化学灌浆在严寒地区高铁隧道堵漏施工中的综合应用

陈森森

(江苏省盐城市康泰建筑灌浆技术有限公司，江苏盐城，224000)

作者简介: 陈森森(1973—)，江苏盐城市人，高级防水工程师，主要从事交通工程防水堵漏与补强加固等工程施工。

【摘 要】 吉图珲高铁地处东北严寒地区，隧道堵漏采用开槽埋管引排的技术已经不能使用，因为冬季温度较低，排水沟结冰和管道内容易结冰堵塞管路，并且在结冰后冻胀会使排水管道开裂失去作用，提出了采用抗冻胀的技术措施，对渗水地段二衬回填灌浆减少积水、存水空腔，结合化学灌浆对缝隙堵漏同时加固的技术措施，为防止通车后的震动、扰动，增加了在堵漏后的裂缝上开浅槽填塞高粘结力的填塞型防水密封膏和刷弹性防水涂料，进行堵排结合、以堵为主、刚柔相济、因地制宜、综合整治的方案来达到抗冻胀的技术措施，达到隧道原来设计的要求。

【关键词】 严寒地区高铁隧道; 抗冻胀措施; 堵排结合以堵为主; 综合整治

1 前言

随着我国高铁建设的高速发展，高铁隧道是国家高铁建设的重点施工项目，其隧道施工的质量控制更是重中之重。据对吉图珲高铁隧道的初步调查，占相当比例的隧道有裂缝和渗漏水现象产生。严寒地区隧道堵漏中抗冻胀技术措施对施工和运营管理单位尤其重要。

项目介绍: 吉图珲铁路客运专线西起吉林省吉林市，东至延边朝鲜自治州珲春市，途径吉林市、蛟河市、敦化市、安图县、延吉市、图们市、珲春市7个县市区，全线359km，桥隧比66%，设计时速250km。此隧道地处东北严寒地区，冬季结冰期长达5个月，隧道地处北亚湿带温润半湿润大陆性气候区，按照对铁路工程影响的分区属于严寒地区，夏季短促温暖，冬季漫长酷寒，春季干旱多风，秋季凉爽，四季分明，年平均气温4℃，极端高温气温34.9℃，极端最低气温－41.8℃，最冷月平均气温－23.4℃，年降水量主要集中在6～8月，最大积雪深度37cm，最大冻结深度167cm。

2 渗漏水现象和原因分析

高铁隧道的水害原因是隧道在修建中破坏了原来地下水系统的平衡，比如破坏地下水的储存点和转移通道。随着隧道开挖和临空面的形成，地下水向隧道区域汇集、渗出，造成地下水的重新分配，从而形成新的含水层和地下水转移通道。在隧道修建完成后，积聚的地下水将需要新的通道，水从结构薄弱的地方比如施工缝、变形缝、衬砌裂缝等发生渗漏，形成隧道渗漏水。其主要原因是地质、勘测设计、施工、管理几个方面的工作存在不足造成的。比如地质方面，隧道修筑会改变地下水分布，造成地下水沿着隧道围岩中存在的裂隙、节理、断层破碎带流向隧道，使隧道成为地下水的汇集漏斗，发生隧道漏水; 勘测设计方面，由于对隧道通过的断层带、破碎带位置判断不准，没有采取匹配的防排水系统，比如没有采用全包防水板，导致隧道渗漏; 再加上施工时隧道衬砌防水板施工不当，管理中防排水系统失效却并没有进行有效的管理和修复，造成渗漏现象。

具体到结构形式上表现为:

(1)隧道施工接缝防水失效。由于橡胶止水带普遍不易做好，松动、移位、脱落，中埋式止水带与防水夹层也存在搭接问题，不易形成一个封闭的防水圈等原因造成变形缝和施工缝处发生渗漏。

(2)施工缝、施工冷缝的存在，在二衬施工中不可避免地存在施工冷缝，还有不同结构施工之间存在的施工缝，例如水沟电缆沟和仰拱之间的施工缝，二衬边墙和仰拱之间的施工缝，如果界面处理不干净、不采用界面剂都有可能出现渗漏水。

(3)隧道防水层失效。结构变形过大或裂缝过宽超过了防水材料的延伸性，导致防水膜或橡胶止水带断裂; 防水层的完整性有缺损，致使地下水通过缺损部位渗入结构内部: 防水层与基面粘结不良，在浇注二次混凝土衬砌时造成防水层的空鼓、脱落等问题，由此导致了防水层的破损失效。

(4)衬砌混凝土结构自防水失效。片面认为混凝土结构的自防水可以完全抗渗，忽视了施工与养护的重要性: 混凝土结构本身存在缺陷，施工不严格，衬砌混凝土结构出现裂缝，比如配比、施工等因素造成的干缩和收缩裂缝。同时这些因素均可以导致结构自防水功能的失效，出现渗漏水病害。

