大秦铁路隧道漏水综合防治技术

太原铁路局   2015-10-10 18:53:33  234浏览 作者:4

一、工程概况

我局承担施工的大秦铁路沙 (城) 茶 (坞)段,线路总长102km,有隧道27座,计 19.572km,最长的花果山隧道为3.741km,其中有26座隧道集中分布在北京市昌平县铁炉 村和怀柔县下王峪境内的燕山山脉中间。线路通过大岭沟、大黑山、牛蹄岭、花果山、摩 天岭等主要山峰,地形起伏,山势陡险。隧道埋置深度在60~250m之间,通过岩层主要 为燕山期花岗岩、闪长岩、石英二长岩及少量的白云岩和石灰岩。断层多,地下水丰富, 石质破碎,施工相当困难。

二、隧道防水综合整治的具体作法

1.地表注浆和洞内预注浆

在隧道开挖之前,根据地质勘探资料,确定预注浆的方法。地表和洞内预注浆主要在 花果山隧道的瓦房子沟和五豁沟段实施。该隧道埋置深度一般为80~120m,但沟底最浅 处理深仅30m。洞顶的瓦房子沟这一段,断层密集,石质挤压破碎严重,且有90~180t/d 的常年流水,为了避免隧道在开挖时发生大量坍方和涌水,进行地表注浆和洞内预注浆。

(1) 地表注浆堵水:

浆液成分: 水泥为525号、425号普通硅酸盐水泥,水玻璃为碱性水玻璃,35°Be’, 附加剂为磷酸二氢钠,掺量为水泥质量的1%~2.8%。

浆液参数: 水灰比为1.5,1,0.75,0.5; 水泥浆与水玻璃浆体积比为1∶0.5~0.7。

浆液初凝时间为5~15min。

注浆压力为1.5~5.0MPa,一般为静水压力的2.5倍。

耗料为水泥31.5t,水38.4t。

注浆后,隧道开挖至该断层地段时,洞内围岩有一定的固结性,洞顶沟中流水减少不 明显,洞内没有发生大的坍方涌水,顺利通过了4条断层破碎带,效果很好。

(2) 洞内预注浆和暴露注浆堵水:

洞内预注浆在花果山隧道断层较集中且含水量较大的五豁沟和新开沟地段进行。

水灰比为0.7,水泥浆与水玻璃浆体积比为1∶0.7~0.8。

附加剂: 磷酸二氢钠,掺量为水泥质量的0.5%~1.0% (起缓凝作用)。

浆液初凝时间为1min。

注浆压力为1.5~5.0MPa。

注浆时,每次注浆深度8m左右,开挖5m,留3m止浆盘。如遇有大股涌水,应先在 涌水孔左右侧和上方钻3~4个截水孔,方可注浆堵水。预注浆堵住了隧道内的股水及较 大零星散水,加固了软弱的破碎围岩,保护了岩层,制止了大坍方,加快了开挖进度。

2.施工防水混凝土衬砌

(1)合理选择配合比,严格选用材料。

通过大量试验,在施工中我们选用了以下配合比:

配合比为1∶(3.16~2.33) : (4.33~3.55),水灰比为0.55~0.60,水泥用量为280~ 300kg/m3,砂率≥35%,粗骨料粒径为5~40mm。

坍落度: 人工灌筑为3~5cm,泵送灌筑为9~13cm。

外加剂: MF2掺水泥量的0.5%; 木钙掺水泥量的0.25%; NC掺水泥量的3%; NNO 掺水泥量的0.05%; 泵送剂掺水泥量的1.5%。

粉煤灰: 掺水泥重量的10%~17%。

砂子: 选用十三陵或九渡河的中砂;

