新建铁路府谷煤炭专用线5标段隧道衬砌裂缝治理方案

1、府谷煤炭铁路专用线五标隧道衬砌裂纹分析及治理方案编制： 复核： 审核： 中国中铁隧道集团有限公司府谷煤炭铁路专用线控制工段项目部2013年4月25日 目 录一、工程概况及裂纹调查21.1工程概况21.2裂纹调查21.3裂纹监测手段及仪器4二、裂纹原因分析72.1混凝土温度应力裂纹72.2前后仰拱混凝土抵抗力不同产生裂纹82.3施工方面的原因9三、裂纹稳定情况9四、裂纹治理方案104.1总体方案及原则104.2施工准备114.3施工方法124.4裂纹治理所用材料的特点及技术性能17五、安全施工措施20六、环保措施21铁路府谷煤炭专用线5标段隧道衬砌裂纹分析及治理方案一、工程概况及裂纹调查1.1工

2、程概况许家梁隧道起始里程DK34+093-DK39+046，全长：4953m，为单线隧道。地质特征：隧底为砂岩、拱腰及以上为泥岩。二道峁隧道起始里程：DK16+175-DK18+777，全长2602m，为单线隧道，线路走向东北西南向。隧道洞身最大埋深82m，最浅埋深16m。地质特征： 隧底为泥岩、拱腰及以上为砂岩。张家塔隧道起始里程：DK33+264-DK33+487,全长223m，单线隧道。隧道位于直线段上洞内设计纵坡为14%的单面上坡。地质特征：砂岩、泥岩。1.2裂纹调查经现场统计，许家梁隧道裂纹32处、二道峁隧道裂纹29处、张家塔隧道裂纹9处，合计70处；大多集中在仰拱与拱腰之间，隧道内

3、拱顶裂纹数量不多。裂纹特征为：裂纹宽度一般在0.2-2.38mm范围内，无错位，个别裂纹有0.01-0.02mm的错位；裂纹深度在48.54-196.64mm范围内，为贯通隧道二衬厚度，裂纹均为干缝，仅许家梁隧道拱顶施工缝处发现1处湿渍（现场调查裂纹统计及观察数据情况详见附后统计表）。经过连续几个月的观察，裂纹没有发展。由此可以看出衬砌结构受到一定的拉应力或剪应力后产生裂纹，然后进行了应力重新分布，裂纹不再发展表明应力得到释放后结构变化处于稳定。现场典型照片如下：环向裂纹二衬斜向裂纹二衬纵向裂纹1.3裂纹监测手段及仪器在发现裂纹后，项目部立即采用以裂纹观测仪为主，辅助裂纹贴饼、设置观测线、贴条

4、等手段进行裂纹观测，统计裂纹宽度及深度，确认裂纹的发展情况；经几个月的观测，隧道二衬裂纹并没有发展趋势，判定裂纹已趋于稳定。现场观测仪器及检测、观测方式见下图。裂纹宽度、深度观测仪仪器观测法贴条法测量距离法贴饼法二、裂纹原因分析2.1混凝土温度应力裂纹在混凝土凝固后，混凝土构筑物要承受各种温度和湿度及其它原因引起变形而产生应力。因为混凝土在内、外约束应力作用的情况下，混凝土构件的自约束应力是由于非线性的不均匀变形引起，混凝土内部的干燥收缩由于混凝土内的水分蒸发而造成, 但此干燥及收缩过程非常缓慢, 故此类裂纹多发生在混凝上浇筑后几周至几个月的期间内, 并且也是从混凝土表面开始, 逐步向内侧发展

5、。在隧道横断方向及纵向均有可能出现的干燥裂纹，干燥裂纹与二次衬砌的一次浇筑长度, 也就是与模板台车的长度有关。因干燥收缩在混凝土中引起的拉应力与二次衬砌的一次浇筑长度、混凝土的干燥收缩率及弹性模量成正比。模板台车的长度越长, 干燥收缩在混凝土中引起的拉应力及所受到的约束力也越大, 从而产生的裂纹数量多, 每条裂纹的宽度也大。在二次衬砌的厚度不大时, 当拆模后, 由于暴露面相对地很大, 也引起干缩裂纹。混凝土干燥裂纹产生机理2.2前后仰拱混凝土抵抗力不同产生裂纹隧道施工衬砌时，拱墙混凝土与仰拱混凝土分不同时间浇筑，同一组拱墙下仰拱混凝土浇筑时间前后也不一致。在拱墙混凝土硬化后，因拱墙混凝土自身重

