涌水处治技术

涌水处治技术（精选四篇）

涌水处治技术 篇1

关键词：长大隧道,花岗岩与灰岩侵入,拱顶涌水,方案,措施

1 工程概况

山西中南部铁路通道西铁车2号隧道起讫里程为DK1076+119~1083+970, 全长7851m。隧道穿越花岗岩、灰岩和灰岩夹页岩。灰岩区岩溶具有不发育至发育, 对工程的影响程度较大, 特别是隧道应考虑岩溶水突水问题, 部分地段存在岩溶问题。进口至斜井方向掘进过程中沿隧道掘进方向隧道顶部地表出露为灰岩, 底部为花岗岩。由于花岗岩是一种火山爆发的熔岩, 且受到相当的压力在熔融状态下隆起至地壳表层之构造岩。在地壳表层形成中, 缓慢地移动冷却下来, 同时侵入上方灰岩造成节理裂隙较发育, 富含地下水可能性较高。在花岗岩与灰岩侵入地段较易发生突水、突泥现象, 对隧道施工影响较大。

2 涌水塌方说明

西铁车2号隧道进口DK1076+860处原设计围岩级别为Ⅱ级, 衬砌形式采用Ⅱ级复合式衬砌 (W=0) 。2012年2月22日, 掌子面上台阶开挖至DK1076+860, 初期支护施工至DK1076+857.5, 开挖显示围岩为弱风化花岗岩, 厚层~中厚层, 节理裂隙较发育, 裂隙泥质充填, 围岩整体完整性较好, 局部存在掉块现象。上午12时出渣完成, 拱顶发生涌水, 经测算涌水量为130m3/h, 后在拱顶偏左侧位置形成涌水孔 (直径约40cm) , 此时涌水量稳定, 但是经水浸泡之后, 拱顶逐渐有小块软弱碎石块掉落, 23点30分, 挖掘机排险时, 拱顶上方围岩塌落, 面积为7.5m2 (3m×2.5m) , 岩层厚度约2~2.5m, 塌落形状呈环形, 此次塌落后拱顶围岩基本自稳, 拱顶塌腔周边围岩受水浸泡仍有碎石块掉落现象, 2月23日凌晨2点, 掌子面拱部周围涌水量增大, 测算涌水量为275m3/h, 2月24日上午10点经测算涌水量约220m3/h, 趋于稳定, 涌水无水压, 呈自流倾泻状态。经现场观测水温恒定为16~17℃, 涌水水质清澈, 初步判断为地下水。通过现场观察塌腔体周边及出渣岩体情况可判断围岩处于灰岩与花岗岩的接触带附近。隧道顶部该位置沿隧道掘进方向出露为灰岩, 节理裂隙较发育, 可能富含较高地下水。掌子面出水位置位于山脊处, 距地表约90m埋深, 地表无蓄水区域 (水库、池塘、地表径流等) 。

3 处治方案

该方案的基本设计思路是:以堵为主, 限量排放。

3.1 初步控水

对拱部出水的段落, 采用棚架嵌入桥接结构, 材料采用φ42×3.5m钢管 (管长3.5m/根) , 前方钻孔嵌入围岩, 其深度不小于1m, 环向间距0.3m, 棚架上面铺设钢筋网和防水板遮挡水流及掉块, 以方便拱架安装施工。钢架安装后, 预先于两侧拱脚处共安装3~4根带法兰盘和闸阀的钢管 (直径不小于φ200mm或更大) , 后在外侧铺设防水板密贴钢架汇水, 水流下后顺防水板向两侧汇集, 然后通过钢管流出, 控制水流速度可以通过预留闸阀来调节。同时, 为保证在控水条件达到后泵送混凝土回填拱架上方空洞, 可在拱部预留一根粗钢管 (φ150mm) 作为混凝土通路, 并在拱部预留一根钢管 (φ42) 作为查看管, 要求长度低于预留的泵送管10cm, 以便于检查泵送高度位置情况。

3.2 初期堵水

涌水段前方15m范围, 进行全断面周边径向注浆, 以封堵围岩裂隙, 从而达到堵水的效果。注浆浆液采用首选单液浆, 必要时, 经过各方会商同意后, 可采用水泥、水玻璃双液浆。注浆终压可控制在0.5~1MPa, 注浆结束条件应以定量定压相结合的原则进行控制。注浆方式采用全孔一次性注浆, 可采用隔一孔或两孔间隔注浆, 以防止窜浆注浆。注浆顺序按照自下而上, 自少水处向多水处的顺序施做。注浆完毕后用同标号 (C25) 砼浆堵塞密实, 封闭注浆孔。注浆效果通过检验打开拱脚钢管阀门处水流出的情况而定, 若仍有水流出, 应继续补充注浆。

