水工地下隧洞混凝土衬砌渗水裂缝处理探析

张孝飞

（中铁十九局集团第七工程有限公司 广东珠海 519020）



水工地下隧洞混凝土衬砌渗水裂缝处理探析

张孝飞

（中铁十九局集团第七工程有限公司 广东珠海 519020）

摘要：对水工地下隧洞进行混凝土浇筑时，由于各种因素的影响，容易导致内外温差较大，可能会引起混凝土温度应力，使混凝土出现不均匀收缩，导致产生裂缝现象。当有较高的地下水位时，隧洞可能会在垂直水流的方向的环向出现水压渗水裂缝，长时间渗水将会严重威胁隧洞的安全。可采用打斜孔埋管和无损贴嘴灌浆来处理隧洞的裂缝，从实践的效果看，两种裂缝处理技术的效果一般能够满足设计的质量要求。

关键词：水工地下隧洞 混凝土衬砌 渗水裂缝

1　前言

随着水工地下隧洞的施工技术不断地发展，且取得不错的成就，一般来讲，水工隧洞可用于发电、灌溉、输水、供水、施工导流、泄水以及通航等。而在水面充满整个水工隧洞的断面时，对隧洞的洞壁产生相应的水压力，这类隧洞称为压隧洞。在水工地下隧洞内部的水流可以自由流动，这类称为无压力隧洞，前者容易受到隧洞内外温差而发生不均匀收缩造成的裂缝，还可能受到水的压力形成水压渗水裂缝，在一定程度上影响了整个隧洞的安全性。

2　水工地下隧洞混凝土衬砌渗水裂缝的概述

为了对水工隧洞进行防渗堵漏和补强加固，我们可以采用化学灌浆的方法来对水工地下隧洞混凝土衬砌渗水裂缝进行处理。一方面，要求防渗堵漏的灌浆应当具有很高的抗渗性和耐用性，同时还要求灌浆材料能够抵挡外来水汽将混凝土碳化和对钢筋的腐蚀，以满足整体结构的耐久性和安全性，提高隧洞的使用寿命。另一方面，在补强加固上，缝面灌浆后的浆液应该具有很高粘结度，同时还能够恢复混凝土结构的整体性。不论是防渗堵漏还是补强加固，所选用的浆材都应该满足温度反复收缩开裂的处理要求。

现阶段，高渗透改性环氧浆材广泛的应用在地下隧洞砼衬砌渗水裂缝施工中，但该种浆材具有一定的局限性，在今后的发展研究中，应当加强对抗老化、无收缩、环保型以及高粘结强度、低粘度的改性环氧浆材研究。

开槽埋管法、打斜孔埋管法和无损贴嘴法是目前裂缝处理常用的三种方法。由于开槽埋管法不仅会对所使用的浆材损害很大，而且还会破坏原有混凝土的结构，开槽难以修复，目前该种方法已很少采用。打斜孔埋管法不会对原有混凝土结构产生较大的破坏，在一定程度上弥补了开槽法的部分缺点，并且该施工工艺简便，成本低，是目前在对水工地下隧洞裂缝处理中应用相对广泛的一种方法。但该法缺点明显，在打孔施工中产生的一些微细粉尘容易堵塞缝面，对灌浆的质量会产生一定的影响。与上述两种方法相比，无损贴嘴法是一种新的先进的处理方法，不需要钻孔，工艺简单，并且对浆材也没有损耗，对裂缝位置能够准确实施处理，并且对原有混凝土没有损伤，成本相对也较低，是一种值得大力推广的裂缝处理方法，但对渗水缝处的贴嘴处理是该工艺的施工难点。目前常采用承受压力较大的ECH水下粘结胶来对低渗水缝部位进行处理，其能承受压最大压力为1.3 MPa，为渗水缝处理提供了有力的技术条件。

3　处理裂缝化学浆材的选择

对裂缝处理化学浆材上的选择，需要遵循以下原则来进行。

3.1浆材的可灌性

要求所选用的浆材能够灌入裂缝，并且可以将裂缝填充饱满，还应当要求灌入裂缝的浆材能够固化凝结，从而保证对裂缝的补强加固。因此，处理裂缝时所选取的浆材必须具备可灌性的特性，才能保证裂缝处理的质量和效果。