6、量产生的重力对仰拱产生受力，根据力的相互性，仰拱对拱墙产生支撑反力；但仰拱浇筑时间前后不一，前期浇筑的仰拱强度高于后期浇筑的仰拱混凝土强度，从而前期生产的仰拱产生的支撑反力大于后期生产的仰拱产生的支撑反力，对于同一组拱墙混凝土而言，由于两端受支撑反力不同，造成拱墙在前后两组仰拱接缝处附近产生裂纹。同时还存在隧道仰拱施工缝或变形缝与衬砌混凝土施工缝或变形缝不对应，产生纵向、斜向或环向裂纹。本工程隧道裂纹大部分是因该原因而产生。现场实际照片和受力示意图如下：裂纹位置与仰拱接头位置现场照片裂纹产生机理示意图2.3施工方面的原因模板台车偏长, 泵送砼灌注不集中, 养护不及时,且混凝土早期强度偏低时就拆

7、模, 使结构过早受力,引起裂纹。同时在施工过程中，行走模板台车时碰撞拱顶边缘混凝土，也引起小部分衬砌裂纹。台车碰撞引起裂纹照片三、裂纹稳定情况经现场各种观测手段显示，并采用钻芯取样检查，裂纹未继续发展，处于稳定状态。现场钻芯抽检照片四、裂纹治理方案4.1总体方案及原则1、根据混凝土开裂部位、裂纹大小、深度，在认真分析结构开裂的原因后，因地制宜选择不同的治理方法，分类治理。主要采用压力灌浆法、注射法和直接封闭法。对于裂纹宽度0.5mm的大型结构贯穿性裂纹、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的混凝土干缝，主要采用压力注浆法，注入低粘度改性环氧树脂,进行治理。对于裂纹宽度为0.3mm0.5mm

8、的混凝土干缝以及蜂窝状局部缺陷，主要采用注射法注入低粘度改性环氧树脂进行治理。对于裂纹宽度0.3mm的混凝土表、浅层微细裂纹，直接在混凝土表面涂刷环氧树脂以封闭微细裂纹。对于渗水点和渗水裂纹，采用压力注浆法注入聚氨酯灌浆料，然后涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料进行治理。2、在治理裂纹过程中，不得破坏原结构，尤其不得大面积凿除混凝土和凿深槽，不得裸露钢筋；3、治理顺序：延伸较长的裂纹，分段处理；裂纹密度大的地段，逐条处理。4、治理裂纹时，以补强加固为主要目标；5、在裂纹治理中使用的：注浆材料、封缝材料和涂料等应满足稳定可靠、施工易做，材料耐久，经济适用、环保的要求，采用经过检测和鉴定，并经实践检验、

9、质量可靠的材料。6、方案合理，选材得当（堵漏、补强和耐久性），施工可靠，监督到位。4.2施工准备1、材料准备：灌浆料、封缝材料、涂料及其他耗材等。2、检测设备：钢筋雷达、钢筋位置测定仪、超声综合测试仪等。3、施工设备：高压灌浆机、止水针头、低压注射器、注射底座、冲击电锤（电钻）、混凝土角磨机、切割机、高压管、气泵、钢丝钳、活络扳手、钢锯、榔头、钢凿、排刷、平铲、扫帚、美工刀、抹子、刮板、施工桶、搅拌桶、搅拌器、脚手架和皮卡等。4、人员组织：专业有资质的裂纹治理施工队，另配备专业工程师。电工、司机各1名。4.3施工方法 1、压力灌浆法压力注浆法是在一定时间内，以较高压力将修补裂纹用的注浆料压入裂

10、纹腔内的方法。压力灌浆法施工步骤如下：裂纹表面清理沿缝两侧钻斜孔/骑缝钻孔清孔安装压环式注浆嘴表面封缝配浆注浆拆管封孔。灌压环氧树脂先对裂纹周边用角磨机或钢丝刷等工具进行处理，清理结构裂纹处混凝土表面的灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物；对于油污用毛刷蘸丙酮、稀料等有机溶液，把裂纹两侧各2030mm范围擦洗干净并保持干燥。采用手电钻钻14mm孔，注浆孔交叉布置在裂纹两侧，钻孔斜穿裂纹，确保浆液注入并填满裂纹，孔深为衬砌厚度的1/31/2。钻孔与裂纹水平距离为100250mm，孔间距为300500mm。斜孔倾角约为4560，如下图所示：钻孔布置示意图若采用骑缝钻孔时，用手电钻于裂纹中轴线处垂直裂纹表

