地铁隧道结构无损检测及常见病害处治

刘军 冯永

摘 要:随着地铁工程的发展,地铁运营过程中逐渐暴露出诸多病害,严重影响行车安全。本文对目前地铁工程的常见病害产生的原因进行了分析,并提出病害的处治意见,同时介绍了运营期地铁的无损检测技术。

关键词:地铁隧道无损检测病害处治

中图分类号:U25 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0109-01

由于地铁工程特殊的赋存环境,在地铁运营后,地铁病害具有隐蔽性强、诊断难、治理难的特点。运营期的地铁检测既不能破坏其原有结构,也不能影响地铁的正常运营,因此地铁工程结构的无损检测、健康诊断、常见病害处理等已经成为工程界和学术界关注的问题[1～2]。笔者通过自身工程经验的总结,对目前地铁无损检测技术和地铁工程中常见病害的处理提出了一些建议。

1 地铁隧道无损检测项目及方法

1.1 地铁隧道结构主要尺寸检测

地铁隧道结构的尺寸主要采用激光隧道断面仪和全站仪进行检测。通过对地铁隧道结构主要尺寸的检测,查看地铁断面净空状态,判断地铁是否侵入界限。

1.2 裂缝观测

对衬砌上的裂缝采用目测为主,辅以裂缝测宽仪量测,用钢卷尺量测裂缝长度与间距。主要量测裂缝的尺寸及深度,并提交病害分格检测展示图,从而了解不同段落裂缝病害的分布规律。

1.3 结构密实度无损检测

主要采用地质雷达进行检测。通过地质雷达检测可以得到衬砌厚度数据、背后空洞分布情况等内容。

1.4 结构强度检测

结构强度主要采用结构回弹仪进行检测。因此以回弹值反映混凝土表面硬度,根据表面硬度推求混凝土的抗压强度,从而评判结构的强度。

1.5 钢筋锈蚀受力检测

本检测项目采用仪器为钢筋锈蚀检测仪,通过测得的电位值评估钢筋的锈蚀状态。

2 地铁常见病害成因分析

2.1 结构裂缝

地铁工程中结构裂缝表现为道床裂缝、边墙裂缝、顶板裂缝等形式。结构裂缝的出现往往是在设计、施工过程中多方面的因素导致的,常见主因主要包括以下几点:

①差异沉降。在设计过程中,由于设计方案不合理,使得地基加固效果不佳,导致地基工后沉降及纵向差异沉降较大,其值大于结构允许范围后,势必造成结构病害性裂缝。同时,设计人员对围岩类别判断有误,致使衬砌设计厚度不足,也会因承载力不足而导致裂缝的发生。

②变形缝的设置。变形缝一般包括沉降缝与伸缩缝两层含义。对于地铁结构,考虑整体道床基础允许垂直错位最大值的范围,因此一般不设置沉降缝。而在软土地区,为了提高结构纵向刚度,一般也不设置过多的伸缩缝。这就使得地基加固不佳时,地基工后沉降加大,导致结构应力过于集中,容易产生结构裂缝。

③结构强度。在设计及施工过程中,由于设计不当或者施工时混凝土壁后回填土压实不当等原因,造成混凝与质量不符合要求,从而容易导致结构裂缝的发生。

④温缩、干缩。由于温缩、干缩使得混凝与结构内部产生应力集中,容易产生结构裂缝。

⑤列车振动。超负荷地铁结构在长期处于低频连续振动的环境下,容易导致软土下卧层地基产生较大纵向沉降[3],致使裂缝的出现。同时,对于已有裂缝而言,长期行车荷载使道床上下振动而形成倒吸现象,造成水在裂缝中反复潜蚀,从而使裂缝扩大。

2.2 渗漏水

结构渗漏水是地铁工程中最常见的病害之一。渗漏水会促使混凝土衬砌风化、剥蚀,造成衬砌结构破坏;渗漏水还会软化围岩,引起围岩变形;若渗漏水中还有腐蚀性介质,会造成一般衬砌混凝土的砌筑砂浆腐蚀损坏,降低衬砌的承载能力;渗漏水还会引起路基下沉、基底损裂等次生病害,影响行车安全。

