CN107725086B - 一种衬砌非结构纵向裂纹的加固方法 - Google Patents
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Abstract
一种衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，包括步骤有确定二次衬砌裂纹段的位置参数、检测支护施工质量、资料数据分析、测量并造孔、洗锚杆孔、封口、注浆、质量检验和监控量测等步骤。本发明针有效减缓或阻止裂纹的扩大，增强结构稳定性。本发明对裂纹的分布进行整体检测，筛选出非结构性的纵向裂纹进行加固，加固采用围岩和锚杆双重加固，围岩加固采用自进式中空注浆锚杆，集钻孔、清孔和注浆为一体，保证对裂纹处进行最少的扰动，裂纹锚杆孔的孔口处的混凝土剔除并进行水泥砂浆抹平，保证锚杆垫板受力均匀，同时在裂纹处锚杆采用骑缝交替分布，阻隔裂纹的发展方向，有效预防和加固裂纹，增强结构的受力，有效保证衬砌结构的混凝土不再脱落。
Description
技术领域
本发明适用于隧道及地下工程衬砌结构纵向裂纹加固，尤其非结构性纵向长大裂纹加固。
背景技术
隧道混凝土二次衬砌是隧道施工中的重要环节，即使在没有外力的作用下，二次衬砌施工滞后于初期支护之后，二次衬砌在约束、混凝土温度和干燥收缩、振捣和灌注作业措施不当的情况下，二次衬砌的混凝土面会产生非结构性裂纹，如果裂纹开裂、扩大、劣化总体呈三维状态时，就可能造成二次衬砌的剥落和掉块，不仅影响隧道的结构稳定，还会因裂纹渗水影响隧道的运行安全。常用裂纹处理为在裂缝处进行注浆和浅表封闭，但是常用的注浆或浅表封闭措施仅对围岩和表面存在作用，将此种处理方式应用到非结构性裂纹时采用的工序复杂，注浆量难以控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，要解决非结构性裂纹采用注浆和浅表封闭时工序复杂，注浆量难以控制技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，施工步骤如下：
步骤一，确定二次衬砌裂纹段的位置参数：
对衬砌范围内裂纹段进行检查，确认裂纹段的范围、宽度和深度，绘制裂纹段的平面展示图，建立台账；
步骤二，检测支护施工质量：
对衬砌范围内裂纹段的初期支护质量进行检测，检测内容包括初期支护钢架的施工质量，检测方式采用地质雷达检测；
对衬砌范围内裂纹段的二次衬砌质量进行检测，检测内容包括二次衬砌拱部及边墙背后的不密实程度、是否存在空洞，仰拱底部是否存在虚砟，检测方式采用地质雷达检测；检测内容还包括二次衬砌的强度和厚度，检测方式采用回弹无损检测；
对衬砌范围内裂纹段的不良地质情况进行检测，检测内容包括隐伏岩溶的不良地质检查，检测方式采用地质雷达；
步骤三，资料数据分析：根据步骤二中得到的检测数据采用排除法确定裂纹是否为结构性、是否贯通、有无错台；观测裂纹是否继续发展；对其中的非结构、非贯通、无错台、未继续发展的纵向裂纹进行加固准备；
步骤四，测量并造孔：
锚杆孔的造孔深度自二次衬砌的表面经过初期支护直至初期支护背后的围岩内，锚杆孔在纵向裂纹左右两侧骑缝交错呈梅花型设置，每个锚杆孔与纵向裂纹的最短距离均相同，纵向裂纹同侧相邻的两个锚杆孔的距离也均相同；开锚杆孔的位置采用全站仪进行定位，锚杆采用自进式中空注浆锚杆，将锚杆与钻机相连，并在锚杆孔的预定位置上直接使用锚杆造孔；
步骤五，洗锚杆孔：
将锚杆孔与钻机脱离，然后将起风机连接锚杆，采用高压风吹入锚杆孔直接内对锚杆孔进行一次性吹洗；
步骤六，封口：纵向裂纹和锚杆孔的孔口采用锚固剂封闭，对锚杆孔的孔口范围内的二次衬砌的表层混凝土凿除，凿除的部分采用水泥砂浆抹平；同时在抹平后的混凝土表面安装锚杆的垫板和螺母，垫板与混凝土的表面紧密接触，然后将锚杆连接注浆机；
步骤七，注浆：
围岩加固：配制水灰比为0.6：1～1：1的水泥单液浆充填锚杆孔，采用锚杆注浆机通过锚杆上的出浆孔对围岩进行加固注浆，注浆达设计要求后停止注浆；然后在水泥单液浆初凝之前，打开锚杆上的排气孔，排出锚杆内多余的水泥浆液；
锚杆封闭：换浆采用水灰比为0.45：1～0.3：1的水泥单液浆充填封闭锚杆，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5R，当浆液从排气孔流出时，完成注浆；
