严寒隧道大修方案的探讨

1、 关于严寒隧道大修方案的探讨 任成智内容摘要: 严寒地区隧道无法采用常规的盲沟、排水沟等措施排水，同时由于山体裂隙复杂人们无法判断衬砌背后的准确水源，经常在远离水源的漏水处打井，结果衬砌背后的水路被冻结，泄水井没有起到排水作用。针对严寒隧道病害我们采取了打观察孔判断水源；低流量注浆；组合衬砌，锚杆胶缝；利用严寒冻结开挖泄水洞等措施，大修效果明显改善。关键词：水源、观察孔、压浆流量控制、浆液比例、锚固剂。一、隧道治水 隧道治水是隧道大修能否成功的关键，也是隧道大修最难解决一个问题。隧道衬砌背后的积水或衬砌背后的水流被冻结，水变成冰体体积膨胀，衬砌被胀裂。同时，随着冻结的加深，冰体遇冷收缩产生裂纹

2、，后部岩体里的水又补充上来。当春季温度回升时冰体再次膨胀，加大冻害能量。水是严寒隧道病害的主要根源，治水是隧道大修的主要工作。一般隧道治水的经验是“以排为主，排堵结合” 。为了排水，我们在嫩林线504km+058m隧道打了十几座泄水井，结果收效甚微。有的开挖时有水，井打完后水却没了；有的在成井后水流极小；有的井在冬季被冻死。在40的东北山岭，围岩冻深多达3m6m，缓缓的水是不可能靠一个简单的盲沟排出的。通过多年的大修实践，我们在前人经验的基础上研究了一套针对严寒隧道的大修方案。1隧道治水的原则：由于严寒地区隧道，排水需要设深埋式保温井，工程造价较高（一般1520万元/井），同时在水流较小的地段

3、水路经常被冻结，只有在水流相对集中，水流放热与衬砌吸热能够接近平衡的地段，才能可能排水。所以，我们治水的原则是：“以堵为主，排堵结合”。2隧道排水排水的关键是找准水源，在调查隧道时我们会发现很多漏水点，如果我们在漏水位置选定泄水井，很多时候是错误的。有可能它的真正水源在几十米外，由于漏水点附近衬砌混凝土质量好，没有泄漏的条件所以在远处泄漏；有的是季节性存水，开挖放出后，水就没有了，这样的情况适合压浆封闭。那么怎样透过衬砌判断真正的水源呢？我们的方法是打观察孔，用凿岩机在有可能出水的衬砌打孔，一般每11.5钻1孔。这样存水的部位就会流出后停流；而岩石流水水部位就会暴露，再对漏水处加密打孔近一步判

4、断水源，水流位置基本上就可以准确判断。泄水井要根据岩石的导热系数和当地的气温确定埋深的深度（一般大兴安岭地区埋深在2m以上），外部加设笨板保温，如图1。3压浆封闭隧道压浆一般的方法是：对先用1：3的砂浆对衬砌背后的空隙进行回填压浆；再用1：0.81.0的水泥浆和水玻璃按1:1的比例进行双液压浆，封闭砂浆空隙，玻璃水的作用是速凝。实践证明，这种传统堵漏的方法效果不佳，遇到流水部位浆液随着水流涮走，遇到存水地段浆液被稀释。那么怎样压浆才能保证效果呢？必须注意以下3点：打观察孔放水，观察孔也可以用于回填压浆。根据存水情况不通采取不同的压浆方案。无水地段，检查压浆采用水泥浆（一般水灰比0.70.8）即

5、可 ，这样不仅压浆强度比双液压浆强度高，而且造价降低；对有少量渗水地段采用双液压浆，并根据渗流大小调整浆液浓度，渗流越大浓度应越高，速凝越快，保证不被水稀释，同时要提高适度提高压浆压力封堵岩石空隙。压浆时要在水泥浆中掺加适量的（如UEA3%）膨胀剂，防止水泥浆凝固后收缩，提高封闭效果。压浆必须选择无水季节，岩体水流和外部降雨有直接关系，很多部位的水流是季节渗水，只是山高有一个时间差，结合观察孔，选择无水时压浆，这点非常关键。有些部位，渗水量小，经过反复压浆不能进浆。这是因为压浆机出浆量是固定的，岩石空隙太小，供浆量过剩几倍使压浆机压力迅速达到设计压力，使压浆失败。建议选用带有快慢档的新型压浆机