3.3 封水掘进

注浆完成后, 用泵送混凝土对涌水段 (2m) 拱顶上方空洞进行回填。掌子面前方掘进前采用超前水平钻钻探、超长炮孔、探地雷达、地质素描等措施综合判定隧道前方正洞范围内围岩情况及地下水发育情况。依据实际判定报告采用IV级围岩复合式衬砌支护, 开挖前需采用超前小导管注浆固结前方拱部出露灰岩岩体, 必要时可加密间距及搭接长度。

4 涌水注浆处治关键施工技术

4.1 涌水注浆处治措施

(1) 立即回填反压形成作业平台, 台阶长度、高度以方便施工超前水平钻探、钢架安装等为准。

(2) 对目前涌水段落 (2m) 拱部120°范围内用φ42×3.5mm无缝钢管做棚架, 前方钻孔嵌入围岩, 其深度不小于1m, 环向间距0.3m。棚架上面铺设钢筋网和防水板遮挡水流及掉块, 以方便拱架安装施工。小导管视拱顶围岩情况适当放大仰角, 后方与拱架焊接牢固。棚架结构可以保证掉落碎石块时的施工安全, 起到减缓冲击伤害的作用。

(3) 该涌水段 (2m) 按IV级围岩复合式衬砌施工, 钢架采用I16工字钢, 纵向间距加密至50cm, 拱脚处每侧增加至4根锁脚锚管 (长度4.5m) 。钢架安装时应尽量紧贴岩面, 钢架内外侧均满铺钢筋网 (间距为25cm×25cm) 。网片安装后, 预先于两侧拱脚处共安装3~4根带法兰盘和闸阀的钢管 (直径不小于φ200mm或更大) , 后在外侧铺设防水板密贴钢架汇水, 水流下后顺防水板向两侧汇集, 然后通过钢管流出, 控制水流速度可以通过预留闸阀来调节。同时, 为保证在控水条件达到后泵送混凝土回填拱架上方空洞, 可在拱部预留一根粗钢管 (φ150mm) 作为混凝土通路, 并在拱部预留一根钢管 (φ42) 作为查看管, 要求长度低于预留的泵送管10cm, 以便于检查泵送高度位置情况。

(4) 完成后采用喷射砼封闭 (C25) , 喷射砼厚度不小于18cm。为保证后期注浆和泵送砼时的施工安全。需施做斜向、竖向支撑。支撑钢架横向采用I16工字钢, 竖向采用I20工字钢并在底部垫钢板。确认喷射砼表面无明显渗漏水后, 将出水口闸阀 (两侧) 关闭堵水, 若表面局部仍有明显出水点, 应将出水闸阀微开, 降低水压, 然后对出水点处进行局部喷砼封堵处理, 直至闸阀完全关闭后, 表面无明显渗漏水。

(5) 自涌水段前方15m, 进行全断面周边径向注浆 (开挖轮廓线外4m) , 防止水流顺围岩裂隙窜至前方已支护区域。注浆管采用钢花管 (φ42×5mm) , 长度4m, 环向间距1m, 梅花型布置, 裂隙发育处可加密至0.5m, 。注浆浆液采用首选单液浆, 必要时, 经过各方会商同意后, 可采用水泥、水玻璃双液浆。注浆终压可控制在0.5~1MPa, 注浆结束条件应以定量定压相结合的原则进行控制。注浆方式采用全孔一次性注浆, 可采用隔一孔或两孔间隔注浆, 以防止窜浆注浆。注浆顺序按照自下而上, 自少水处向多水处的顺序施做。注浆完毕后用同标号 (C25) 砼浆堵塞密实, 封闭注浆孔。注浆效果通过检验打开拱脚钢管阀门处水流出的情况而定, 若仍有水流出, 应继续补充注浆。

(6) 注浆完毕后, 掌子面前方布置3~5孔超前水平钻钻探, 长度30m, 仰角15°, 如遇异常需加密探测, 以探明隧道前方正洞范围内围岩情况及地下水发育情况, 同时以红外探测设施辅助探测前方地下水发育情况, 探明是否有积水腔体或者地下径流, 若有异常情况及时反馈相关单位, 尽快制定应对措施进行处理。

(7) 以上措施完成确认无异常后, 进行掌子面开挖, 前方10m掘进范围段采用Ⅳ级复合式衬砌支护形式。为避免开挖后可能出现渗漏水, 开挖前在上半断面灰岩薄弱区采用超前小导管注浆加固, 小导管采用钢花管 (φ42×3.5mm) , 单根长4.5m, 环向间距0.3m (裂隙发育处可加密至0.2m) , 纵向搭接长度不少于2m。小导管注浆浆液采用水泥浆, 注浆终压可根据实际情况合理确定, 一般为0.5~1MPa。小导管预注浆应按自下而上的顺序施做, 并采取有效措施防止窜浆。注浆后待浆液固结并达到强度后方可进行开挖。