步骤八，质量检验：锚杆注浆完成7天后，采用声波物探仪测试锚杆孔内水泥体的密实性；
步骤九，监控量测：
监测的内容包括隧道拱顶下沉及净空变化观测；隧道仰拱及填充部位沉降观测；隧道拱墙、仰拱以及裂纹发展观测；渗漏水情况调查。
所述步骤四中，每个锚杆孔与纵向裂纹的最短距离均为500mm；同侧相邻两个锚杆孔的距离不大于3000mm。
所述步骤四中，锚杆孔的孔位偏差不大于5cm，孔深偏差不大于5cm，钻孔角度偏差不大于3%。
所述步骤四中，自进式中空注浆锚杆的型号为R25N，每根锚杆的长度为3.5m；
所述垫板采用球形垫板；
垫板及锚杆外露的端头采用锌镍镀层进行防腐处理；
自进式中空注浆锚杆的抗拔力不小于50KN，采用拉拔计对锚杆抗拔力进行抽检，每处纵向裂纹的抽检率不小于5%，且不少于3根。
所述步骤九中的监测位置在裂纹段中纵向每隔10m设置一道，每道监测点布置于拱顶、两侧的拱腰、两侧的拱脚及底板共五处；其中沉降观测采用隧道内埋设观测点位进行观测，选取隧道内稳定基准点，采用全站仪进行现场观测。
所述步骤九中，观测期限为3个月，观测频率为每天1次。
所述步骤九中，每次观测、监测的结构进行记录与保存，定期对每个断面数据进行整理，并绘制每个断面沉降观测数据变化趋势曲线及裂纹发展观测记录表；通过周期观测，对沉降观测数据变化趋势曲线及裂纹发展情况进行定期评估，评价结构安全性，并根据评价结果调整观测频率及处理措施。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明针对非结构性裂纹的产生原因提出一种加固方法，本加固方法可以有效减缓或阻止裂纹的扩大，增强结构稳定性。本发明首先对裂纹的分布进行整体检测，筛选出非结构性的纵向裂纹进行加固，加固采用围岩和锚杆双重加固，围岩加固保证裂纹段的整体受力，裂纹加固补强裂纹承载能力。围岩加固采用自进式中空注浆锚杆，集钻孔、清孔和注浆为一体，保证对裂纹处进行最少的扰动，裂纹锚杆孔的孔口处的混凝土剔除并进行水泥砂浆抹平，保证锚杆垫板受力均匀，同时在裂纹处锚杆采用骑缝交替分布，阻隔裂纹的发展方向，有效预防和加固裂纹，增强结构的受力，有效保证衬砌结构的混凝土不再脱落。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1本发明的隧道某处连续纵向裂纹段横断面示意图。
图2裂纹处自进式中空注浆锚杆的布置示意图。
图3自进式中空注浆锚杆的端头处理图。
图4裂纹处的剖面示意图。
图5本发明洞内监控量测的其中一道监测点的布置示意图。
附图标记：1－纵向裂纹、2－初期支护、3－二次衬砌、4－围岩、5－锚杆、6－锚固剂、7－垫板、8－螺母、9－锚杆孔、10－拱顶、11－拱腰、12－拱脚及底板。
具体实施方式
实施例参见图1-5所示，一种衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，施工步骤如下：
步骤一，确定二次衬砌裂纹段的位置参数：
对衬砌范围内裂纹段进行检查，确认裂纹段的范围、宽度和深度，绘制裂纹段的平面展示图，建立台账。
步骤二，检测支护施工质量：
对衬砌范围内裂纹段的初期支护质量进行检测，检测内容包括初期支护钢架的施工质量，检测方式采用地质雷达检测；
对衬砌范围内裂纹段的二次衬砌质量进行检测，检测内容包括二次衬砌拱部及边墙背后的不密实程度、是否存在空洞，仰拱底部是否存在虚砟，检测方式采用地质雷达检测，必要时通过取芯、破检等方法进行验证；检测内容还包括二次衬砌的强度和厚度，检测方式采用回弹无损检测；
对衬砌范围内裂纹段的不良地质情况进行检测，检测内容包括隐伏岩溶的不良地质检查，检测方式采用地质雷达，异常地段采用钻孔取芯验证。
步骤三，资料数据分析：根据步骤二中得到的检测数据采用排除法确定裂纹是否为结构性、是否贯通、有无错台；观测裂纹是否继续发展；对其中的非结构、非贯通、无错台、未继续发展的纵向裂纹进行加固准备。
以下以纵向裂纹1位于边墙上为例进行说明，该纵向裂纹沿隧道行进方向，纵向裂纹的开裂深度位于整个初期支护2和二次衬砌3上。
步骤四，测量并造孔：
