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1、高寒地区隧道渗漏水治理一、二次衬砌之间回填注浆工法中铁五局（集团）有限公司一、前言在隧道及地下工程渗漏水治理注浆方面，我国虽不乏成功的实例，但对于高寒地区隧道渗漏水治理回填注浆，如何妥善应对其所处的低温严寒、反复冻融或冷热交变等特殊环境条件，包括：注浆材料在反复冻融条件下的耐久性，注浆时机选择，特殊条件下各种注浆工艺参数的确定等，是一项较为复杂的工艺。在对青藏铁路昆仑山隧道渗漏水成功进行综合整治的基础上，总结高寒地区隧道渗漏水治理一、二次衬砌之间回填注浆技术，提炼形成本工法。二、工法特点采用具有超早强、微膨胀和可灌性好等特点的注浆材料。序孔注浆材料采用42.5 级普通硅酸盐水泥掺HEA 抗裂膨
2、胀剂，序孔注浆材料采用 GRM 水泥，封缝、封孔采用R-6 型堵漏防水材料。既保证了充填注浆效果，又一定程度上节约了注浆成本。三、适用范围本工法适用于高寒地区隧道渗漏水防治回填注浆施工，同时也可供衬砌结构与高寒地区隧道类似的一般地区隧道防水施工做参考。四、工艺原理高寒地区隧道一般全断面设防水隔热保温层，铺设于一次衬砌与二次衬砌之间，结构形式为 “ 复合防水板 +隔热保温层 +复合防水板 ” ，由于衬砌结构复杂，施工时在夹层处难免存在空隙，导致衬砌结构出现存水空间和地下水迁移通道，会在一定程度上加剧隧道的渗漏。选择环境温度较高，衬砌结构存水空间内水体由冰状变成液体状具流动性的时候进行施工，将水泥
3、浆液按预先确定的配比和胶凝时间搅拌均匀，通过注浆泵压入两次衬砌之间的空隙，浆液凝固后填充空隙，消除衬砌结构内的存水空间，防止隧道渗漏，同时避免水存在空隙内，随着冻融交替反复膨胀对衬砌结构产生不利影响。五、施工工艺和方法（一）注浆及其他材料1、42.5 级普通硅酸盐水泥：用于序孔注浆。2、GRM 水泥：用于序孔和补充注浆孔注浆。GRM 是一种水泥基、凝结时间可调的水硬性灌浆材料，其显著特点是具有超早强、高强、微膨胀和自密实、自流平的特性。该产品为粉状材料，使用方便，可灌性好，按0.370.42 的水灰比直接加水搅拌均匀后即可。并根据现场实际情况向厂家购买了适合于低温环境下使用的品种。3、HEA
4、抗裂膨胀剂：按水泥重量的9%掺加入 42.5 级普通硅酸盐水泥中，用于序孔注浆。 HEA 抗裂膨胀剂掺入水泥净浆中，能使胶凝物产生适度膨胀，从而达到补偿收缩、抗裂防渗的效果。该材料还具有提高抗渗性、减水等性能。渗漏水情况调查及施工时机选择衬砌内钢筋探测、标注钻孔位置环向施工缝及变 钻孔 形缝清缝、封缝不合格 成孔检验合格清孔注浆机具设备到位安装注浆管注浆拆管封孔效果检测合格 结束浆液制备不合格图 1 一、二次衬砌间回填注浆施工工艺流程图4、R-6 型堵漏防水材料：用于注浆前环向施工缝及变形缝的封缝与拆除注浆管后的封孔。 R-6 型堵漏防水材料为双快补强材料，具有早期强度高、负温性能好、干缩性小
5、、微膨胀、抗渗性好、施工方便等特点。（二）工艺流程图施工工艺流程见图1。（三）施工工序要点及注意事项1、渗漏水情况调查及施工时机选择注浆施工前应对渗漏水情况进行详细调查，并采取地质雷达对衬砌密实状况、衬砌之间空隙进行检测，结合两方面资料判定衬砌后空隙存在范围，确定回填注浆治理范围。由于隧道所处的特殊自然环境，注浆前应通过环境气温观测及地温观测，对环境温度和衬砌后一定深度内地温观测数据进行统计，结合现场渗漏水量变化情况，判定衬砌后存水空间内的冰融化的时间，以此确定注浆施工时机。2、标注孔位用红油漆标出孔位并纵向顺序编号。拱顶中心位置纵向孔间距为3.0m、两侧拱脚及距水沟盖板1.8m 处的边墙位置