6、，用低流量压浆。经过几年的压浆实践，漏水最严重的嫩林线1隧道、图强隧道治水效果明显改善，绝大多数的衬砌已经干爽无水，新生冻害明显减少；冻害最严重的2隧道治水也取得了明显效果。二、衬砌整治经过数年冻害，很多隧道衬砌裂纹纵横，有的折断；有的脱落。对此我们采取过多种措施，实践证明，采用组合衬砌方案是比较成功的。1边墙整治（1）单缝宽小于3mm，且缝长小于5m者，暂不大修。（2）对缝宽度310mm且不侵入限界者用锚杆胶封缝加固。锚杆间距1.25m,延裂缝上下布置，距裂缝0.30.5m。裂缝用混凝土灌缝胶封闭。灌缝方法：先用封闭胶掺加腻子封闭裂缝，并在腻子上预留小孔，腻子硬化后用大号注射器向孔内注浆。对

7、流浆孔堵塞即可，说明浆液已渗入；对无浆孔进行注浆。（3）对缝宽超过10mm;或爪状网裂纹；或错台伴有侵限者和有两道以上水平裂纹的边墙，采用钢网喷混凝土组合边墙加固，并打2m锚杆锚固在岩石上，拉力大于5吨/根，间距1m1m。（40对侵限密集部位，先凿除侵限混凝土或拆除边墙，再安设锚杆钢筋网喷射混凝土,结构与组合边墙相同。组合边墙背后，无论有水或无水均应压浆封闭。2拱部整治（1）环裂或斜向单一裂纹且裂缝宽度小于3mm时，暂部处理。但对纵向小于3mm的单一裂纹要综合考虑。（2）拱腰裂纹主要为纵裂或兼有轻微环裂，以及交叉行成网状裂纹；或错台小于15mm者；或纵裂小于3mm两道以上的裂纹，采用钢网喷射混

8、凝土的组合结构。（3）对拱腰剪裂或内缘胀裂，主裂缝大于3mm者，或大于3mm纵裂两道以上和单裂大于15mm者，或网状爪状兼有及错台大于15mm者，采用锚杆钢网喷射混凝土。钢筋结构：环向主筋14，间距200mm；纵向辅筋12,间距200mm；用16牵钉将钢筋网固定在拱部，牵钉间距400mm600mm。牵钉必须用锚固剂锚固，这是新旧衬砌结合的关键。锚杆可以根据衬砌危险的程度适当使用，主要作用确保施工中拱部安全。不大量使用锚杆的原因是锚杆成本较高，同时拱部衬砌在新喷射混凝土中的钢筋的保护下拱结构不会破坏，承载能力没有问题。（4）拱部掉块或孔洞用素喷混凝土整治。通过牙林线岭顶隧道和嫩林线1隧道病害整治

9、实践，方案比较成功的。用这种组合衬砌的方法施工不仅造价低，而且安全。整治后绝大多数的衬砌没有产生新裂纹。3限界测量隧道大修限界测量是保证隧道大修质量的关键一环，凿除侵限混凝土过深，造成既有混凝土厚度减少；凿除不足造成侵限，需要经常测量。我们发明了一种即简单又实用的大修限界测量工具，使用安装方法如下：根据隧限1的要求在作业车前后分别测量出隧限1的圆心点，并在车前后的圆心点各安一把塔尺做限界半径（R224cm），转动塔尺便可以测出拱部一个断面的限界尺寸。把作业车前后的两把塔尺顶端用线绳连上，同时旋转就可以测出车上任何一个位置的限界情况。保证了工人在车上作业时，能测出每一点的限界情况，准确凿除侵限混

10、凝土 ，如图2。三、泄水洞、泄水井开挖由于20世纪60年代，“多、快、好、省”的思想指导，我局有些隧道没有泄水洞，有的设计了侧沟排水，冬季时造成流水冻结轨面。因此，有些隧道必须在行车条件增建泄水洞，多数泄水洞是因为岩石破碎施工困难而放弃的，这是一项危险艰苦的工作。施工的关键点是：为确保行车安全上部横抬扣轨防护，洞内开挖要做钢拱架支撑。利用严寒开挖泄水井、泄水洞。隧道一般冻深多达36m,在开挖破碎有水的岩石时，可利用14月份岩石冻结时开挖，既安全，又快速。泄水洞空间狭小，可利用高压风管向前端放风，高压空气释放后倒流除尘。四、几点大修施工经验1利用作业车 喷射混凝土，车上要带风缸，凿岩机、喷射机前有风缸，风压才能稳定，喷射混凝土才能连续均匀，质量好，不堵管。2压浆整治要与组合边墙结合施工，施工顺序是：锚杆胶缝：先锚杆胶缝，后压浆；组合边墙和拱部整治：先打防护锚杆，再压浆，最后组合边墙。先打安全锚杆可以防止压浆破坏衬砌；压浆先于组合边墙，不仅可以固定衬砌背后回填石，保证行车安全，而且安装边墙锚杆时不堵孔，可以顺利穿过填层。3衬砌整治应成段进行，不能分成小段进行重点整治。因为岩石在形成时从岩浆到上千度的岩石最后变为常温岩石，岩石发生冷缩，使整