4.2 施工注意事项

(1) 涌水段初期支护完成后, 若周边仍有渗漏水, 需再次进行注浆堵水。 (2) 为保证后期施工排水通畅, 该段可加密环向盲管 (间距2m) 。 (3) 隧道施工时仰拱、二次衬砌必须紧跟掌子面, 确保施工安全。 (4) 在洞内和洞外地表各派专人观察围岩、涌水和注浆情况, 注意安全施工, 并避免涌水及注浆材料污染附近水源, 发现异常情况及时通报相关人员进行处理。 (5) 涌水处理过程中现场必须设置专业安全员全程旁站。 (6) 加强对该段涌水处理过程的监控, 防止安全事故的发生。

5 小结

现场通过采用超前注浆、周边径向注浆堵水, 并以“以堵为主, 限量排放”的处理思路为指导思想, 实践证明该处治技术满足涌水治理要求, 防止了大量涌水对周边生态环境的破坏, 取得了较好的效果。同时对涌水段前后扩大加固范围的措施, 提高了支护整体结构的稳定性, 保证了在后期围岩侵入地段施工的安全, 对防止二次涌水塌方的发生起了重要作用。

参考文献

[1]朱祖熹, 等.隧道工程防水设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[2]协助组.岩土注浆理论与工程实例[M].北京:科学出版社, 2001.

隧道涌水涌泥病害处治施工技术 篇2

稽山隧道是江西省阳城县马头水厂铁路专线,全程1 025 m,埋深约300 m,是一种单程的非电气化铁路隧道工程,整个工程的地质以膨胀性裂隙土为主,地层中的节理裂隙比较发育,整个隧道工程穿过梯形黄土坡,地表有3栋3层楼房和一个容量大约为1 000 m3的水池。在实际的施工中整个隧道揭穿了多个溶洞以及一条暗河,隧道受岩溶侵蚀的影响严重,工程完工后又由于受到长期雨季雨水的影响整个岩溶洞水得到了非常大的补充,整个隧道内已施作相应的措施,但是隧道仍然出现了非常严重的涌水、涌砂以及边墙淋水的现象,给整个隧道的正常使用造成非常大的威胁。

2 隧道涌水、涌泥相关病害的处治施工技术

针对稽山隧道中的岩溶贯通性较好,在碰到强暴风雨时,很短的时间内容易形成高压水,给衬砌裂隙造成破坏,引发突水以及涌泥等灾害的情况,我们应该首先强化隧道岩溶的涌水排泄以及相应的疏导。同时一定要降低衬砌周边的突发高压水,防止其在运营的过程中出现泥砂拥挤道床的现象,造成衬砌崩裂以及涌水涌泥等相关安全事故的发生。对隧道岩溶采取以泄水洞整体的“引排”为主的相关措施,通过对隧道的泄水洞的涌水以及涌泥情况进行大量的现场调查来看,泄水洞基本上达到了相关的设计预期的目的,对相应正洞的涌水、涌泥在一定程度上起到了非常好的排水、排泥效果,确保了相应的正洞结构的运营安全。

从具体的现场调查来看,目前正洞的病害主要表现在局部地段内的衬砌出现了不同程度的裂纹,当前出现的裂纹基本上处于稳定的状态,进一步发展的可能性不大。从整个泄水洞建成前后的对照来看,泄水洞在建设成功前,处在雨季时正洞内的涌水以及涌泥情况严重,在泄水洞建设成功后,相应的正洞内仅D158+890~D158+910段内的左方出现了不同程度的涌水以及涌泥现象,给该段水沟的排水能力造成了很大的影响,使水沟在很大程度上水流能力降低,对应正洞的涌水以及涌泥灾害在对应的泄水洞的作用下得到非常好的解决。其具体处治措施有以下几点。

