蜂窩狀嚴(yán)重缺陷以及深而蜿蜒的混凝土干縫，主要采用壓力注漿法，注入低粘度改性環(huán)氧樹脂,進(jìn)行治理。對于裂紋寬度為0.3mm0.5mm

8、的混凝土干縫以及蜂窩狀局部缺陷，主要采用注射法注入低粘度改性環(huán)氧樹脂進(jìn)行治理。對于裂紋寬度0.3mm的混凝土表、淺層微細(xì)裂紋，直接在混凝土表面涂刷環(huán)氧樹脂以封閉微細(xì)裂紋。對于滲水點(diǎn)和滲水裂紋，采用壓力注漿法注入聚氨酯灌漿料，然后涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進(jìn)行治理。2、在治理裂紋過程中，不得破壞原結(jié)構(gòu)，尤其不得大面積鑿除混凝土和鑿深槽，不得裸露鋼筋；3、治理順序：延伸較長的裂紋，分段處理；裂紋密度大的地段，逐條處理。4、治理裂紋時(shí)，以補(bǔ)強(qiáng)加固為主要目標(biāo)；5、在裂紋治理中使用的：注漿材料、封縫材料和涂料等應(yīng)滿足穩(wěn)定可靠、施工易做，材料耐久，經(jīng)濟(jì)適用、環(huán)保的要求，采用經(jīng)過檢測和鑒定，并經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)、

9、質(zhì)量可靠的材料。6、方案合理，選材得當(dāng)（堵漏、補(bǔ)強(qiáng)和耐久性），施工可靠，監(jiān)督到位。4.2施工準(zhǔn)備1、材料準(zhǔn)備：灌漿料、封縫材料、涂料及其他耗材等。2、檢測設(shè)備：鋼筋雷達(dá)、鋼筋位置測定儀、超聲綜合測試儀等。3、施工設(shè)備：高壓灌漿機(jī)、止水針頭、低壓注射器、注射底座、沖擊電錘（電鉆）、混凝土角磨機(jī)、切割機(jī)、高壓管、氣泵、鋼絲鉗、活絡(luò)扳手、鋼鋸、榔頭、鋼鑿、排刷、平鏟、掃帚、美工刀、抹子、刮板、施工桶、攪拌桶、攪拌器、腳手架和皮卡等。4、人員組織：專業(yè)有資質(zhì)的裂紋治理施工隊(duì)，另配備專業(yè)工程師。電工、司機(jī)各1名。4.3施工方法 1、壓力灌漿法壓力注漿法是在一定時(shí)間內(nèi)，以較高壓力將修補(bǔ)裂紋用的注漿料壓入裂

10、紋腔內(nèi)的方法。壓力灌漿法施工步驟如下：裂紋表面清理沿縫兩側(cè)鉆斜孔/騎縫鉆孔清孔安裝壓環(huán)式注漿嘴表面封縫配漿注漿拆管封孔。灌壓環(huán)氧樹脂先對裂紋周邊用角磨機(jī)或鋼絲刷等工具進(jìn)行處理，清理結(jié)構(gòu)裂紋處混凝土表面的灰塵、白灰、浮渣及松散層等污物；對于油污用毛刷蘸丙酮、稀料等有機(jī)溶液，把裂紋兩側(cè)各2030mm范圍擦洗干凈并保持干燥。采用手電鉆鉆14mm孔，注漿孔交叉布置在裂紋兩側(cè)，鉆孔斜穿裂紋，確保漿液注入并填滿裂紋，孔深為襯砌厚度的1/31/2。鉆孔與裂紋水平距離為100250mm，孔間距為300500mm。斜孔傾角約為4560，如下圖所示：鉆孔布置示意圖若采用騎縫鉆孔時(shí)，用手電鉆于裂紋中軸線處垂直裂紋表