11、面钻孔，孔深为衬砌厚度的1/31/2，孔间距为300500mm，钻孔应骑准，保证钻孔与开裂面交叉。钻孔结束后应使用单向刷或气泵吹孔，将孔内粉末及碎屑清理干净，防止或减少粉末、碎屑堵塞注浆孔，影响注浆效果。采用14mm压环式注浆嘴，使用专用T型扳手安装使注浆嘴橡胶圈膨胀，将注浆嘴牢固上紧。在打磨及清理干净混凝土裂纹基层后，使用封缝材料进行封缝，沿与裂纹垂直方向抹，尽量使封缝材料填充进裂纹一定深度，然后再沿裂纹走向抹，避免在一处反复涂抹。若缝两侧有较多细微龟裂的部位，应抹至80-100mm宽，并按边缘，消除卷边。混凝土剥落处要填充密实，裂纹末端也要封闭严密。封缝宽度为50mm，厚度不小于3mm。配

12、制浆液时应按照“少量多次”、“配比准确”、“搅拌均匀”和“注意浆温”的原则进行。每次配浆不宜太多，配好的浆液应在半小时内使用完毕；浆液的配比准确，应使用电子天平进行精确称重。配制环氧树脂时，主剂：固化剂以合理比例配制；主剂与固化剂应边倒边搅拌，搅拌至颜色一致，充分混合均匀，防止浆液暴聚；浆液配制时应密切注意浆温，若浆温过高则表明浆液固化反应迅速，应立即停止配制。注浆输入管连接注浆嘴进行注浆，要求如下：a开始在第一孔注浆时，进行注浆压力试调，根据裂纹情况，确定稳定压力；b试调压力时，压力可从0MPa起压，逐渐上升，一般控制在10MPa左右为理想压力，当注浆达到设计压力但不进浆时可适当提高注浆压力

13、进行冲孔，注浆压力不得超过压力表红色区域；c注浆量以注浆压力为控制；d根据设定的注浆压力，当浆液完全充满裂纹或达到设计压力时，可转移邻近注浆孔继续注浆；当注浆压力一直不上升难以达到设计压力时，应于持续注浆后半小时后进行复灌。e采用改性环氧灌浆料注浆时，不得用水冲灌。f注浆宜连续进行，因故中断时应尽快恢复注浆。注浆结束后应先关闭阀门再拆管，最后用清洗剂清洗干净多余注浆料和机具设备。注浆结束后不得立即敲除注浆嘴，应待浆液完全固化后敲除，并使用同色水泥砂浆进行封孔。2、注射法注射法是使用专用的低压注射器，以一定的压力将低粘度、高强度的裂纹修补胶液注入裂纹腔内的方法。如下图所示：注射法施工步骤如下：裂

14、纹表面清理粘结注射底座封闭裂纹配浆安装注射器注浆浆液固化表面清理。注射法治理结构混凝土裂纹低压注射器结构示意图灌压环氧树脂之前先对裂纹周边用角磨机或钢丝刷等工具进行处理，清理结构裂纹处混凝土表面的灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物；对于油污用毛刷蘸丙酮、稀料等有机溶液，把裂纹两侧各2030mm范围擦洗干净并保持干燥。粘结注射底座时，将密封胶抹在注浆嘴底板上，贴嘴时用定位针穿过进浆管，对准缝口插上，然后将注射底座压向混凝土表面抽出定位针。注射底座按间距20cm沿裂纹走向布置，不规则裂纹的交叉点及端部均需布置注射底座。当裂纹数量较多时，可使用如下作法：首先，在预计要贴嘴的裂纹位置贴上医用白胶布，再用灰

15、刀将密封胶沿裂纹涂刮，使裂纹封闭。大约10分钟后，揭去胶布条，露出小缝。然后，用密封胶将注浆嘴在预留的小缝处骑缝粘上，整个底座都要用密封胶包严，固化后周边可能有裂口，必须密封严实，密封胶应涂厚，以免注浆时漏浆。沿裂纹的走向，全长使用密封胶进行封缝，封缝应不小于50mm宽，3mm厚。养护待密封胶固化。配制浆液时应按照“少量多次”、“配比准确”、“搅拌均匀”和“注意浆温”的原则进行。每次配浆不宜太多，配好的浆液应在半小时内使用完毕；浆液的配比准确，应使用电子天平进行精确称重，配制环氧树脂时，主剂：固化剂以合理比例配制；主剂与固化剂应在倒入时边倒边搅拌，应搅拌至颜色一致，充分混合均匀，防止浆液暴聚；