2.1 隧道的对应地表段的加固,对应地表水的截排工作

隧道D158+894~D158+258段的浅埋,上覆的红土层,D158+894~D158+297穿过的岩土层以整体的断层砂砾岩为主,D159+128~D159+168段开挖出的溶蚀破碎带,岩体的整体性极其的破碎。D160+458~D160+498及D168+785~D169+015段隧道的具体施工的过程中出现一定程度的隧道拱被挤破的现象,隧道内的涌水现象比较严重;该段相应的地表道路出现几个坑陷,洞内的局部衬砌也在不同的程度上出现了一定的水平大裂缝。为在整体上减小相应地表的渗水对隧道的整体结构带来的不利影响,对D160+458~D160+498及D168+785~D169+015段对应的地表进行相应的加固处理。D160+458~D160+498及D168+785~D169+015段对应的地表线路两侧的各个9 m内采用注浆加固技术,9 m范围内的注浆加固的深度:在对应的隧道加固部分内以隧道的整体结构外缘线45 cm以外进行有效的控制,在隧道的外部分以隧道的基底以下进行3.5 m的控制。D168+785~D169+015段对应的线路两侧的5 m~9 m的范围采用地表浅注浆的措施,注浆对应的深度为整个隧道底部以下方向3 m的范围,D168+785~D169+015段对应线路的两边各3 m的范围以内采用D12砌浆片进行实际的铺砌,铺砌的大致厚度在25 cm。注浆时以水泥浆为主,水灰比大致为1.05∶1,注浆所需的压力在1.5 MPa~3.5 MPa左右,在注浆施工前应根据试验验证一下注浆的效果,同时对注浆的参数做出相应的调整。

2.2 注浆相应参数的调整

泄水洞D172+788处左方边墙底以及D179+795处右侧边的墙底板出现涌泥,且整体的出水较大,裂隙的发育比较完善。这两处的主要灾害为:左侧边墙附近的出水孔水流含泥量较多较严重,容易形成沟底下层淤积;D246+800处底板中部有5 cm~10 cm高的拱起,并且伴有少量的水流出,这个部位对应正洞内主要出现的现象为:正洞右侧拱腰有线状漏水。为了引导并强化对正洞周围岩溶水的排出效果,在出水洞D246+800及D246+854靠正洞侧各设置1处引水横向通道,这个通道使用模筑衬砌,其净空大小与出水洞相符,高宽均为3.0 m。拱墙采用钢架以及钢性小导管支护,整体钢架的纵向间距大约为1.2 m/榀,钢性小导管的材料是35型钢型无缝钢管,钢管厚约2.8 mm,每间隔3.0 m布置一环,每个环处布置9根,每根大约长2.8 m。在引水的横道的端头面处设置C30混凝土挡墙,挡墙的厚度为65 cm,并在挡墙处设置长度为4 m孔径为45 mm的集水孔,每处设10孔,最后为了使引水的横通道与隧道底部的岩溶裂隙相连接,在进行隧道底部的处理过程中,对整个隧道的底部进行全面的清理和疏通,此外要向引水的横通道两次进行疏理工作,最终将涌水逐步引上坑面,全面的保证岩溶隙的排水工作通畅。

为了降低引水的横通道在整个工程的开挖过程中给隧道正洞带来的影响,开挖的过程中应以控制爆破为主,控制爆破的震速应在15 cm/s以下,同时在爆破的过程中要加强隧道正洞观测的工作,整个观测工作的测点布置应该在隧道正洞排水孔前面的15 m范围外进行准确的监测,此外应在隧道正洞的相应阶段增加一定数量的防护拱架。爆破工作施工前应对隧道内部全部泄水洞的涌水、涌泥的阶段进行进一步的核查工作。若在爆破工作的施工当中揭露了溶洞等导水洞穴,应采取相应的防护措施。

2.3 增设一定量的集水钻孔

泄水洞D358+549处底部两侧以及D584+215左侧部位有浑浊的泥水流出现,整个泥水流的流量也比较大,此外每当大雨过后每次都有大量浑浊的泥水流出,D358+654~D369+664阶段内正对隧道正洞的灾害主要为:正对隧道正洞阶段内的D356+124~D356+135阶段内的衬砌出现一定程度的裂纹。此外考虑该段大部分在D358+658及D367+124段内打设有一定的引水通道;隧道正洞的D586+254段内设有一定量的检查通道,检查通道与相应的泄水洞正交在D458+365;先前的设计中于D258+457~D234+487段内的靠近隧道正洞侧的按照每4.4 m设置1个环向的集水钻孔,集水钻孔每环布置3个孔,每个孔长约为4 m。根据以上的情况,对整个泄水洞的D587+489~D594+245段内采取一定量的加强水孔措施,逐步的加大对整个隧道的岩溶水排泄工作,集水钻孔的设置详细参数为:在先前的设计当中每2个环的集水钻孔之间增设1个直径为48 mm的集水钻孔,每个环在隧道正洞的侧拱顶处、边墙处、拱脚处各布置1个钻孔,一共3个钻孔,每个孔长约4.8 m。

2.4 隧道正洞的裂隙的处理措施

结合隧道正洞内的裂隙产生的原因、裂隙出现的时间及其相应的发育情况,对裂隙采取以下的处理措施:

1)泄水洞建设成前产生的裂隙,当泄水洞建成后,衬砌背后的由于岩溶水较短时间内汇集而产生的岩溶高压水得到了非常大的缓解。对于此种类型的裂隙,本次的研究工作暂不作相应的处理,仅对裂隙进行相应的观测以及相应的监测,并根据相应的监测结果确定出一定的处理措施,以保证整个结构以及运营的安全性。