11、面鉆孔，孔深為襯砌厚度的1/31/2，孔間距為300500mm，鉆孔應(yīng)騎準(zhǔn)，保證鉆孔與開裂面交叉。鉆孔結(jié)束后應(yīng)使用單向刷或氣泵吹孔，將孔內(nèi)粉末及碎屑清理干凈，防止或減少粉末、碎屑堵塞注漿孔，影響注漿效果。采用14mm壓環(huán)式注漿嘴，使用專用T型扳手安裝使注漿嘴橡膠圈膨脹，將注漿嘴牢固上緊。在打磨及清理干凈混凝土裂紋基層后，使用封縫材料進(jìn)行封縫，沿與裂紋垂直方向抹，盡量使封縫材料填充進(jìn)裂紋一定深度，然后再沿裂紋走向抹，避免在一處反復(fù)涂抹。若縫兩側(cè)有較多細(xì)微龜裂的部位，應(yīng)抹至80-100mm寬，并按邊緣，消除卷邊?；炷羷兟涮幰畛涿軐?shí)，裂紋末端也要封閉嚴(yán)密。封縫寬度為50mm，厚度不小于3mm。配

12、制漿液時(shí)應(yīng)按照“少量多次”、“配比準(zhǔn)確”、“攪拌均勻”和“注意漿溫”的原則進(jìn)行。每次配漿不宜太多，配好的漿液應(yīng)在半小時(shí)內(nèi)使用完畢；漿液的配比準(zhǔn)確，應(yīng)使用電子天平進(jìn)行精確稱重。配制環(huán)氧樹脂時(shí)，主劑：固化劑以合理比例配制；主劑與固化劑應(yīng)邊倒邊攪拌，攪拌至顏色一致，充分混合均勻，防止?jié){液暴聚；漿液配制時(shí)應(yīng)密切注意漿溫，若漿溫過高則表明漿液固化反應(yīng)迅速，應(yīng)立即停止配制。注漿輸入管連接注漿嘴進(jìn)行注漿，要求如下：a開始在第一孔注漿時(shí)，進(jìn)行注漿壓力試調(diào)，根據(jù)裂紋情況，確定穩(wěn)定壓力；b試調(diào)壓力時(shí)，壓力可從0MPa起壓，逐漸上升，一般控制在10MPa左右為理想壓力，當(dāng)注漿達(dá)到設(shè)計(jì)壓力但不進(jìn)漿時(shí)可適當(dāng)提高注漿壓力

13、進(jìn)行沖孔，注漿壓力不得超過壓力表紅色區(qū)域；c注漿量以注漿壓力為控制；d根據(jù)設(shè)定的注漿壓力，當(dāng)漿液完全充滿裂紋或達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可轉(zhuǎn)移鄰近注漿孔繼續(xù)注漿；當(dāng)注漿壓力一直不上升難以達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，應(yīng)于持續(xù)注漿后半小時(shí)后進(jìn)行復(fù)灌。e采用改性環(huán)氧灌漿料注漿時(shí)，不得用水沖灌。f注漿宜連續(xù)進(jìn)行，因故中斷時(shí)應(yīng)盡快恢復(fù)注漿。注漿結(jié)束后應(yīng)先關(guān)閉閥門再拆管，最后用清洗劑清洗干凈多余注漿料和機(jī)具設(shè)備。注漿結(jié)束后不得立即敲除注漿嘴，應(yīng)待漿液完全固化后敲除，并使用同色水泥砂漿進(jìn)行封孔。2、注射法注射法是使用專用的低壓注射器，以一定的壓力將低粘度、高強(qiáng)度的裂紋修補(bǔ)膠液注入裂紋腔內(nèi)的方法。如下圖所示：注射法施工步驟如下：裂

14、紋表面清理粘結(jié)注射底座封閉裂紋配漿安裝注射器注漿漿液固化表面清理。注射法治理結(jié)構(gòu)混凝土裂紋低壓注射器結(jié)構(gòu)示意圖灌壓環(huán)氧樹脂之前先對裂紋周邊用角磨機(jī)或鋼絲刷等工具進(jìn)行處理，清理結(jié)構(gòu)裂紋處混凝土表面的灰塵、白灰、浮渣及松散層等污物；對于油污用毛刷蘸丙酮、稀料等有機(jī)溶液，把裂紋兩側(cè)各2030mm范圍擦洗干凈并保持干燥。粘結(jié)注射底座時(shí)，將密封膠抹在注漿嘴底板上，貼嘴時(shí)用定位針穿過進(jìn)漿管，對準(zhǔn)縫口插上，然后將注射底座壓向混凝土表面抽出定位針。注射底座按間距20cm沿裂紋走向布置，不規(guī)則裂紋的交叉點(diǎn)及端部均需布置注射底座。當(dāng)裂紋數(shù)量較多時(shí)，可使用如下作法：首先，在預(yù)計(jì)要貼嘴的裂紋位置貼上醫(yī)用白膠布，再用灰