(5)吉图珲高铁建成后，因动车组时速250km左右通过。有震动扰动和压缩风高压扰动，整体道床和仰拱、底板的应力释放不均匀，在这种震动扰动使用环境下整体道床和仰拱开裂就在所难免，用平常堵漏的工艺不能解决这种震动扰动环境下的堵漏要求。用通常隧道堵漏方法堵漏，当时效果还可以，一旦动车组运行后，因震动扰动，堵漏部位将不抗震动而全部再出现渗漏，使堵漏不起任何效果。必须在堵漏完成后做抗震动扰动预防措施方案。

3 危害性分析

目前，严寒地区隧道病害危害性主要表现在: 严重渗漏水、冻害、衬砌裂损和衬砌侵蚀、结构衬砌的腐蚀裂损、仰拱或铺底的变形损坏导致轨道的破坏，而几乎所有的隧道病害都与渗漏水有着直接或间接的关系，隧道结构缺陷给隧道渗漏水提供了通道，隧道渗漏水的长期作用又会加剧隧道侵蚀破坏，特别是在围岩有地下水并具有侵蚀性的情况下，对衬砌和隧道设备的腐蚀更加严重。在运营期间，地下水常通过混凝土衬砌变形缝、施工缝、裂缝甚至混凝土孔隙等通道渗漏进隧道中，造成洞内通信、供电、照明等设备处于潮湿环境而发生锈蚀、霉烂、变质、失效，衬砌渗漏会使洞内潮湿，造成设备腐蚀，降低机车粘着牵引力。在严寒地区，冬季漏水会造成结冰侵限，冻坏设备。特别是在电气化隧道，衬砌渗漏还会引起电气化设备绝缘性能降低而影响运营安全。

4 主要隧道堵漏施工中的抗冻胀技术措施

4．1 二衬施工缝环向接缝渗漏水

因为隧道地处严寒地区，施工方案不同于其他地区，必须考虑抗冻胀措施，千万不能采用二衬结构表面开槽排水的措施，因为到冬季结冰期间会把排水通道冻胀破裂，继续渗漏。就和自来水管冬季冻胀破裂一个原理，水结冰后体积膨胀，金属都会胀裂，这种排水管当然也会破裂。

针对发现的渗漏病害决定进行如下处理:

(1)先对二衬顶部、以及边墙渗水和漏水严重部位进行回填灌浆，使二衬背后没有存水的通道和存水的空腔，采用浓度高的水泥净浆或水泥砂浆，掺杂专用水泥基无收缩自密实灌浆材料、速凝剂、泵送剂、超细水泥等添加剂和防水材料一起灌注。在灌浆过程中，根据进浆量和钻孔情况，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，再采用增加浆液浓度，添加速凝剂和膨胀剂等办法来控制水泥浆的流失。

(2)施工缝环向渗水; 采取: ①用高压注浆法向施工缝注入疏水性和亲水性混合型聚氨酯防水灌浆浆液(或橡胶非固化灌浆材料); ②开槽填刮高弹性非固化橡胶防水密封膏。施工缝有1处渗漏整个一环都需要处理渗漏水，因为整个橡胶止水带有1处偏移或移位，整个止水带就都会存在问题。

4．2 施工缝、施工冷缝渗漏水

采用四个步骤组成的综合整治方案:

(1)渗水位置的二衬和仰拱背后灌注水泥浆;

(2)二衬深层施工缝和冷缝采用钻孔斜穿裂缝进行灌注超细水泥;

(3)二衬细小的施工缝、冷缝渗漏采用灌注低粘度环氧树脂胶;

(4)堵漏过的裂缝切槽、开槽填塞高弹性橡胶非固化类防水密封胶

4．3 断裂缝、不规则裂缝、温缩裂缝、局部不密实渗漏

采用针孔法: 斜钻孔和垂直钻孔交叉使用的办法。

灌耐潮湿低粘度改性环氧树脂来防水堵漏的同时又起到补强加固的办法。

用以上方法恢复有缺陷混凝土的密实度和结构整体性，把水挤出结构混凝土的裂隙和孔隙。再用YYA水泥基类刚性抗渗砂浆喷涂或刮涂，增强结构的抗渗效果，起到防水堵漏、补强加固双重作用。堵漏过的裂缝切槽、开槽填塞高弹性橡胶非固化类防水密封胶，起到对通车后抗震动扰动的作用。