2)对于泄水洞建成以后产生的新的裂隙。裂隙产生的原因仍然有可能是衬砌背在很短的时间内汇集而成,未及时进行高压岩溶水的排泄工作而造成的,因此应该主动的加强对于开裂段的高压岩溶水的引排工作,以保证整个结构运营的安全性。

3 结语

随着我国进一步的发展,国家在隧道工程方面的投入必然会越来越大,作为工程技术的一线人员,一定要肩负自己应有的责任,不断的提高我国的隧道工程灾害防治工作。

参考文献

[1]李贵荣.隧道涌水涌泥病害处治施工技术[J].交通世界(建养·机械),2012(9):176-178.

[2]马环宇.丽攀高速公路新庄特长隧道涌水及塌方病害工程地质分析与防治对策研究[D].成都:西南交通大学,2012.

涌水处治技术 篇3

1.1 工程概况

天津地铁3号线南起西青区华苑产业园区, 北至北辰区小淀, 是天津市快速轨道交通线网中西南至东北方向的骨干线路, 正线全长29.506 km。水上北路站位于天津市南开区, 水上北路与卫津南路交口西侧, 沿水上北路设站。水上北路站为地下2层岛式站台车站, 车站主体结构的外包长度为188.5 m, 宽度为20.5 m~24.7 m, 站中心处底板埋深为16.55 m。车站主体采用现浇钢筋混凝土箱形结构。

1.2 地质概况

场地地层有第四系全新统人工填土层 (Qml) 、第Ⅰ陆相层 (Q43al) 、第Ⅰ海相层 (Q42m) 、第Ⅱ陆相层 (Q41al+h) 、第Ⅲ陆相层 (Q3eal) , 岩性主要为粘性土、粉土及粉砂。场地内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。赋存于第Ⅱ陆相层及以下粉砂及粉土中的地下水具有微承压性, 为微承压水。

潜水赋存于人工填土层 (1) 层、第Ⅰ陆相层 (3) 层及第Ⅰ海相层 (4) 层中。该层水以第Ⅱ陆相层 (5) 1粉质粘土、 (6) 1粉质粘土为隔水底板。微承压水以第Ⅱ陆相层 (5) 1粉质粘土、 (6) 1粉质粘土为隔水顶板。 (6) 2粉土、 (6) 4粉砂、 (7) 2粉土、 (7) 4粉砂为主要含水地层, 含水层厚度较大, 分布相对稳定。

1.3 基坑概况

水上北路站主体围护结构采用地下连续墙, 明挖顺作法施工。车站端头井和标准段基坑均采用800 mm厚地下墙, 地下墙接头均采用锁口管形式。西端头井基坑深18.3 m, 地下墙厚800 m, 深32 m, 沿基坑深度方向设置五道钢支撑。根据地质资料, 基坑底部基本位于 (6) 2粉土上。该层粉土上下均为相对隔水的粘性土层, 故粉土内水稍具承压性。在开挖条件下, 须考虑管涌及突水问题。西端头井地下连续墙墙趾位于 (9) 4粉砂层, 根据一般工程经验, 该层为天津地区微承压含水层。按照基坑抗承压水验算结果, 基坑在开挖期间必须对该层进行降承压水处理。

2 涌水事故及抢险方案

2008年11月18日凌晨5时, 在水上北路站小里程西盾构井位置, 发现距基底2 m处有不明孔洞突发基底涌水现象。

针对此种情况, 施工单位积极组织进行处理, 具体处理情况如下:1) 首先对涌水部位采取双液注浆进行封堵;2) 由于涌水部位水量过大, 双液注浆止水效果不明显, 为确保基坑安全, 决定对此处采用回填土方及双液注浆继续堵漏的方式进行处理, 其回填土方厚度至完全压住涌水水头为止。最终回填至6 m高度, 水量开始见小, 水质变清。

3 涌水原因分析及处治方案

3.1 涌水原因分析

根据监测数据、漏水点的位置分析, 涌水现象具有微承压水涌水的特征。经初步分析, 涌水的来源为 (9) 4层微承压水, 初步怀疑造成涌水的原因为:1) 地质勘探孔穿透下层承压水层引发涌水;2) 地连墙施工缺陷造成坑外地下水涌入;3) 地下水管涌;4) 不明地下孔洞深入下层承压水层。

根据施工图纸及地质勘察报告等资料对涌水原因进一步分析后, 认为:1) 涌水点距勘探孔2 m, 角度达到10°, 同时探查水源与勘探孔不在同一方向;2) 若地连墙施工缺陷坑外地下水涌入, 涌水点应靠近地连墙一侧, 实际涌水点距离地连墙约3.2 m;3) 若为地下水管涌, 应该在压入水泥之后整个基底有若干漏点, 但现场情况表明, 漏点只有一个。