15、刀將密封膠沿裂紋涂刮，使裂紋封閉。大約10分鐘后，揭去膠布條，露出小縫。然后，用密封膠將注漿嘴在預(yù)留的小縫處騎縫粘上，整個(gè)底座都要用密封膠包嚴(yán)，固化后周邊可能有裂口，必須密封嚴(yán)實(shí)，密封膠應(yīng)涂厚，以免注漿時(shí)漏漿。沿裂紋的走向，全長使用密封膠進(jìn)行封縫，封縫應(yīng)不小于50mm寬，3mm厚。養(yǎng)護(hù)待密封膠固化。配制漿液時(shí)應(yīng)按照“少量多次”、“配比準(zhǔn)確”、“攪拌均勻”和“注意漿溫”的原則進(jìn)行。每次配漿不宜太多，配好的漿液應(yīng)在半小時(shí)內(nèi)使用完畢；漿液的配比準(zhǔn)確，應(yīng)使用電子天平進(jìn)行精確稱重，配制環(huán)氧樹脂時(shí)，主劑：固化劑以合理比例配制；主劑與固化劑應(yīng)在倒入時(shí)邊倒邊攪拌，應(yīng)攪拌至顏色一致，充分混合均勻，防止?jié){液暴聚；

16、漿液配制時(shí)應(yīng)密切注意漿溫，若漿溫過高則表明漿液固化反應(yīng)迅速，應(yīng)立即停止配制。用注射器吸取注漿液，插入注射底座，擰開拉環(huán)，使?jié){液通過注射底座自動注入裂紋，注漿時(shí)采用多點(diǎn)同步灌注方式，從下至上，從寬至窄，逐步推進(jìn)，施工中采用穩(wěn)壓慢灌，每孔純灌時(shí)間不少于90min，以保證灌漿質(zhì)量。當(dāng)注入裂紋的環(huán)氧樹脂膠液固化后，撤去注射器，卸下其底座，然后清理表面，必要時(shí)可用角磨機(jī)磨平混凝土表面。3、直接封閉法在混凝土表面涂刷環(huán)氧樹脂以封閉微細(xì)裂紋的修補(bǔ)方法稱直接封閉法，適用于寬度小于0.3mm的微細(xì)裂紋的修補(bǔ)，也可用于混凝土外表面的裝飾和防水處理，以及防止混凝土保護(hù)層的碳化和有害離子對混凝土的腐蝕。當(dāng)采用直接封閉

17、法時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 應(yīng)先清干結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面的水分，干燥后進(jìn)行裂紋的封閉。 涂刷環(huán)氧樹脂時(shí)，應(yīng)使膠液在結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面充分滲透，微裂紋內(nèi)應(yīng)含膠飽滿，一般應(yīng)沿裂紋多道涂刷。涂刷時(shí)，應(yīng)排除氣泡，使涂面平整、含膠飽滿均勻。多層涂刷時(shí)應(yīng)重復(fù)上述步驟，在表面所涂的膠液達(dá)到指干狀態(tài)時(shí)立即涂刷下一層。4.4裂紋治理所用材料的特點(diǎn)及技術(shù)性能化學(xué)漿材選擇應(yīng)掌握的原則：一是漿材的可灌性，所選化學(xué)漿材必須能夠灌入裂紋，充填飽滿，灌入后能凝結(jié)固化或有效反應(yīng)，以達(dá)到堵漏、補(bǔ)強(qiáng)和加固的目的；二是漿材的耐久性，所選用材料在使用環(huán)境條件下性能穩(wěn)定，不易起化學(xué)變化，并且與混凝土裂紋有足夠的粘接強(qiáng)度，不易脫開。據(jù)此本項(xiàng)目裂紋治理選用