6、处纵向孔间距为2.0m，墙脚（斜向钻孔）纵向孔间距为4.0m，水沟底（竖向钻孔）纵向孔间距为10.0m。孔位环向布置如图2 所示。 42 注浆导管间距3.0m 42 注浆导管间距2.0m 42 注浆导管间距 2.0m 42 注浆导管图 2 一、二次衬砌间回填注浆孔布置断面示意图1.8m4.3m如探出孔位位于钢筋位置时，可将孔位适当挪动，避开钢筋。孔位应避开环向缝，距环向缝不小于50cm。2、钻孔结合注浆施工工艺，采用跳孔方式进行钻孔，先钻1、3、5、7号孔，即序孔，待这批孔注浆完毕后，再钻2、4、6、8号孔，即序孔。采用风钻钻孔，选择合适的钻头直径，保证成孔直径应与注浆孔口管匹配（注浆孔口管外
7、径为40mm）；钻孔时压力应均匀，成孔圆顺，保证注浆管能够顺利插入孔内。孔深以穿透两层防水板为准。事先按设计二次衬砌厚度在钻杆上做好标记，当接近钻穿二次衬砌混凝土时应小心操作、细心感觉，确保钻进一次衬砌混凝土内以穿透第一层防水板。钻孔完毕后，量测所有钻孔的孔深、孔径、孔距和空隙高（宽）度，并填写水泥注浆成孔质量检查表。3、环向施工缝、变形缝清缝、封缝（1）剔除衬砌表面原封缝砂浆，直至缝口完全露出。（2）用角磨机和砂轮除去缝口两侧各10cm 范围内衬砌表面的污物和碎片，并将混凝土凿毛。（3）用高压冲洗泵冲洗缝内和缝口两侧表面的粉尘、杂质。（4）选择有代表性的裂缝部位，用刻度放大镜准确量测裂缝宽度
8、并做好记录（用于环向缝化学注浆时确定有关施工参数），将缝轴线位置在拱墙上准确做出标记并做好记录。（5）按试验确定的水灰比拌制R-6 型材料，抹压缝口。抹料厚度宜为510mm，宽度为缝口两侧各10cm。若环向缝两侧50cm 范围内的衬砌表面存有明显的蜂窝、麻面、裂纹等薄弱环节，亦应用R-6 型材料封闭。（6）抹料封缝前应洒水充分润湿基面，封缝完毕后应洒水养护。4、安装注浆管（1）用高压风逐一吹洗钻孔。风管应伸入孔底，自里向外将孔内的粉尘、碎屑吹洗干净。（2）用钢锯截取设有出浆孔的PVC 花管，截取长度为孔深减去20cm。将截好的PVC 管套入加工好的孔口管前端。（3）将孔口管及PVC 管安放入孔
9、中， PVC 管的顶端顶入孔底，固定牢固，关闭孔口管阀门。5、注浆准备（1）正式注浆前应进行室内试验及现场试验，确定注浆施工参数，如浆液流动距离、胶凝时间、水灰比等。水泥浆液应按设计要求和试验确定的配合比及胶凝时间配制，浆料应随用随拌，尤其是GRM 浆液应严格控制每盘拌合数量。（2）预先按配合比计算出每盘水泥的用水量，现场施工时用已准确测定容积的水桶量取相应用水量。投料顺序为水泥外掺剂 水，搅拌时间不短于4 分钟。 HEA 抗裂膨胀剂的掺加应由专人负责，称量误差不得大于0.5%。（5）倒入储浆桶中的浆料用2mm 网孔的筛网过滤，同时在吸浆管进口包扎12mm 网孔的筛网。浆液在压注过程中，应边注
10、边搅动，防止其结块。每一盘浆液灌完后，应将浆桶中的沉淀物倒掉，并将桶冲洗干净。（6）压浆现场应准备23 个储浆桶， 23 个清水桶。储浆桶的容积应预先测定，并设有明显标志，以便于计量每孔注浆量。正式注浆前应先压注清水清洗机具和管路，但应注意不能往孔内压水。6、注浆（1）注浆应划分为若干段落，从每一注浆段落的两端向中间进行。同时，注浆必须自下而上进行，即先注边墙孔，再注拱脚孔，最后注拱顶孔。（2）每段的端头孔注浆时应采用定量重复注浆的方法或控制浆液胶凝时间在 30 分钟左右，以防止浆液流动过远。（3）注浆终压：序孔为0.60.8Mpa；序孔及补充注浆孔为0.8Mpa。、序孔在压力达到设计值时，均
11、应稳压35 分钟，如果压力下降，再压；反之，可以结束注浆。（4）单孔注浆结束后，应按 “ 停机关闭孔口管进浆阀 移机至下一孔 ”的顺序进行。（5）每日注浆结束时，应将相邻4 个未注孔的孔口管阀门打开。如出现相邻未注孔被浆液堵塞时，应重新钻孔和安装注浆管。（6）注浆过程中应有专人做好注浆压力、单孔注浆量等施工参数的记录。（7）注浆过程中应密切观察衬砌结构的变化情况，对出现漏浆的部位要做好记录，发现异常应立即停止注浆。同时，应密切观察洞内侧沟的泄水孔和沟墙上有无浆液渗出，对漏浆的部位应用木楔或R-6 型材料封堵。漏浆部位封堵完成后应对原注浆孔进行补注，直至达到（3）条规定的注浆结束标准。（9）注浆