各方分析讨论后, 认为该处涌水事故主要由不明孔洞导致 (9) 4层与上层的微承压含水层 (6) 2粉土、 (7) 2粉土层 (层厚共约6 m) 沟通造成的, 目前出水点与 (9) 4层承压水已经贯通。

3.2 涌水处治措施

根据监测数据表明, 及时实施回填, 确保了基坑安全。在回填土方处理后, 为确保基坑土方开挖, 避免再次开挖发生二次涌水, 采取的处理措施有:1) 用双液浆对涌水点四周进行堵水。根据涌水的孔洞走向, 在涌水孔附近进行双液注浆加固, 加固深度从 (9) 4层层顶至开挖面, 加固平面尺寸东西向6 m, 南北向15 m;2) 对此处基坑基底进行旋喷加固, 同时对涌水所形成的空洞进行填充。加固范围为涌水点四周南北宽15 m, 东西长16.3 m, 旋喷桩桩长6.0 m, 桩径600 mm, 间距400 mm, 强度为1.0 MPa。最终, 西端头井基坑于2008年12月20日顺利开挖到底, 并完成底板垫层、防水施工。

4 结语

天津市地铁3号线水上北路站西端头井基底涌水事故发生后, 现场通过双液注浆堵漏、基坑回填、坑底加固等措施, 确保了基坑安全。通过对涌水事故的原因及处理措施的研究分析, 提出以下几点建议:1) 基坑施工发生涌水事故通常与所处地层水文地质条件有较大联系, 因此做好前期地质勘察工作至关重要。2) 对于基坑涌水的处理, 应根据基坑所处地层水文地质特征、周围环境及实际情况, 分析涌水原因, 并采取相应的措施。3) 施工处理应急预案需内容完善, 应急物资充足、常备现场, 确保抢险的及时性、有效性。

参考文献

[1]铁道第三勘察设计院集团有限公司.天津市地下铁道3号线工程水上北路站详细勘察岩土工程勘察报告[R].2008.

涌水处治技术 篇4

管片是盾构施工的主要装配构件,它是盾构隧道的永久衬砌结构。管片在施工及运营过程中可能出现空洞、裂缝、错台和上浮等病害,结构的承载能力将会随之降低,其使用寿命也会缩短,甚至会产生衬砌结构失稳、破坏[1~3]。对于结构裂缝的处治方法,目前主要采用麦秸秆加筋补强、碳纤维布( CFRP) 补强和壁 可法 ( BICS) 注浆修补[4,5]。Chia-Han Lee & Chi-Te Chang[6,7]针对台北某地铁管片的破损和错台提出两种解决方案,一是通过碳纤维加固来修复损坏的管片以改善隧道受力状态,二是更换已破损管片; 赖金星等[8]给出了采用碳纤维布方法在连拱隧道裂缝处理中的应用案例,根据施工期埋设的受力传感器监测表明,隧道结构处于安全状态; 刘椿、李新等学者[9,10]详细分析了碳纤维布在桥墩裂缝补强中的应用; 此外,N. Buratti. et al[11]提出了采用钢纤维混凝土减少隧道衬砌裂缝的方法。而壁可法在盾构隧道裂缝处治方面的研究鲜见报道,加之地铁隧道比山岭隧道结构的耐久性和防水性能要求高,对管片裂缝病害状态监测、处治方法与效果等方面的研究十分迫切。鉴于此,以西安地铁某区间隧道涌水事故导致的管片裂缝、错台病害事故为依托,对管片的病害进行检测分析,在此基础上提出治理方法,最后对治理效果进行了检测评价,以期提高盾构隧道修筑技术水平。

1工程概况

该盾构隧道为西安地铁某区间隧道,隧道埋深约14. 0m。盾构隧道位于老 黄土、粉质粘土层。2011年12月10日凌晨,因地下管线破损,区间1#联络通道东侧管片背后出现涌水、涌砂,涌水带出大量泥沙,事故现场如图1所示。涌水导致管片周围形成了空洞、管片承受不均匀应力,导致481 ~511环管片产生了裂缝、错台等病害。

2病害综合检测

( 1) 裂缝检测

采用刻度放大镜对裂缝宽度进行测读,利用超声波法进行裂缝深度的量测。由图2可知,裂缝深度主要集中在20 ~ 60mm之间。裂缝宽度主要集中在0. 05 ~ 0. 3mm之间。裂缝最大宽度为1. 0mm,最大深度为134. 9mm。