3.2浆材的耐久性

在相应的环境条件下，要求所选用的浆材能够在水工地下隧洞的环境下保持稳定性，不易发生化学反应。同时为了保证灌浆与混凝土不脱离，要求所选用的浆材与混凝土裂缝保持足够的粘结强度。尤其是对于活动性不稳定的裂缝更应当注意该项原则。

由于水工地下隧洞混凝土衬砌渗水裂缝的外部水压很大，加之裂缝的开度很小，导致浆液灌入较为困难，这就要求，在对裂缝进行处理时，既要满足补强的要求，又要满足防渗堵漏的要求。在裂缝处理过程中，一般采用了EAA/CW/LPL三种高渗透改性环氧浆材，其性能见下表1：

表1　三种化学浆材性能表

通过上表我们也可以看出，三种材料各优缺点，EAA、CW具有亲水性强、粘度低、可灌性好等优点，但凝固时间长，脆性大，在活动性的等不稳定的裂缝处理中不易使用；LPL浆材则亲水性强、凝固时间快，粘度大，且脆性小，本身也不收缩，但对于细小裂缝的可灌性低，使用范围有限。

4　打斜孔埋管法处理渗水裂缝的分析

由于开槽埋管法在目前已经不经常使用，因此我们不再介绍，而打斜孔埋管法处理渗水裂缝时工艺相对简单，目前应用相对广泛，其施工工艺流程为：裂缝清洗——钻斜孔——清孔埋管——表面封缝——通风检查——浆液配制——注浆——封孔——检查凝固——处理表面。其工艺技术要求主要有：

（1）裂缝清洗。为了保证灌浆的质量和可靠性，在施工前需要辨别裂缝，通常可使用高压水枪对裂缝缝面进行清洗，至裂缝清晰可见为止。

（2）钻斜孔。可沿裂缝中心线10 cm～15 cm两侧进行钻斜孔，倾角约为50°、深度为25 cm～30 cm的浅孔与倾角约为70°、孔深为40 cm～45 cm交替布置。孔径和孔距分别为18 cm、40 cm。

（3）清孔埋管。高压水枪将斜孔清洗干净后，分上下两层埋设一进一出的两根注浆管在每个孔中，下层是主注浆管，管径可为8 cm，埋至距孔底深度为5 cm处；上层管为回浆管，主要用来排水排气，管径为8 mm，埋入孔内10 cm左右，使用速凝水泥作为埋管材料。

（4）表面封缝。对于表面面缝的封堵可用玻璃丝布或堵漏灵剂，再封堵时需要保证封堵密闭性和可靠性，以保证后面施工的顺利进行。

（5）通风检查。在按照设计的标准要求完成上述工艺的工序后，需要进行通风检查，可等埋管材料具有相当的强度后，采用涂抹肥皂水的方法来进行检查，一般在在裂缝和管口涂上少量的肥皂水后，采用0.2MPa的风压对其进行通风检查，对于盲孔现象，应当在其附近重新打斜孔埋管。

（6）配置浆液。根据灌注前的实验的标准进行浆液配制，在配制浆液时，在EAA或CW主浆液中缓慢加入固化剂、表面活性剂，搅拌均匀，使浆液所处的环境温度保持在25°C以下，以保证浆材的可靠性能。

（7）注浆。注浆的方式：对于丙酮量小于10 ml的可采用多孔灌注，大于等于10 ml的单孔压，应单孔灌注。若在灌注过程中出现串漏孔现象，则可在排出稀浆和积水后，由下而上进行灌浆。注浆的方法，一般可先对深孔从下层开始进行灌注，等上层回浆管中的水、气排除后封闭回浆管。当吸浆率小于1 ml/min时，则应当保持压力延续灌注半个小时，即可扎管等待浆材的凝结。在4～5个小时后在检查注浆的效果，对于注浆不饱满的管口，可进行二次注浆，直至胶管饱满。在灌浆压力设置上，若吸浆率小于5 ml/min时，应当逐渐加压至0.5～0.6 MPa，对于二次注浆可直接将压力提高到0.8 MPa。在注浆的整个过程中，需要加强对结构抬动变形的监测，一旦发现有异常状况，应当及时降低压力，并采取相应的措施。