18、改性環(huán)氧樹脂和聚氨酯灌漿料作為灌漿材料。1、改性環(huán)氧注漿材料的特點(diǎn)及技術(shù)性能（1）產(chǎn)品特點(diǎn)：a可灌性能好：漿液自身具有極強(qiáng)的滲透能力，可滲入末端寬度0.003mm的微裂紋，可灌入滲透系數(shù)k=10-6-10-8cm/s的低滲透性泥化夾層中使其固結(jié)改性（由“泥性”變?yōu)椤皫r性”）；b對裂紋干燥度無要求，可在潮濕環(huán)境下固化，并能對有漏水甚至涌水的裂紋施工使用，具有大多數(shù)環(huán)氧類灌漿材料不具備的堵水補(bǔ)強(qiáng)特殊功能；c漿材固結(jié)體力學(xué)性能優(yōu)良，應(yīng)用范圍廣，具有補(bǔ)強(qiáng)、加固等功能；d耐老化性和耐腐蝕性極佳；e注漿材料，固化時(shí)間可調(diào)，使用方便；f固結(jié)體無毒無污染。（2）產(chǎn)品技術(shù)性能：表1 環(huán)氧樹脂技術(shù)性能序號項(xiàng)目漿液

19、性能LN1漿液密度/g/cm3 1.001.002初始粘度/mPas 302003可操作時(shí)間/min 3030表2環(huán)氧樹脂灌漿材料固化物性能序號項(xiàng)目固化物性能1抗壓強(qiáng)度/MPa 40702拉伸剪切強(qiáng)度/MPa 5.08.03抗拉強(qiáng)度/MPa 10154粘結(jié)強(qiáng)度干粘接/MPa3.04.0濕粘接*/MPa2.02.55抗?jié)B壓力/MPa 1.01.26滲透壓力比/% 300400*濕粘結(jié)強(qiáng)度：潮濕條件下必須進(jìn)行測定。注：固化物性能的測定齡期為28d2、聚氨酯注漿材料的特點(diǎn)及技術(shù)性能（1）產(chǎn)品特點(diǎn)：a本產(chǎn)品無溶劑，含固量100%，單組份，柔彈聚氨酯樹脂灌漿料是防水堵漏優(yōu)質(zhì)材料；b未固化前，是一種淺黃色

20、液體，當(dāng)它與水接觸時(shí)，漿液便膨脹，快速（取決于溫度和催化劑加入量）固化形成有韌性和彈性的閉孔聚氨酯泡沫，這種泡沫通常不會受腐蝕環(huán)境的影響；c 在接縫或裂紋中形成柔彈性的填充物；d不易燃，無溶劑，使用安全；e調(diào)節(jié)催化劑可以控制反應(yīng)速度，固化物可耐大多數(shù)有機(jī)溶劑、弱酸、堿以及有機(jī)微生物。（2）產(chǎn)品技術(shù)性能：表3 聚氨酯技術(shù)性能序號試驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)WPUOPU1密度g/cm3 1.001.052粘度mPa.s 1.01033凝膠時(shí)間s 150/4凝固時(shí)間s /8005遇水膨脹率% 20/6包水性s 200/7不揮發(fā)物含量% 75788發(fā)泡率% 35010009抗壓強(qiáng)度MPa /63、水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料的特點(diǎn)及技術(shù)性能（1）產(chǎn)品特點(diǎn)：a、適宜在潮濕的的基面上施工，還能在滲水的情況下施工。 b、能長期抗?jié)B及耐受強(qiáng)水壓,屬無機(jī)材料不存在老化問題，與混凝土同壽命。 c、具有超強(qiáng)的滲透能力、在混凝土內(nèi)部滲透結(jié)晶，不易被破壞、具有超凡的自我修復(fù)能力，可修復(fù)小于0.4mm的裂紋。 d、防止凍融循環(huán)、抑制堿骨料反應(yīng)，防止化學(xué)腐蝕對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，對鋼筋起保護(hù)作用但對混凝土無破壞膨脹作用。(2)產(chǎn)品技術(shù)性能：表4 水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料技術(shù)性能序號項(xiàng)目性能1凝結(jié)時(shí)間初凝時(shí)間 min20終凝時(shí)間 h242抗折強(qiáng)度MPa7d2.828d4.03抗壓強(qiáng)度MPa7d1228d1