通过以上几种方案，进行堵排结合、以堵为主、刚柔相济、因地制宜、综合整治的抗冻胀的技术措施，达到恢复隧道原来设计的要求，让隧道原有的排水系统起到排水作用。

5 隧道堵漏施工中抗冻胀技术措施方案的主要材料

5．1 混合型聚氨酯灌浆材料

根据裂缝的不同形成原因和材料使用环境，采用不同的灌浆材料来灌注裂缝，对沉降缝和变形缝要采用高弹性和疏水性、亲水性混合灌浆材料。采用坝安牌订制的混合型灌浆材料。

5．2 耐潮湿改性环氧灌浆料

KT系列是一类双组分、无溶剂环氧化学灌浆材料，它具有高强度、低收缩、耐腐蚀、与混凝土及金属的粘结力强等特点，是一种对混凝土和岩石进行补强加固的灌浆材料。KT－HK－WG、KT－CH－4D、KT－CW系列无溶剂环氧灌浆材料，其对潮湿环境不敏感，它又有两种产品: KT－WG－21和KT－WG－23，其中KT－WG－21的可操作时间较长，而KT－WG－23固化较快，在常温环境下，1d即可达到一定的强度要求。

5．3 BY3－Ⅱ型水中不分散高强灌浆料

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100kg BY3－Ⅱ型与40～50kg水于高速搅拌机(500L3，大于1000r/min，线速度10～20m/s的高速搅拌机)中搅拌均匀，然后用5MPa的压浆泵将浆体压进岩体、隧道顶部、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20～50m以外。

按0.45加水搅拌均匀后技术指标如表1。

表1 BY3－Ⅱ型加水搅拌后技术指标

5．4 吉林宏大防水材料公司的非固化橡胶灌浆材料性能指标

表2 非固化橡胶灌浆材料性能指标

这类材料的主要性能特点有:

(1)永不固化，固含量大于99%，施工后始终保持原有的弹塑性状态。

(2)粘结性强，可在潮湿基面施工，也可带水堵漏作业，与任何异物保持粘结。

(3)柔韧性好，对基层变形、开裂适应性强，在变形缝处使用优势明显。

(4)自愈性好。施工时材料不会分离，可形成稳定、整体无缝的防水层。施工及使用过程中即使出现防水层破损也能自行修复，阻止水在防水层后面流窜，保持防水层的连续性。

(5)无毒、无味、无污染，耐久、防腐、耐高低温。

(6)施工简便，可在常温和0℃以下施工。

5．5 YYA宇岩防水抗渗涂料

YYA涂料是集预防性与维修性能一体的材料，具有超强的渗透能力; 具有动态防水功能和二次渗透功能，可自我修复，可修复小于0.4mm的裂缝; 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; 与混凝土基面粘结力强，可带水作业; 很高的抗冻、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。

6 结语

用以上的抗冻胀综合整治，同时配合对现有材料的改进型配方对吉图珲客运专线富强隧道、团结隧道和图们隧道、日光山隧道、三道岭隧道进行过堵漏施工，对隧道的二衬、仰拱渗漏进行了彻底整治。经过1年的时间考验，处理过的渗漏水完全经过了冬季严寒的考验，没有再在原处理部位出现渗漏，2010年、2011年、2012年在辽宁抚顺到通化高速公路的八标、九标，桓仁到永陵高速公路的二标、四标，丹东到通化高速的一标、四标的隧道成功进行过严寒地区隧道抗冻胀堵漏施工，京沪高铁山东段的高铁隧道也处于－10℃～－15℃的寒冷地区，抗冻胀的综合整治渗漏水技术还是经过了高铁3年的运营考验，以上工程应用证明抗冻胀技术措施是成熟的，掌握了严寒地区隧道堵漏的抗冻胀技术。

此项隧道堵漏中的抗冻胀技术措施同样可以运用在寒冷地区的地铁、公路隧道、工民建地下室、水池、地下商场、市政地下过街通道、地下车库、水电站的泄水通道和地下廊道等地下工程中。

总体讲，高速铁路客运专用线隧道堵漏施工中抗冻胀综合技术措施，经过吉图珲高铁的施工，在技术、工艺上已形成一整套材料、机械及施工管理体系，也取得了一定的成果。渗漏水病害是铁路隧道存在最为广泛的病害，因此有效的治理方法是值得关注的。治理方法的选择要依据渗漏水病害成因和程度，以及周边的气候环境、温度环境，因地制宜，不同的环境成因和病害程度要采取不同的整治方法，否则会浪费大量财力、物力和人力，或是出现达不到预期治理效果，甚至是反效果的现象。因此，对隧道渗漏水病害以及治理方法的分析不论从防止隧道渗漏的发生方面，还是从提供合理、有效、经济的治理方法方面都有重要的借鉴和参考价值，对改善和提高隧道的运营环境具有重要的理论和工程意义。

新材料与新工艺的结合，是一个创新的历程，我们坚信，只要不断努力探索，勇于创新，就一定能解决更多的严寒地区地下工程渗漏水的难题，为严寒地区高铁隧道、高速公路隧道、地铁隧道、市政地下通道、地下商场等工程建设作出贡献。

参考文献

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