石子: 选用十三陵或九渡河的卵石或碎石。

水泥: 用日本进口或国产的525号、425普通硅酸盐水泥。

(2)严格灌筑工艺,加强抗渗试验,把好施工质量关。

为了保证防水混凝土的抗渗指标不小于B8,除按理论配合比在试验室做抗渗试验外, 在实际施工中每隔10~15m隧道拱墙混做一组或各做一组试件,检验抗渗试验。如花果山 隧道做520组,大黑山隧道做199组,大岭沟隧道做310组。由于配合比和施工严格控制, 所做现场试件中80%的抗渗等级大于或等于P8,有20%的抗渗等级为P10~15。

3.衬砌过程中的漏水防治措施

(1)采用新型背贴式盲沟疏导和引排:

第1种是背贴式橡胶盲沟(上海工程橡胶厂生产),其技术性能如下:

伸长率(即延伸率) ≥400%~450%,永久变形<30%,防霉效果1级,老化系数 ≥85%,扯断强度≥11~12MPa,硬度 (SH) 60~70,宽度80cm,厚度1mm,长度任意。

这种盲沟安装方便,可用胀圈螺钉直接固定在围岩壁或初期支护上,还兼作防水用。 价格适中,施工容易,能起到挡水和排水作用,一般在滴漏水小的渗漏情况下使用。

第2种是聚氯乙烯 (PVC) 塑料丝盲沟,为南京塑料厂研制生产。这种盲沟底板宽 60cm,厚1mm,中央有多道薄细筋条以便于混凝土粘结牢固,内侧有宽35cm、厚5cm并 用薄形无纺布裹在底板上的排水条带,将它附贴固定于围岩壁上,用于引排较大的地下水 (如股水、涌水,引排)。

这种盲沟是拱墙连通设置,而每2条间的距离视其漏水情况来决定,如大面积的漏 水,就安排密一点,每3~5m一条; 如有大的股水,可以2条或多条并在一起使用。上述 盲沟,使用方法、加工简单,成本低,安全,效果明显,现场受欢迎。

(2)铺薄型塑料板或塑料薄膜。在有大的股水和渗流水地段,做衬砌防水混凝土施工 时,应先在拱顶岩壁上铺设一层塑料板或塑料薄膜,把水隔开,导入边墙下,再灌筑混凝 土。铺塑料薄板或薄膜的作用,一是多做一道防线防水; 二是避免在灌筑混凝土时,漏水 不断侵入混凝土中,增大水灰比,从而使质量变坏,降低抗渗压力,失去防水作用。

(3) 应用新型背贴式橡胶止水带防治接缝漏水:

为保证止水带在接缝中的止水作用,我们经过研究试验,采用了自行设计,由上海新 光橡胶厂生产的新型背贴式橡胶止水带。它可以固定于衬砌段端头模型板或岩壁上,安装 方便,容易定位,弹性好,在灌注下一段混凝土时,不易被挤歪。一般每隔6~12m安装 一条,如遇到断层或塌方漏水需要短开挖快衬砌时,可按具体情况,每2~5m安装一条。 在灌注下一段混凝土之前,应把前一段砌体接缝处,用压力水冲洗干净并凿毛,再进行下 一段混凝土灌注,以便使新旧混凝土取得较好的粘结效果。如在大黑山隧道DK+308+ 950段,因处于断层带,石质破碎严重,拱部衬砌采取1~1.5m灌注一段混凝土,对各段 接缝用上述方法处理,并认真进行捣实。初砌完工后,经检验这段衬砌无渗漏,拱部基本 上是干燥的。 背贴式止水带安装结构见图1。

在初砌混凝土的接槎缝或预留的伸缩缝处漏水严重时,采用聚乙烯背贴式盲沟与接缝 止水带相结合的安装方式,形成多道防线,使大的漏水一方面可以沿盲沟排至隧道底部边 沟,同时沿缝渗漏水又可以被止水带封堵,取得较好的防水效果,如图2所示。

图1 背贴式止水带固定方式.png

图1 背贴式止水带固定方式

1、4—固定钉; 2—围岩及喷层; 3—衬砌;

