陜西土木建筑網(wǎng)首頁 > 學術研究 > 課題研究 > 采用“灌漿斷源施工法”根治公路隧道凍害

摘要：針對北方高寒地區(qū)隧道施工所普遍面臨的久治無效的凍融循環(huán)問題，根據(jù)多年地下工程現(xiàn)場施工的經驗，提出了采用“灌漿斷源施工法”予以治理，并在老人嶺隧道進行了工程實踐，取得了良好的根治效果，具有廣泛的推廣應用價值。...

采用“灌漿斷源施工法”根治公路隧道凍害

楊  銳l，李國勝2，毛印鴻3，寧培淋l

(1．廣東工業(yè)大學，廣東廣州510090；2．廣州海洋地質調查局，廣東廣州510075； 3．鄭州煤業(yè)集團建井工程處，河南鄭州450000)

    長期以來，我國北方高寒地區(qū)有不少隧道被滲漏水凍融循環(huán)問題所困擾，卻一直沒有找到較好的解決辦法。尤其在冬期，隧道漏水段形成“冰坨”和“冰掛”，嚴重威脅著交通安全。交通管理部門不得不投入大量的人力物力進行清除。 另外，由于凍融循環(huán)現(xiàn)象的存在，促使隧道砼襯砌容易發(fā)生。開裂破壞，甚至垮塌，由此所引起的一系列問題在威脅著交通安全的同時，又增大了維護費用。凍害成了北方隧道施工  與維護的一大難題。

1.凍害發(fā)生的因素分析

    隧道遭受凍害的條件或因素有二，即隧道圍巖中的含水條件和環(huán)境氣溫條件，二者缺一就不會形成凍害。首先，當隧道穿過山體時，難免遇到含水地段。在含水地段隧道進行砼襯砌施工時，不管采取何種防水措施，都難免不出現(xiàn)滲水、漏水現(xiàn)象。此類滲漏地段自然成為凍害發(fā)生地段。其次為氣溫條件，受凍害的隧道多在我國長城以北地區(qū)，冬期氣溫一般都在-20℃以下，天然土體凍層厚度通常達1．3 m以上。張家口、沈陽一線以北的溫度會更低。所以，只要隧道有漏水地段，就必然受到凍害的威脅。

    北方冬期氣溫低是不可改變的，而地下水又不可能完全避開。盡管經過精心勘測選線，大部分隧道也難免穿過含水層。在造成隧道凍害的條件中，地下水是主要條件，若隧道無滲水和漏水情況，溫度再低也不會造成凍融循環(huán)而產生凍害現(xiàn)象。所以治理凍害就要從防治水的危害入手，此乃關鍵。

2.北方治理隧道凍害的常用方法

    2.1表面堵水

    該方法的實質就是采用化學防水劑(如聚氨脂或其它樹脂類)，從砼襯砌表面的漏水處刻槽充填止水劑或打小孔注入樹脂類，充填漏水的砼襯砌裂隙，以達到封水止漏的目的。這種方法在處理后也能收到暫時的止水效果，但是經過冬期低溫凍脹的過程后，第二年照樣漏水。例如河北的老人嶺隧道，采用這種方法兩次處理后，第二年照樣漏水，冬期仍須鏟冰。足以說明，此類處理方法難以徹底解決凍害問題，必須另辟途徑。

    2.2復合襯砌防水

    該方法是在施工隧道遇到含水層段時采用的方法。即在砼襯筑砌前先埋設匯水管網(wǎng)，從隧道兩側向下引入隧道底部的中央排水濾管，再錨襯附加保溫層的防水貼襯，或另加保溫層，然后再筑襯砌砼，從而達到防止?jié)B漏的目的。此類施工方法，不僅施工麻煩，而且成本高，中央排水管還要埋在隧道底板l．5 m以下，開挖量也相應增大，兩端的排水口還要做保溫頭。即使這樣，新施工的隧道仍有三分之一的含水段發(fā)生滲漏。有的地段在兩年后開始滲漏，這是因為防水襯粘貼的接茬處不易密封，還有很多錨釘孔處漏水。另外的原因是保溫層不夠厚，保溫效果差，壁后水冬期結冰發(fā)生凍脹后使錨釘處脫落或接茬處開縫而滲漏，難免又使砼襯砌遭受凍害。

3.創(chuàng)新的“灌漿斷源施工法”

    為了解決這一凍害難題，筆者采用了注漿斷源的方法治理漏水，收到了良好的效果。采用這種方法治理過的嚴重漏水的老人嶺隧道，至今已歷7年仍完好無恙，不再漏水結冰。原來兩次治理效果甚微，每年冬期都要經常刨冰，否則就會形成直徑為1～2 m的“冰砣”、“冰掛”和冰層路面，嚴重威脅著交通安全。現(xiàn)將該工程采用此新型施工工藝的工程背景、施工過程、關鍵技術及施工效果等闡述如下。

    3.1工程背景

    3.1.1地質概況

    老人嶺隧道位于長城以北的某山區(qū)，東西長400 m，地形屬低山丘陵。隧道圍巖為砂巖及礫巖，中段有斜交的斷層穿過，斷層兩側的破碎帶寬40 m，富含斷層水。在砂礫巖地段有兩段裂隙水較為發(fā)育。

    3.1.2氣象條件

    該地區(qū)通常10月初結冰，來年4月底巖層深部才能逐漸解凍。冬期最低氣溫達-25°C～-30°C，冬春兩季多西北風。天然土體的凍層深度達1.4 m，年降雨量達600～700 mm。

