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技术知识

隧道二衬空洞处理技术

标签:[db:TAG]    浏览次数:     时间:2017-11-01 16:57:48

隧道二衬空洞处理技术

摘要:介绍了采用先进的螺杆式灌浆泵,结合BY12-VI型水中不分散高强灌浆料、超细水泥、耐潮湿低粘度无溶剂环氧结构胶,对隧道二衬空响、不密实、空洞进行综合整治,满足设计对隧道的要求,确保了隧道的顺利交验。

关键词:螺杆灌浆机 无收缩灌浆材料 超细水泥 耐潮湿低粘度环氧结构胶

一、工程概况

隧道为单线隧道。全隧为单面下坡。隧道最大埋深约158m。

本隧设计行车速度为120km/h;隧道内轨道类型采用无砟轨道,铺设弹性支撑块及60kg/m钢轨,设计内轨顶面至道床底面结构高度为52cm。

因为隧道完工后,采用雷达检测设备对隧道二衬进行无损检测和人工敲击检查,发现而称存在空响、不密实、空洞等缺陷,会影响结构安全和耐久性,并且为以后运行安全留下隐患,为了整治这些缺陷,采用了综合整治的技术,处理缺陷,达到原来设计的要求,顺利通过了二次检测。

二、缺陷的表现形式和整治原理

空响、不密实、空洞这些缺陷是因为二衬施工的时候,振捣不到位、水灰比大、材料级配不足、泌水率大、自然塌落度大、模板排气孔不好造成的。

空响和不密实主要表现为:二衬结构内空隙过大、离析造成二衬内部的缺陷,还有是二衬和防水板之间的空隙小于5厘米的,在雷达检测设备上也显示不密实,这二类情况,并且在敲击时和周边的混凝土不同声音而表现出来空响。

空洞主要表现为:雷达检测的时候,二衬和防水板、防水板和初期支护之间空隙大于5厘米,在雷达检测设备上显示为空洞。

采用水泥基无收缩灌浆材料、不分散混凝土灌浆材料和超细水泥可以有效灌注二衬和防水板、初期支护之间的大小空隙,再采用超细水泥和耐潮湿低粘度环氧结构胶高压灌浆,把二衬内部结构中的不密实、空响的空隙填充满,达到彻底整治二衬空响、不密实、空洞地目的,消除安全隐患,整治好缺陷,达到设计的要求。

三、螺杆泵

一个螺杆转动,带动另一个螺杆,液体被拦截在啮合室内,沿杆轴方向推进,然后被挤向中央排出。

螺杆泵的优点

1. 压力和流量范围宽阔。压力约在3.4-340千克力/cm2,流量可达100cm3/分;运送液体的种类和粘度范围宽广;可使用很高的转速;

2. 吸入性能好,具有自吸能力;流量均匀连续,振动小,噪音低;

3. 与其它回转泵相比,对进入的气体和污物不太敏感;

4. 结构坚实,安装保养容易。

螺杆泵的缺点

螺杆的加工和装配要求较高;泵的性能对液体的粘度变化比较敏感。

螺杆泵.jpg

四、综合整治方案2.1隧道二衬空响和不密实处理A. 形成原因

1. 二衬背后和初支、防水板之间有小于5厘米的空隙、空腔,在敲击或雷达仪器检测的时候,会体现出来是空响和不密实;

2. 开挖的时候,局部围岩欠挖,造成二衬厚度不足,敲击的时候也会有空响;

3. 二衬内部的混凝土存在不密实、离析造成二衬内部的缺陷问题,敲击和雷达检测也会体现出来空响和不密实。

B. 综合整治措施

1. 先对二衬背后进行回填灌浆,先灌注水泥基无收缩灌浆材料和水中不分散混凝土,采用水灰比1:1和1:3的浓浆,减少灌浆材料的流失,增加灌浆的有效使用率,提高灌浆的效果。

2. 在进行二次补充灌注超细水泥,填充水泥基灌浆材料不能灌注到的小孔隙,以及二衬结构内部的空隙;

3. 对二衬空响和不密实部位的结构混凝土,再采用针孔法灌注低粘度耐潮湿的环氧结构胶,梅花型布置,充填二衬和防水板之间的微细空隙,还有充填二衬混凝土结构内部的不密实和离析的部位,使二衬混凝凝土密实。通过这2种办法可以消除空响和不密实。

2.2牙膏状高浓度回填灌浆新技术

隧道二衬顶部回填灌浆新工艺:隧道顶拱回填工程常采用活塞式或挤压式灌浆泵,由于此类灌浆泵不能灌注浓浆和砂浆,只能灌水灰比为2:1或1:1的纯水泥稀浆,致使浆液在围岩裂隙中流失浪费严重,有时甚至顺着裂隙流进溶洞和暗河,流向无需灌浆的细小缝隙,所以往往用浆量很大而依然不能灌满,并且稀浆固化后泌水率通常高达50%~70%,再加上灌浆时脉冲压力大,给防水板造成破损,灌浆速度慢,机械维修率高,并大量夹带空气等,最终造成空洞回填的效果和效率很差,灌浆密实度难以保证。

引进了先进的螺杆式灌浆泵,并进行改装。该灌浆泵可以轻松灌注水灰比为0.3(1:3)的膏状水泥浆和砂浆。螺杆式灌浆泵是一种新型的内啮合泵。当转子在定子内旋转时,就连续无脉冲的泵出浆液。压力呈现抛物线,压力是逐步上升,对二衬无破坏。

