tj隧道基底类病害整治施工技术方案总结.doc
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1、隧道基底类病害整治施工技术方案总结隧道基底类病害整治施工技术方案总结 1 引言引言 隧道基底类病害按其所属线路的性质一般可分为既有线隧道基底病害和新 建线隧道基底病害。 既有线铁路隧道的基床病害主要指由于隧道基底病害和渗漏水等引起的道 床下沉、开裂、翻浆冒泥等现象。基床病害容易导致线路几何状态难以保持, 制约列车提速,危及行车安全,严重时甚至会造成列车在隧道内脱轨倾覆。 新建线隧道基底病害则一般是指由于隧底存在软弱地层(淤泥层、粘土层、 湿陷性黄土)等不良地质,造成隧底沉降超限而形成的病害,整治措施一般包 括基底换填、小导管注浆和旋喷桩加固等。 多年来,北京中铁瑞威基础工程有限公司一直与北方交
2、大隧道中心及各铁 路局在路内联合开展各类隧道病害整治工作,致力于深入研究分析病害成因、 优选整治方案、合理引用国外和自行研发新材料等方面的工作,成功完成了一 批铁路隧道的病害整治项目,取得了满意的施工效果,得到了用户和管理部门 的好评。 2 既有线隧道基底病害整治施工技术方案既有线隧道基底病害整治施工技术方案 2.1 既有线隧道基底病害的主要成因既有线隧道基底病害的主要成因 基床病害的成因主要包括:当基底为软弱层(如风化的基岩、断层破碎带、 超挖部分为浮碴填充层)时,由于其强度低、结构松散,容易被水浸泡软化或 被水冲刷流失,列车动载的反复作用使基底泥水多沿边墙缝、人行道与道床的 接缝或其它薄弱
3、环节(如中心及侧水沟)等处涌向道床,形成翻浆冒泥,进而 使基底局部淘空,造成道床断裂。另外,还有软岩膨胀底鼓等原因。 2.2 病害检测病害检测 在进行病害整治前,首先采取物探与现场原状土取样化验相结合的方法, 确定病害成因,确定病害规模与分布范围。即采用地质雷达、电法等物探手段, 查明基床的充泥充水、空穴等状况,再采用原状土取样化验查明填料的种类及 孔隙率以及是否铺设垫层,为制定整治方案提供依据。这样做会使整治方案更 具有针对性,从而有效保障整治效果。 2.3 病害整治方案病害整治方案 通常,隧道基底和道床的病害整治可视病害程度和具体情况采用加设有效 的地下水排导系统、道床翻修、换填、置换、道
4、床基底注浆等措施。中铁瑞威 公司针对此类病害采取的整治方法主要有以下两种:1、锚桩+注浆加固法,主 要针对病害较为严重的路段;2、T 浆液+化学浆的组合注浆法,一般针对病害 相对较轻的路段。 2.3.1 锚桩锚桩+注浆加固法(以大瑶山隧道病害整治项目为例)注浆加固法(以大瑶山隧道病害整治项目为例) 这是一种采用聚合物砼灌注锚桩加固和封闭水沟墙及与基底灌浆相结合的 方法,使断裂和“吊空”被锚固、充填,通过沟墙封闭将灌浆区段与水隔绝, 确保灌浆质量,然后在封闭的灌浆区段进行基底灌浆,从而达到基底完全固结 填实的目的。 图 1 锚桩平面布置示意图 图 2 锚固桩立面布置示意图 图 3 道床基底注浆示
5、意图 2.3.1.1 锚桩设计 桩径 d:取决于钻机成孔直径,一般取 d=120150mm; 桩长 L:L=道床厚度+铺底厚度+嵌岩深度(0.25m) ; 桩间距 a:按承载力计算结果,同时满足 a3d,并采用错位梅花排列; PMC 聚合物混凝土:灌桩材料性能具有在 1m/s 的涌水冲刷下不离散、 - 3 - 30 分钟抗压强度8MPa,抗折强度在6MPa,耐冲击性好的特性。由 于材料的粘接特性较好,大幅提高了桩身的侧摩阻力。 2.3.1.2 注浆设计 专用于隧道基底和道床病害整治的灌浆料符合以下几点要求:30 分钟的 抗压强度8MPa;可操作时间(用于灌浆操作的时间)介于 1012 分钟之间
6、; 浆液粘度小(10 分钟的净浆流动度250mm) ,可灌性好。 试验工程检验和正式施工使用均证明,加固型 TGRM 水泥基特种灌浆料可 满足基床病害的整治要求,其突出特点是:在小水灰比(w/c=0.37)的情况下, 浆液流动性好,直至初凝前 12 分钟流动性仍保持稳定;初、终凝间隔时间短, 只有 23 分钟,从而在保证灌浆后有 30 分钟限定时间的同时,为可操作时间留 出了 1012 分钟的时间,也为终凝后的强度快速达到 8MPa/30 分钟以上提供了 保证。 2.3.1.3 施工工艺 (1)钻孔灌注锚桩 主要利用其抗压强度强度高的优势支撑“吊空” ,以群桩承载方式传递列车 荷载至基岩,达到