12、结束待浆液凝固后，拆除孔口管并用R-6 型防水堵漏材料将孔仔细填充密实。（10）注浆过程中，如发生堵管时，应立即将管头取下，敲击管路，直至管路畅通，并立即泵清水冲洗干净管路中的凝结物。7、注浆效果检查（1）根据现场记录绘制“ 压力 -时间（ P-T）” 曲线，对注浆时间、压力和每孔注浆量进行分析，判断注浆效果。（2）采用地质雷达对注浆前后的空隙情况进行无损检测，对取得的数据进行分析比较，判断注浆效果。（3）注浆结束后，在次年对隧道渗漏水情况进行调查，与注浆前渗漏水情况进行比较，最终评定注浆效果。六、劳动组织一、二次衬砌间回填注浆组织若干专业小组进行施工。总体上分成钻孔作业和注浆作业两种专业作业
13、组，其中钻孔作业组每组3 人，单班制，每日作业时间 6 小时；注浆作业组每组9 人，单班制，每日作业时间7 小时。一、二次衬砌间回填注浆施工劳动组织如表1。表 1 一、二次衬砌间回填注浆施工劳动组织表组名钻孔作业组注浆作业组作业时间1 班制， 6h/班1 班制， 7h/班工 种风钻工压浆泵司机记录员持枪手辅助作业人员小计每组人数3 1 1 2 5 9 除专业作业组人员外，施工时还应根据需要配备技术员、试验员、材料管理员、安全防护员、发电机司机、空压机司机、机修工、电工等综合作业人员约 20 名。七、机具设备一、二次衬砌间回填注浆施工所需要的主要机具设备见表2。表 2 一、二次衬砌间回填注浆施工
14、主要机具设备表机具名称发电机电动空压机电动空压机电动注浆泵型号340kW 4m33.2m32.5MPa 数量2 台1 台1 台1 台产地备注合用合用合用每作业组配备风动凿岩机灰浆搅拌机作业台架压浆桶、清水桶350mm 长管钳八、质量标准YT24 350L 300L2 台1 台1 台4 个2 个自制自制每作业组配备，其中1 台备用每作业组配备每作业组配备每作业组配备每作业组配备1、两层衬砌间空隙回填饱满。2、不因回填注浆造成二次衬砌混凝土结构损坏。3、注浆结束后，经过注浆处理地段渗漏水情况基本杜绝。九、安全措施1、施工操作人员应佩带安全帽、手套、眼罩并穿工作服。台架上作业人员要注意防止注浆嘴处管
15、路脱落，避免浆液伤人。如浆液不慎进入眼中，应立即用干净清水冲洗。2、注浆或冲洗管路时，不得将灌浆嘴面向人。注浆发生堵管现象时，应打开泄压阀门，泵入清水，同时敲击管路。3、严格控制注浆压力，防止注浆过压。4、钻孔注浆作业台架必须牢固可靠并设有护栏，台架上的作业人员必须系好安全绳，设备必须妥善放置，避免高空坠物等事故发生。5、所用电器设备应配装安全保护器，洞内必须用低压照明，并保证照明设备良好。6、如在已通行铁路隧道内施工时，应严格遵守请、销点制度，设专人负责联络；作业时在隧道两端洞口必须设立限速标志，并设置安全防护人员；洞内施工，严禁将机具、杂物放置于钢轨及轨枕上，机具设备严禁侵入列车行车限界。
16、十、技术经济分析本工法采用经优化设计的注浆管，克服了以往注浆管安装烦琐，锚固困难，且注浆过程中压力较大时容易掉管的缺点。采取的工艺措施完全能满足恶劣环境条件下的注浆施工要求，保证回填注浆的注浆效果，具有安全、方便、快捷的特点。由于序孔、序孔采用不同的注浆材料，在保证回填注浆效果的同时，大大节约了施工成本。本工法与化学注浆工法及其它措施相结合，能有效地进行高寒地区隧道渗漏水的综合治理，确保治理效果。十一、工程实例青藏铁路昆仑山隧道全长1686m，海拔4700-4800m，为青藏铁路十大控制工程之一。由于建设初期的认识不足，昆仑山隧道按多年冻土区隧道设计、施工（后期观测显示，隧道并非全部处于多年冻土层），衬砌结构非常复杂，全断面设防水隔热保温层，铺设于一次衬砌与二次衬砌之间，结构形式为“ 复合防水板 +隔热保温层 +复合防水板 ” 。隧道施工后于2003 年 5 月出现渗漏，进入寒季后逐渐冻结， 2004 年进入暖节后，重新开始渗漏，而且随着气温的升高，渗漏水情况逐渐加剧。2004 年 7 月 18 日到 9 月 30 日，对昆