    3.1.3隧道工程情況

    隧道斷面凈高6.7 m，寬8.4 m，素砼襯砌，墻體厚0.7 m，拱壁厚0.6 m，雙向雙車道，雙側行人，l984年開始投入使用。隧道自建成后就開始滲漏，冬天結冰成冰掛、冰砣、冰堆及冰面。夏天則成為“水簾洞”。此類漏水地段共存在3段，總長超過l00 m。為了防止其發(fā)生漏水結冰，曾兩次采用表面堵水治理，治理效果不顯著。

    3.2“灌漿斷源工藝法”簡介

    采用此種方法的實質是采用雙液高壓注漿工藝，通過充填封堵含水層中空隙所形成的來水通道，把水源封堵在凍層以外，斷其水源。使隧道成為無補給水源的無滲漏隧道，這樣就徹底解決了隧道工程中凍融循環(huán)的難題。

    3.2.1鉆孔

    采用普通鑿巖機在隧道內沿周邊鑿孔。可分排均勻布置，也可非均勻布置。根據(jù)圍巖的巖性、裂隙發(fā)育情況、凍層厚度、砼襯砌質量及厚度等決定布置鉆孔的深度和密度。

    3.2.2安裝固定孔口管

    其目的在于為注漿做準備，在已經鑿成的孔口安裝一個能與高壓注漿管連接的固定孔口管。管長通常為300—500 mm，管壁周圍必須密封好，防止注漿壓力升高時跑漿漏漿。

    3.2.3注漿

    采用雙缸高壓可調注漿泵，將水泥和水玻璃漿液按一定比例調勻，通過孔口管和鉆孔注入至圍巖裂隙之中，達到封堵水源通道、斷絕水源之目的。

    (1)注漿壓力采用2～15 MPa；

    (2)注漿材料采用32．5～42．5強度級的普通硅酸鹽水泥，40～45波美度水玻璃；

    (3)注入漿液。

    根據(jù)裂隙發(fā)育程度而定，采用下式計算注入漿液量：

    Q=KVN

    式中：K為漿液富余系數(shù)，一般取1.1—1.2:V為受注漿的巖體體積；N為受注漿的巖體裂隙率。

    1、漿液攪拌機；2、水泥漿液槽；3、水玻璃液槽； 4、高壓注漿泵；5、高壓注漿管；6、孔口管；7、砼襯砌；8、受注巖體

    3.2.4注漿工藝平面布置圖

    注漿機具的布置要有利于操作，且距受注漿孔不宜太遠。

    3.3施工效果

    若干項工程實例表明，通過注漿過程中的觀察孔觀察，漿液沿壁后上行可達5 m以外，水平方向漿液擴散則可達30 m以外。注漿結束后又專門打l0％數(shù)量的、孔深均在3 m以上的檢查孔，發(fā)現(xiàn)3 m以內的裂隙均被充填封閉，并可見到裂隙中充填的水泥，個別注漿鉆孔在3 m以外見到裂隙中的水泥。所有的檢查孔均未發(fā)現(xiàn)裂隙水。

    注漿竣工后，通過連續(xù)7年的跟蹤觀察，都是夏季無漏水，冬季無結冰，常年交通暢通無阻。采用灌漿斷源的方法，徹底解決了老人嶺隧道的凍融循環(huán)問題，免除了凍害的困擾，節(jié)省了大量的治理費用。

4.結束語

    本文是筆者長期從事地下及橋涵工程施工的經驗總結，所推薦的施工工藝方法切實可行，工程實踐與多年跟蹤的調研表明：

    (1)采用灌漿斷源的施工工藝與方法，可徹底解決高寒地區(qū)隧道的凍融循環(huán)問題，免除凍害之困擾，節(jié)約大量工程資金。建議北方地區(qū)隧道工程施工，特別是高寒地區(qū)有可能發(fā)生凍害的隧道工程，采用此種工藝方法進行治理。

    (2)在采用此類“灌漿斷源施工法”的同時，也加固了隧道破碎的圍巖，改善了圍巖的受力狀況，圍巖穩(wěn)定性大大增強，可取得“一舉兩得”之功效。

    (3)據(jù)行業(yè)內調查了解，采用這種方法治理隧道凍害，在交通工程中尚屬先例。經過交通部門組織的專家鑒定，給予了很高的評價，認為此工藝方法為北方隧道治理凍害開辟了新路，具有廣泛的推廣價值。

    (4)建議新建隧道施工，當遇到含水層段時，可在筑襯砌砼之前采用灌漿斷源的方法，先注漿封堵水源后再襯砌。如此可有效保證襯砌質量，達到無滲漏的效果，進而起到預防凍害發(fā)生的作用。

    筆者力圖在解決工程難題、改進施工工藝方法方面盡一份綿薄之力，不足之處敬請商榷。

參考文獻

[1]馬平，米江，陳長俊，等．季凍區(qū)公路路基潮濕狀態(tài)預報[J]．黑龍江交通科技，1998(4)：68—70．

[2]張德華，王夢恕，譚忠盛，等．風火山隧道圍巖凍脹對支護結構體系的影響[J]．巖土工程學報，2003，25(5)：571—573．

[3]朱克法．帷幕注漿施工技術在隧道斷層破碎帶的應用[J]．河北建筑工程學院學報，2006，24(3)：49—52．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網(wǎng)絡：尚雯瀟 溫紅娟 尹維維 編輯  文徑 審核)

上一篇： 大跨度鋼筋混凝土箱形拱橋纜索吊裝系統(tǒng)的檢驗

下一篇： 1999年版FIDIC合同條件下的索賠研究