16、浆液配制时应密切注意浆温，若浆温过高则表明浆液固化反应迅速，应立即停止配制。用注射器吸取注浆液，插入注射底座，拧开拉环，使浆液通过注射底座自动注入裂纹，注浆时采用多点同步灌注方式，从下至上，从宽至窄，逐步推进，施工中采用稳压慢灌，每孔纯灌时间不少于90min，以保证灌浆质量。当注入裂纹的环氧树脂胶液固化后，撤去注射器，卸下其底座，然后清理表面，必要时可用角磨机磨平混凝土表面。3、直接封闭法在混凝土表面涂刷环氧树脂以封闭微细裂纹的修补方法称直接封闭法，适用于宽度小于0.3mm的微细裂纹的修补，也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理，以及防止混凝土保护层的碳化和有害离子对混凝土的腐蚀。当采用直接封闭

17、法时，应注意以下几点： 应先清干结构构件表面的水分，干燥后进行裂纹的封闭。 涂刷环氧树脂时，应使胶液在结构构件表面充分渗透，微裂纹内应含胶饱满，一般应沿裂纹多道涂刷。涂刷时，应排除气泡，使涂面平整、含胶饱满均匀。多层涂刷时应重复上述步骤，在表面所涂的胶液达到指干状态时立即涂刷下一层。4.4裂纹治理所用材料的特点及技术性能化学浆材选择应掌握的原则：一是浆材的可灌性，所选化学浆材必须能够灌入裂纹，充填饱满，灌入后能凝结固化或有效反应，以达到堵漏、补强和加固的目的；二是浆材的耐久性，所选用材料在使用环境条件下性能稳定，不易起化学变化，并且与混凝土裂纹有足够的粘接强度，不易脱开。据此本项目裂纹治理选用

18、改性环氧树脂和聚氨酯灌浆料作为灌浆材料。1、改性环氧注浆材料的特点及技术性能（1）产品特点：a可灌性能好：浆液自身具有极强的渗透能力，可渗入末端宽度0.003mm的微裂纹，可灌入渗透系数k=10-6-10-8cm/s的低渗透性泥化夹层中使其固结改性（由“泥性”变为“岩性”）；b对裂纹干燥度无要求，可在潮湿环境下固化，并能对有漏水甚至涌水的裂纹施工使用，具有大多数环氧类灌浆材料不具备的堵水补强特殊功能；c浆材固结体力学性能优良，应用范围广，具有补强、加固等功能；d耐老化性和耐腐蚀性极佳；e注浆材料，固化时间可调，使用方便；f固结体无毒无污染。（2）产品技术性能：表1 环氧树脂技术性能序号项目浆液

19、性能LN1浆液密度/g/cm3 1.001.002初始粘度/mPas 302003可操作时间/min 3030表2环氧树脂灌浆材料固化物性能序号项目固化物性能1抗压强度/MPa 40702拉伸剪切强度/MPa 5.08.03抗拉强度/MPa 10154粘结强度干粘接/MPa3.04.0湿粘接*/MPa2.02.55抗渗压力/MPa 1.01.26渗透压力比/% 300400*湿粘结强度：潮湿条件下必须进行测定。注：固化物性能的测定龄期为28d2、聚氨酯注浆材料的特点及技术性能（1）产品特点：a本产品无溶剂，含固量100%，单组份，柔弹聚氨酯树脂灌浆料是防水堵漏优质材料；b未固化前，是一种浅黄色

20、液体，当它与水接触时，浆液便膨胀，快速（取决于温度和催化剂加入量）固化形成有韧性和弹性的闭孔聚氨酯泡沫，这种泡沫通常不会受腐蚀环境的影响；c 在接缝或裂纹中形成柔弹性的填充物；d不易燃，无溶剂，使用安全；e调节催化剂可以控制反应速度，固化物可耐大多数有机溶剂、弱酸、碱以及有机微生物。（2）产品技术性能：表3 聚氨酯技术性能序号试验项目指标WPUOPU1密度g/cm3 1.001.052粘度mPa.s 1.01033凝胶时间s 150/4凝固时间s /8005遇水膨胀率% 20/6包水性s 200/7不挥发物含量% 75788发泡率% 35010009抗压强度MPa /63、水泥基渗透结晶型防水涂料的特点及技术性能（1）产品特点：a、适宜在潮湿的的基面上施工，还能在渗水的情况下施工。 b、能长期抗渗及耐受强水压,属无机材料不存在老化问题，与混凝土同寿命。 c、具有超强的渗透能力、在混凝土内部渗透结晶，不易被破坏、具有超凡的自我修复能力，可修复小于0.4mm的裂纹。 d、防止冻融循环、抑制碱骨料反应，防止化学腐蚀对混凝土结构的破坏，对钢筋起保护作用但对混凝土无破坏膨胀作用。(2)产品技术性能：表4 水泥基渗透结晶型防水涂料技术性能序号项目性能1凝结时间初凝时间 min20终凝时间 h242抗折强度MPa7d2.828d4.03抗压强度MPa7d1228d1