( 2) 错台调查

涌水事故发生后,对盾构管片的错台情况进行了调查,环向错台共有11处,最大环向错台量达2cm。最大纵向错 台约8cm, 其截面有 效高度为14cm。

3管片病害处治

3. 1处治方案

3. 1. 1裂缝处治

裂缝深度主要集中在20 ~ 60mm之间,宽度为0. 05 ~ 0. 2mm的裂缝占比77% ,因此对裂缝的处治方案不需要考虑补强,主要以修补为主,以保证隧道结构的耐久性和防水性能。因此确定对此区间隧道管片裂缝采用 “壁可法” ( BICS) 进行修补。“壁可法 ( Balloon injection for concrete structures) ”是日本SHO-BOND公司的专利工法,也称为 “气球注浆法”[12]。该方法将膨胀树脂加入合成橡胶管注入器中,利用产生的300k Pa左右的恒定压力,将高分子树脂修补材料 ( 裂缝灌注胶) 缓慢持续地压入裂缝中,使其充分达到裂缝深处[13],能将灌注材料可靠地注入裂缝最细小的毛细末端中,实现完美的结构恢复。其具有如下优点:

( 1) 对裂缝中的任何凹槽和角落都能进行可靠的注入。注入材料可以完全地渗入到仅0. 02mm的裂缝末端;

( 2) 在由管体的均匀收缩作用产生的压力下进行注入,实现简单而可靠的压力控制;

( 3) 大幅度缩短人工注入作业时间。施工管理和工艺控制得到了简单而精确的保证;

( 4) 快速密封材料和十几种固化无收缩灌缝材料几乎可以修复各种结构产生的各种裂缝[12]。

壁可法现场施工过程见图3所示。

3. 1. 2管片错台处治

管片纵向错台影响结构安全,最大错台处有效截面高度 为14cm, 需对其进 行补强, 采用CARBO100-II高性能聚合物修补砂浆 + 钢筋网进行补强修复,其结构如图4所示。

3. 2裂缝处治施工

3. 2. 1表面处理

1清理掉裂缝两侧比较破碎松散的混凝土块,露出内部较为完整坚硬的混凝土;

2用钢丝刷对裂缝走向约5cm宽度范围内的混凝土表面进行清理;

3对混凝土表面的浮尘进行擦除清理,并保证其干燥。如果缝内潮湿,要等其充分晾干,必要时可用喷灯或吹风机对其进行烘烤,使用喷灯时不能让火焰直接烧到混凝土,以免烧坏[14]。

3. 2. 2粘结注入座和密封裂缝

( 1) 注入座的粘结

1对裂缝的走向、分岔情况及起止点进行探查,进而确定粘结注入座的放置位置,并用石笔做好标记;

2确认当前的环境温度以及该温度下材料的可使用时间。用两把清洁的抹刀分别取封口胶的两种成分,并放到托灰板上;

3用抹刀对两种成分进行搅拌,直到其颜色变为均匀的灰色为止;

4用抹刀取出少量的封口胶,涂抹在注入座底部周围。将注入孔对准裂缝的中心,进行垂直按压,使注入座底面布满封口胶,并有少许胶体从底面的四个小孔中挤出;

5一手固定住注入座的顶端,避免其发生移位,另一只手继续用封口胶对注入座底板进行加固处理。

( 2) 裂缝密封

用封口胶继续对注入座之间的裂缝进行密封,密封宽度约5cm,厚度2mm。先在裂缝垂直的方向进行涂抹,使封口胶填充进裂缝一定深度,然后再沿裂缝的走向进行涂抹,涂抹要均匀,不能在一处反复涂抹[14]。

( 3) 封口胶固化

密封完成后,让封口胶在干燥环境下自然固化,按照表1的规定进行养生,确认封口胶完全凝固后方可进行下面的工作。

注: 上表中的温度指材料固化期间的平均温度

3. 2. 3注入灌注胶

1将注入器的连接端安装在注入座上,并卡紧注入器的卡口,确保橡胶密封圈处于正常位置;

2把黄油枪一端与枪体连接,另一端与耐压塑料管连接。为保证配合的连贯,可提前将黄油枪的金属管末段打磨粗糙;

3确认当前的环境温度以及在该温度下材料的正常使用时间。对灌注胶进行混合搅拌,保证其均匀性。当只有一套注入工具时,灌注胶每次拌合的重量不宜大于1kg;

4打开黄油枪的盖子,将其拉杆拉回顶部,将灌注胶装入枪体内;

5当过滤器中开始流出胶体时,把它与注入器的注入端进行连接,并将卡口卡紧,慢慢推动黄油枪的推杆,开始进行灌注;

6关闭阀门,小心地断开注入端的连接,避免注入器连接端的松脱[14]。

3. 2. 4施工质量控制要点

1严格按施工工序要求进行检查,每道工序完成后,必须经监 理验收合 格后,方可进行 下道工序;