螺杆泵拥有多线螺旋技术,折线螺旋技术,纳米抗磨技术,可调式定子技术,万向传动技术等多项先进技术。它可以高压力的灌注各种大浓度的、高黏度的、强磨损的流态及膏状浆液,从根本上保证浆液的水灰比、含砂量、泌水率、饱满度和密实度。并且操作简单,皮实耐用,移动也很方便,还很节能。在建筑、交通、水利水电、国防、地质灾害、矿山、冶金等领域应用广泛。

C. 灌浆工序

1. 钻孔:搭设脚手架,用进口大功率电锤,配备长50~150厘米直径28mm~35mm的专用钻杆,钻透二衬,运用先进的控制技术,改进钻头,确保不钻破防水板,破损率低于15%,并可以用灌浆来填塞修复。

2. 安嘴:采用长25~60cm,直径20mm的镀锌管,将一端车螺牙,用外接连接,插进钻孔后再用带有环氧胶泥成份的高强快干砂浆填塞,确保牢固和稳定。留出气孔和保证灌浆效果的二衬厚度定位管,起到溢浆孔的作用。

3. 制浆:用发电机带动高速制浆机,制好所需比例的浆液。

4. 灌浆:并先试灌一定的清水到二衬上去,对机器和管道的密封性进行检测,也对后期浆液在二衬背后流动起到润滑的做用,再用不同比例的水泥浆进行灌注,观测灌浆泵的压力表,在压力到0.2mpa(隧道高度在9.5米)稳压在2~3分钟就停止灌注,改灌相邻的注浆嘴。

5. 清理:用堵头把灌好的注浆嘴堵住,在20小时后用切割机把露在外面的管外接割除,保持顶部的平整度,再用高强胶泥封闭。

在灌浆过程中,根据进浆量和钻孔情况,不停调整灌浆浓度,一般水灰比在1:1、0.5:1、0.3:1之间调整变换,对伸缩缝橡胶止水带没安装到位,接缝漏浆严重的,为减少漏浆保证灌浆效果和节省水泥用量,我们再采用增加浆液浓度,添加速凝剂和无收缩灌浆材料、泵送剂、胶黏剂添加剂等办法来控制水泥浆的流失和修复可能撕裂的防水板。

D. 主要材料性能

1. BY3-II型水中不分散无收缩高强灌浆料主要应用于隧道、大坝、地下岩体的驱水后防水加固。使用时将100kgBY3-II型与40~50kg水混合高速搅拌机(500立升,大于1000转/分钟,线速度10~20米/秒的高速搅拌机)搅拌均匀,然后用5MPa的压浆泵将浆体压进岩体、压进隧道顶部、压进酥松的裂缝的混凝土,当与水接触时浆体不分散,随着泵压力的加大,水中不分散高强灌浆料浆体逐渐把水挤走到半径20~50米以外。

按0.45加水搅拌均匀后技术指标如下表

铁01.jpg

2. KTCH-18\CH-4F系列特点:(参照《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》中华人民共和国行业标准(JC/T 1041-2007))。满足现有结构裂缝修补的四个要素条件:抗压强度、粘接强度、低粘度可灌性(裂缝比较细小)、耐潮湿性(结构在室外,结构内和裂缝内有一定的潮湿度)。

3. 耐潮湿低粘度环氧结构胶灌浆材料是一种粘度低、渗透性好、强度高、耐潮湿基面、粘接强度高、操作方便的双组份灌浆材料。可以对混凝土结构中的微细裂缝、施工缝、冷接缝、不密实及岩基缝隙进行灌浆处理,从而恢复结构整体性达到防渗、补强、加固之目的。

4. KTCH-18潮湿型改性环氧灌缝胶:由性环氧和改性固化剂、助剂,分A、B两个组份组成,它具有较低粘度,可灌性好,固化速度较快,能在0℃以上固化,可在潮湿和干燥环境界面施工,也可用于操作面基液涂刷,干燥,潮湿裂缝灌注等施工工艺,它具有较好的综合力学强度,固化体系有较好的伸长率,无有机溶剂释放,反应放热平稳等特点。

E. 主要物化指标:

铁02.jpg

a) 使用配比:10:3(重量比)

力学强度(45#钢剪切、拉伸、固化条件20~25℃ 7天、14天)

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b) 胶体性能:固化条件:20~25℃ 14天、28天

铁04.jpg

c) 使用配比:10:4(重量比)

力学强度(45#钢剪切、拉伸、固化条件20~25℃ 7天、14天)

铁05.jpg

d) 胶体性能:固化条件:20~25℃ 4天、28天

铁06.jpg

e) 优点

1. 粘度小,在25℃下为25厘泊左右,可以在0.2mm以下的裂缝中灌注。只有9mpa.s,远低于国家标准30mpa.s。见检测报告。

2. 表面张力小,很容易在混凝土裂缝中渗透。

3. 固化快,可以在几十分钟内初步固化,凝固时间可以通过固化剂来调节(常温25度),温度低于5度,影响最终固化时间,可能长达7-10天,或根据温度会更久。

4. 强度高,30小时后对混凝土的粘结强度已超过混凝土自身的抗拉强度。可以耐潮湿基面粘接。KTCH-18\CH-4F改性环氧灌浆材料,抗压强度达到58.3(超过混凝土C55强度),见出厂检测报告。

5. 施工方法简便,可以浇注,即通过自身重力往裂缝中渗透,也可以采用压力灌浆。

五、后记

我们采用此综合技术,和不同种类的材料,成功处理了贵州织纳铁路营盘山隧道被雷达检测出来的空响、不密实、空洞等缺陷,顺利通过了二次检测,达到设计的要求,并且通过了隧道的验交。采用此技术成功用于多条高铁隧道和地铁隧道,方便快捷有效处理了类似缺陷,此技术还需要不断完善施工工法,能适用到更多领域,服务更多的工程缺陷整改。

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