5—端点模板

图2 接缝止水带与背贴式盲沟结合安装方式.png

图2 接缝止水带与背贴式盲沟结合安装方式

1—固定锚钉; 2—开挖岩面; 3—背贴式盲沟;

4—接缝止水带; 5、6—衬砌

4.普通防水混凝土防裂措施

(1) 预留伸缩缝。根据我们应用的衬砌模板机具的情况,每隔6m或12m预留一条伸 缩缝,使混凝土在硬化过程中产生的收缩应力在预留伸缩缝处释放出来。

(2) 铺设塑料薄膜。把混凝土与岩体或喷射混凝土拱部隔开,当衬砌混凝土收缩时, 不受混凝土体约束而造成拉裂缝隙。

(3) 在混凝土中加微膨胀剂,使衬砌混凝土在硬化过程中产生微量膨胀,平衡混凝土 硬化收缩应力,从而减少裂纹。

(4)合理布置模板。用进口模板台车,如果全断面一次灌注12m的衬砌,在拱顶和 拱腰部位裂缝较多,最多的在1m2衬砌面上达到3条。在有水地段,岩体中的水从裂缝中 大量渗漏出来。用模板台车只打拱部或只打边墙的地段,衬砌防水混凝土裂缝比整体一次 全断面衬砌可减少80%以上。用普通钢模板做的拱墙短衬砌,几乎没有裂缝,但接槎缝 过多,漏水部位就多。所以,用全断面模板台车做防水混凝土衬砌一次不宜过长。用12m 长的模板台车做衬砌时,中间最好预留一条伸缩缝,用滑动拱架,组合钢模做先墙后拱或 先拱后墙的衬砌能比较有效地阻止防水混凝土衬砌产生裂缝。

三、防水混凝土裂缝和各种施工缝漏水的处理

拱部裂缝或施工接槎的漏水,采取以凿槽埋管注化学浆液封堵为主。 边墙缝隙漏水采 取以凿槽引排为主,具体做法如下:

(1) 拱部裂缝或漏水,根据漏水情况和漏水量大小,采取沿缝凿槽,并找出真漏水 点,然后埋管,在管周围用速凝水泥浆快速封堵,使漏水 从管中引流出来,当水泥浆硬化后接着涂一层聚氨酯橡胶 涂料,再用防水砂浆封槽。待砂浆达到一定强度后,分别 按一定顺序从埋管中注化学浆液 (水溶性聚氨酯),注至一 定量 (按漏水孔缝大小计算浆量) 时,停注,把管口堵死, 待漏水完全停止后,把注浆管剪去,并对注浆周围用1∶ 1.5~2砂浆抹平,具体做法如图3所示。

(2)拱腰部分裂缝和施工缝漏水的处理。先沿漏水缝 按要求尺寸凿槽,在槽底铺设导水板或排水带,用快凝水 泥浆封堵,涂焦油聚氨酯防水涂料,最后用1∶1.5~2防水 砂浆封槽,使水沿排水板流入隧道底部边沟,如图4所示。

(3)边墙施工缝和漏水治理,原则上以引排为主。先沿缝按要求尺寸凿槽,在槽底铺 无纺布和半圆导水管,其他做法与上述相同。

图3 拱部裂缝漏水治理.png

图3 拱部裂缝漏水治理

1—裂缝; 2—注浆管;

3—止水净浆; 4—焦油聚氨酯2mm厚;

5—1∶2水泥砂浆

图4 拱腰裂缝漏水治理.png

图4 拱腰裂缝漏水治理

1—裂缝; 2—贴面排水板; 3—止水净浆;

4—焦油聚氨酯2mm厚; 5—1∶2水泥砂浆

图5 起拱线施工缝漏水治理.png

图5 起拱线施工缝漏水治理

1—1∶2水泥砂浆; 2—涂膜橡胶; 3—双快水泥净浆;

4—排水带; 5—衬砌裂缝或施工接缝

(4)对起拱线部位施工缝和裂缝漏水,采用同边墙裂缝漏水基本相同的方法治理,具 体作法如图5所示。

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