渗漏水部位主要发生在环缝、纵缝、注浆孔及旁通道位置。出现渗漏水一般有两个前提:一是裂缝已经贯通混凝土结构层;二是防水层已经破坏或本身就质量不合格。因此,结构裂缝、围护结构及防水工程等防水体系部分失效是渗水的主要原因。

3 地铁病害防治对策

对地铁运营出现的结构裂缝、渗漏水等常见病害需对症下药,标本兼治。首先需加强观测,查明病因,对不同病害采用不同的工程措施;其次,对渗漏水、腐蚀等常见病害应综合整治,贯彻彻底整治的原则;最后,地铁主体结构一旦出现病害,坚持必须及时治理的原则。

3.1 表面封闭

从美观起见,渗漏处理后要进行表面封闭。表面封闭主要用于裂缝在结构允许范围内,未出现轻微渗漏现象或经过缝内注浆、壁后注浆等治理后的裂缝的处理。

对于未渗漏的,表面进行必要的处理和保护措施后,进行防水砂浆抹面及防水涂层的实施;对于轻微渗水的,将裂缝按要求剔成一定深度和宽度的V形槽,槽内用速凝材料填压密实。

3.2 缝内注浆

缝内注浆一般用于以下情况:1)裂缝较大,出现轻微渗漏或相对严重渗漏现象;2)经过壁后注浆等治理后的严重渗漏裂缝;3)虽已修补,但仍出现渗漏现象的裂缝。

3.3 壁后(基底)注浆

壁后注浆是指将止水浆液用压力泵通过特殊注入管(位于裂缝上方),注入混凝土的背面,在背面形成保护面,将裂缝的渗漏水通道彻底截断。

3.4 素喷或网喷混凝土

对于开裂严重衬砌,可采用素喷混凝土或者网喷混凝土加固。锚喷加固裂损衬砌可以恢复和提高衬砌的承载能力,而钢筋网的布设大大提高了组合拱结构的抗裂性和抗弯、抗剪强度,大大提高衬砌的承载力。

3.5 施工缝修补

施工缝修补采用的是综合治理措施,即注浆防水与嵌缝和抹面保护相结合,具体做法是将缝内一定深度的原嵌填材料清除,施工缝沿缝凿缝,清洗干净,漏水严重的埋设引水管,渗漏小的用快凝材料封堵。然后嵌填密封防水材料,抹水泥砂浆,最后注浆堵水。

堵漏止水材料的选择对病害处理效果影响较大,不同的堵漏止水材料用于处理不同的渗漏情况。堵漏止水材料主要分为无机堵漏材料、有机堵漏材料、快速堵漏剂等,其主要适用范围有所不同。

3.6 高压旋喷桩加固

对于沉降不稳定地段,可采用深层高压旋喷桩进行加固。需要注意的是,高压旋喷桩加固会破坏部分底板结构,可能会扰动软土,造成新的沉降,因此在实际工程中,应在前期进行试验段专题研究再进行工程应用。

5 结语

地铁工程结构病害检测、治理和管理是一项复杂的系统工程。加强施工过程的质量管理、减少结构病害,是地铁工程结构病害治理的最有效、最简单、最经济的途径之一。必须重视地铁结构的设计、施工质量的控制、运营期健康监测等各个方面,以确保地铁工程的安全运营。

参考文献

[1] 杨建龙,郭满鸿.南京地铁隧道裂缝整治措施探讨[J]．现代交通技术,2009,Vol6,No4:75～77.

[2] 李养平．天津地铁1号线既有线轨道结构病害整治方案研究[J]．铁道建筑,2004,No7:72～74.

[3] 叶耀东,朱合华,王如路．软土地铁运营隧道病害现状及成因分析[J]．地下空间与工程学报,2007,Vol3,No1:157～160.