（8）检查质量。在灌浆结束后大约两周后，可采用压水和钻孔取芯相结合的方法对裂缝处理质量进行检查。对于孔压水可采用单点压水法，例如孔径和孔深分别为28 cm，30 cm的浅孔进行检测，在压力为0.5 MPa下，透水率若小于0.1 Lu，则说明裂缝处理合格。

5　无损贴嘴法对裂缝的处理分析

该种裂缝处理方法是一种新的先进的技术，具有众多优点，通常其工艺流程为：注浆嘴加工——打磨——冲洗——描述裂缝——贴嘴——封缝——压风检查——灌浆——灌浆嘴清除——检查质量。其工艺要求有：

（1）注浆嘴加工。在铜管的一端焊接厚度为1.5 mm、边长为3 cm～4cm的正方形铁片，要求铜管的外径为6 mm，长度大于6 cm，在铁片中间开钻排列规则的直径与铜管外径相等的注浆小孔。

（2）打磨。沿裂缝两侧宽为20 cm的区域用砂轮机打磨，为了保证注浆嘴的粘贴和封缝的效果，需要将打磨区域的混凝土表面上杂物清除干净。

（3）冲洗。为了保证注浆的效果，需要对裂缝缝口的敞口处杂物进行清理，通常可用高压冲毛机沿裂缝开口向两边冲洗。

（4）裂缝描述。通过用放大镜等工具测量裂缝的宽度，并描述裂缝的走向、长度，用来调整注浆嘴之间的距离和注浆的压力。

（5）贴嘴。注浆嘴的布置需要根据裂缝的描述进行，因此对裂缝的描述一定要准确。对于规则裂缝时，若裂缝宽度小于0.30 mm，布嘴的间距在20 cm左右。对于不规则的裂缝，需在裂缝的交叉点和端部布置注浆嘴。通常，将ECH-I型胶抹在注浆嘴底板上，在贴嘴时，对准缝口用定位针穿过浆管，在将注浆嘴压向混凝土表面后，抽出定位针，若定位针上没有黏粘胶，则可视为粘贴合格。

（6）封缝。贴嘴三个小时后，用堵漏灵胶泥封堵，两小时后，用碘钨灯烘干混凝土表面，并使用无水酒精擦拭，干后刮胶，不粘手后，待ECH-Ⅲ型面胶固化后，用堵漏灵加固。

（7）压风检查。封缝后2小时，可进行压风检查，风压小于0.25 MPa，若孔不串通，则应当及时分析原因，并进行处理。

（8）灌浆。灌浆可采用多点同步进行，从上至下，从宽到窄，逐渐推进。在施工中，应当用稳压慢灌的方法，灌浆压力如下表2所示：

（9）灌浆嘴的清除。灌浆结束48小时后，清除灌浆嘴，采用汉阳胶泥封堵平整混凝土表面。

表2　裂缝有宽度与灌浆压力关系

6　结语

总之，打斜孔埋管法和无损贴嘴法都有各自的优缺点，在对水工地下隧洞混凝土衬砌渗水裂缝处理中，应当根据实际条件，选取合适的处理方法，并遵循一定的原则选取浆材，按照一定的施工流程进行操作，从而保证裂缝处理的效果。

参考文献：

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On the Treatment of Seepage Crack of Concrete Lining of Hydraulic Underground Tunnel Concrete Lining

ZHANG Xiao-fei
（No.7 Engineering Corporation Limited of China Railway 19 Bureau Group Co., Ltd Zhuhai Guangdong 519020 China）

Abstract：When concrete is poured for the underground tunnel, due to the influence of various factors, it is easy to cause the temperature difference between inside and outside of the tunnel, which may cause the concrete temperature stress, causing the concrete shrinks, so as to lead to the phenomenon of cracks. When there is a high groundwater level, it is likely to have cracks caused by water pressure in the direction of vertical flow of water. And longtime seepage will pose a serious threat to the safety of the tunnel. The methods of burying pipe in slant holes and lossless post grouting nozzle can be used to deal with the tunnel cracks, and from the practical effect, these two kinds of cracks processing techniques can generally meet the requirements of the quality of design.

Key words：hydraulic underground tunnel concrete lining seepage crack

文献标识码：中国分类号：TV554A

文章编号：1673-1816（2016）01-0016-04

收稿日期：2015-11-14

作者简介：张孝飞（1989-），男，蒙古，辽宁北票人，学士，助理工程师，研究方向地下建筑工程。