7、稳定基床、消除轨道状态变化的目的。 施工工序为:钻孔清孔放钢筋笼支模板灌注砼捣固。 钻孔采用小型工程钻机 120mm 金刚石岩芯钻头,孔位中心点距水沟墙边 16cm,钻至基岩下 2025cm。 清孔采用风水联合法,将风压机的风管伸入已成孔的锚桩孔内将孔内的沉 渣吹起,再用钳式或铲式清孔器将风压吹不起来的大块岩芯取出,并压水冲 洗,以保证施工质量。 支模板是针对病害“吊空”严重地段,即成孔后发现锚桩孔与中、侧沟相 串通,通过支模板避免灌注锚桩的砼沿“吊空”流失。在灌注砼时进行有效 的捣固,尽量使砼在锚桩孔底端向周边“吊空”位置扩散,并保证填充密实。 (2)沟墙封闭施工 沟墙封闭施工分为中沟墙封闭
8、和边沟墙、沟底封闭。因中心水沟中水的流 量较水,中沟封闭需使用 PMC 聚合物砼;边沟窄而浅,且存在着“烂底”破损 现象,列车通过时有“抽吸”现象,故采用 TGRM 混凝土和聚合物混凝土凿补 结合的方法进行处理,对无“抽吸”现象而比较稳定的边沟,可以采用普通 525#水泥制备的混凝土对“烂底”进行铺底处理。 沟墙封闭的施工工序为: 清理沟墙(清沟、洗刷、凿毛)支模板灌注混凝土捣固拆模。 中沟大量的淤泥、砂、石彻底清理干净后,再用钢丝刷洗刷沟墙,对沟墙 凿毛,使“吊空”充分暴露,以保证灌注时填满“吊空”位置。 考虑到病害的严重程度存在差异,病害严重处吊空深度达 90cm,为使 PMC 聚合物砼能
9、够更有效地进入吊空位置,施工中采用两次支模的方法,即先在 沟底以上 2030cm 高立模一次,将“吊空”部分填满后再进行第二次立模 加高,这样即保证了“吊空”部位充分填满,又达到了堵浆的目的。灌注捣 固同锚桩。 (3)基底灌浆 基底灌浆采用 TGRM 水泥基特种灌注料。 施工工序为:钻孔冲孔灌浆补浆。 布孔:布孔的原则是先疏后密,中间插孔,依据施工经验,在每一整治段 的中、边沟每隔 3 米布孔一个,布置在挡碴墙外侧,深 1.3m、倾斜 30 度角 与深 1.6m、倾斜 50 度角交错分布,这样可有效保证道床中间和靠中、边沟 侧“吊空”部分均能有浆液到达。 冲孔:用压风机冲孔,将孔内沉碴淤泥彻底
10、清理干净;通过冲孔,可了解 孔位之间的连通关系,从而确定哪些作为压浆孔,哪些作为通气孔。 灌浆:首先将 TGRM 水泥基特种灌注料按 W/C=0.4 的设计水灰比通过高速 搅拌机制浆,而后将制好的灌浆料放入贮浆桶,再通过压力泵由管线将浆液 送至工作面,压浆工序在“天窗”结束前 30 分钟结束,以保证其凝结强度。 2.3.2 T 浆液浆液+化学浆的组合注浆法(以鸡公山隧道病害整治项目为例)化学浆的组合注浆法(以鸡公山隧道病害整治项目为例) 所谓 T 浆液+化学浆的综合注浆法是指,在基底表层通过深层渗透注浆方 式,使用化学浆液形成浆脉稳固土体结构,吸收孔隙水,从而降低土体的含水 率,降低土体再次液
11、化翻浆冒泥的可能,同时在基床底层形成一个隔水层,阻 - 5 - 止地下水再次渗入。在基底底层通过挤密注浆方式,注入 TGRM 浆液,提高路 基的承载力,同时形成密实的浆液固结体,使断裂和“吊空”被锚固、充填, 提高基床承载能力。 图 1 T 浆液+化学浆的综合注浆法整治原理示意图 2.3.2.1 施工方案 (1)浆液材料的选择 T 浆液:隧道基床病害整治最突出的难点是“天窗”时间短,既要求浆 液的可灌性好,在“天窗”时间内有较快的工作进度,又要浆液瞬时凝 固,在终凝后尽快达到列车通过时荷载要求的抗压强度。否则,基底灌 浆将被挤出,不能达到充填“吊空”的目的。加固型 TGRM 水泥具有 以下特点
12、:在水灰比为 0.370.45 的条件下,可操作时间为 912 分钟, 初凝时间为 10.514.5 分钟,终凝时间为 12.517.5 分钟;浆液流动度 为 220250 mm,可采用低压灌注,并且有良好的自密实性;终凝后 通过硬化可产生大量的硫铝酸钙,30 分钟龄期抗压强度可达到 8MPa 以上。因此,采用 TGRM 水泥做为灌浆材料,既可加快施工进度,又 可保证列车通过时的强度。 化学浆液:采用水溶性聚氨脂。该浆液无毒、无污染、对人体无害,具 有优良的亲水性,与水产生化学反应后,借助缓慢膨胀及持续压力,可 将聚氨酯渗透至微细缝隙。该浆液与混凝土等材料粘结力强,混合后可 形成高强度固结体。
13、 (2)注浆孔的布置 由于是在既有线条件下施工,要特别防止灌浆对基床的“抬动” 。灌浆压 力不得超过 0.6 MPa,为避免灌浆孔穿透道渣,由路肩两枕木头端部钻设灌浆 孔,从挡碴墙钻入基床,并沿垂线倾斜 4560,间隔 1m,行距为 40cm,以使 灌浆孔穿越道床中心,使路基下方病害路基得到全面加固,详见下面的图表。 正剖面图 30注浆孔 轨顶面 隧 道 中 线 30注浆孔 线路中心线 隧道中心线 剖面图 排 排 排 排 排 图 2 注浆孔布置图 图 3 注浆孔布置剖面图 表 1 注浆孔参数表 孔位 角度()孔深 (m) 注浆压力 (MPa) 水灰比材料选择备注 A 排序孔4530.30.50
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