2注入座的粘结要牢固,裂缝封口要严密,不得有任何孔隙。同时保证密封胶凝结硬化后进行注入器安装工作;

3将主剂和硬化剂混合后,由泵把混合物压进注入器里,当材料充满注入器的限制套时停止注入。以便使注入器内部压力一直保持在3. 4kg /cm2左右,并保证混合物渗透到最末端的细缝中。

3. 3破损与错台补强施工

修补管片破损可以采用聚氨酯浆液,不但取材方便,且价格低廉,但其粘结性一般,达到管片所需强度的时间也稍长。这里推荐采用日本进口的CARBO100-II高分子聚合物添加剂并配以优质的高性能水泥、石英砂等材料,其优点有: 1强大的粘结性; 2短时间内发展到实用强度; 3不发生开裂、剥离; 4耐透水性、防水效果出众; 5优异的耐久性。具体实施步骤详述如下。

3. 3. 1受损部分处理

剔除已剥落的碎块,将爆裂表面进行凿毛,然后清理干净,对于裸露的管片钢筋,应将其表面浮物 ( 碎屑或铁锈) 除净。

3. 3. 2管片边缘及凹槽成模

为保证管片修复后的外形,形成管片的外缘,可在管片的外缘粘贴一块厚度为1mm的粘性泡沫塑料片; 凹槽的形成可采用与管片半径及外形相同的金属条。

3. 3. 3补强

( 1) 钢筋网片固定

若受损部位已露出管片钢筋,则利用 6钢筋做成钢筋棍与管片钢筋 搭接或焊 接。钢筋棍以150mm间距在受损区域梅花形布设,方向与管片钢筋面垂直,长度不露出原管片混凝土表面,预留5mm保护层。然后在原管片混凝土表面以内布设单层 6@ 100 × 100钢筋网片,同时与钢筋棍焊接或绑扎固定。

若受损部位未露出管片钢筋,则利用电锤以150mm间距在受损区域梅花形钻孔,然后在钻孔位置利用CARBO100-II材料植入 6钢筋做成的钢筋棍,长度不露出原管片混凝土表面,预留5mm保护层。然后在原管片混凝土表面以内布设单层 6@ 100 × 100钢筋网片,同时与钢筋棍焊接固定。

( 2) 修复

用吹风机吹净浮尘,将调配好的高性能砂浆用抹刀进行修复。在涂料前将混凝土基层预湿,用水充分浸透孔隙。待修复后的砂浆表面干燥后再喷少量水使其潮湿,再进行一次涂抹修复。视破损程度反复修整至表层,待其干燥。

3. 3. 4表面修复

将用CARBO100-II修复好的管片用水浸透,以丁苯乳胶∶ 水泥 = 1∶ 3,再配以适量的水配成修补浆,使其颜色接近原修复管片表面的颜色,反复涂抹。干燥后,用细砂皮打磨修补面,使修补处和管片整体平整,光滑成一体,以减少修补处与管片本体的色差。

3. 4处治效果评价

处治前后外观效果对比如图5所示。采用超声波法,通过综合分析裂缝处的声时、声速、波幅、波宽等参数与标准参考值对比,管片裂缝修复处的波速和标准参考点平均波速基本一致,表明管片内部和表面充填密实,处治效果良好。此外,基于荷载结构模型的计算结果表明,裂缝、错台处治后处于安全状态[15]。

4结语

以某盾构隧道管片裂缝错台病害为实例,对涌水导致的病害状况进行了综合检测。根据病害检测结果,提出了相应的管片病害处治措施。

( 1) 对于裂缝宽度较小的管片采用壁可法进行注浆修补。该工法施工操作简单,加固后的管片耐久性良好。

( 2) 对于破损及错台较为严重的管片病害,采用 “钢筋网 + 高性能聚合物砂浆”对管片进行补强加固。补强后的管片能够增大有效截面面积,管片受力更为均匀。

( 3) 采用超声波法对修补后的管片进行了处治效果检测与评价,波形分析表明: 管片内部和表面充填密实,处治效果良好。验证了本工程采用的管片病害处治方法的有效性和可靠性,对类似工程的病害治理具有重要参考价值。

摘要：以西安地铁某区间盾构隧道涌水事故为依托,采用现场调查、超声波裂缝检测等方法,对涌水导致的病害状况进行了系统的分析。根据管片的病害状态,提出了采用壁可法处治管片裂缝、“钢筋网+高性能聚合物砂浆”处治错台破损的方法。勘察结果表明:管片裂缝深度主要集中在20~60mm之间,宽度主要集中在0.05~0.3mm之间;最大纵向错台约8cm,需要补强。病害处治后检测评估结果表明,壁可法和“钢筋网+高性能聚合物砂浆”的处治方法取得了预期效果,可为类似工程病害的处治提供借鉴。