锚杆孔的造孔深度自二次衬砌3的表面直至初期支护2背后的围岩4内，锚杆孔9在纵向裂纹1左右两侧骑缝交错呈梅花型设置，每个锚杆孔9与纵向裂纹的最短距离a均相同，纵向裂纹1同侧相邻的两个锚杆孔9的距离b也均相同；开锚杆孔9的位置采用全站仪进行定位，锚杆5采用自进式中空注浆锚杆，将锚杆5与钻机相连，并在锚杆孔9的预定位置上直接使用锚杆造孔，造孔前先检查杆体中孔是否畅通，若有异物堵塞，及时清理。
步骤五，洗锚杆孔：
将锚杆孔与钻机脱离，然后将起风机连接锚杆，采用高压风吹入锚杆孔直接内对锚杆孔进行一次性吹洗。
步骤六，封口：纵向裂纹和锚杆孔的孔口均采用锚固剂6封闭，锚固剂为环氧树脂。对锚杆孔的孔口范围内的二次衬砌3的表层混凝土凿除，凿除的部分采用水泥砂浆抹平；同时在抹平后的混凝土表面安装锚杆的垫板7和螺母8，垫板与混凝土的表面紧密接触，然后将锚杆连接注浆机。
步骤七，注浆：
围岩加固：围岩加固为裂纹段的整体加固，向非裂纹段纵向延伸的宽度不小于1.5m；配制水灰比为0.6：1～1：1的水泥单液浆充填锚杆孔，采用锚杆注浆机通过锚杆上的出浆孔对围岩进行加固注浆，注浆达设计要求后停止注浆；然后在水泥单液浆初凝之前，打开锚杆上的排气孔，排出锚杆内多余的水泥浆液。
锚杆封闭：换浆采用水灰比为0.45：1～0.3：1的水泥单液浆充填封闭锚杆，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5R，当浆液从排气孔流出时，完成注浆。
步骤八，质量检验：锚杆注浆完成7天后，采用声波物探仪测试锚杆孔和锚杆孔内水泥体的密实性，密实性比例应大于85%。
步骤九，监控量测：
监测的内容包括隧道拱顶下沉及净空变化观测；隧道仰拱及填充部位沉降观测；无砟轨道沉降监测；隧道拱墙、仰拱以及裂纹发展观测；渗漏水情况调查。
监测位置在裂纹段中纵向每隔10m设置一道，每道监测点布置于拱顶10、两侧的拱腰11、两侧的拱脚及底板12共五处；其中沉降观测采用隧道内埋设观测点位进行观测，选取隧道内稳定基准点，采用全站仪进行现场观测，其中拱顶为避免预埋件影响行车安全，采用膨胀螺栓贴反光标识。观测期限为3个月，观测频率为每天1次。所述步骤九中，每次观测、监测的结果进行记录与保存，定期对每个断面数据进行整理，并绘制每个断面沉降观测数据变化趋势曲线及裂纹发展观测记录表；通过周期观测，对沉降观测数据变化趋势曲线及裂纹发展情况进行定期评估，评价结构安全性，并根据评价结果调整观测频率及处理措施。编制专项施工方案，确定洞身掌子面开挖里程、支护参数、地表管道穿透位置及数量，并绘制详图。
本实施例步骤四中，每个锚杆孔与纵向裂纹的最短距离a均为500mm；每侧锚杆孔相邻两个锚杆孔的距离b均为3000mm。锚杆孔的孔位偏差不大于5cm，孔深偏差不大于5cm，钻孔角度偏差不大于3%。
本实施例中，自进式中空注浆锚杆的型号为R25N，每根锚杆的长度为3.5m；所述垫板采用球形垫板；垫板及锚杆外露的端头采用锌镍镀层进行防腐处理；自进式中空注浆锚杆的抗拔力不小于50KN，采用拉拔计对锚杆抗拔力进行抽检，每处纵向裂纹的抽检率不小于5%，且不少于3根。
Claims (7)
1.一种衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，其特征在于，施工步骤如下：
步骤一，确定二次衬砌裂纹段的位置参数：
对衬砌范围内裂纹段进行检查，确认裂纹段的范围、宽度和深度，绘制裂纹段的平面展示图，建立台账；
步骤二，检测支护施工质量：
对衬砌范围内裂纹段的初期支护质量进行检测，检测内容包括初期支护钢架的施工质量，检测方式采用地质雷达检测；
对衬砌范围内裂纹段的二次衬砌质量进行检测，检测内容包括二次衬砌拱部及边墙背后的不密实程度、是否存在空洞，仰拱底部是否存在虚砟，检测方式采用地质雷达检测；检测内容还包括二次衬砌的强度和厚度，检测方式采用回弹无损检测；
对衬砌范围内裂纹段的不良地质情况进行检测，检测内容包括隐伏岩溶的不良地质检查，检测方式采用地质雷达；
步骤三，资料数据分析：根据步骤二中得到的检测数据采用排除法确定裂纹是否为结构性、是否贯通、有无错台；观测裂纹是否继续发展；对其中的非结构、非贯通、无错台、未继续发展的纵向裂纹（1）进行加固准备；
步骤四，测量并造孔：
锚杆孔（9）的造孔深度自二次衬砌（3）的表面经过初期支护（2）直至初期支护背后的围岩（4）内，锚杆孔（9）在纵向裂纹（1）左右两侧骑缝交错呈梅花型设置，每个锚杆孔（9）与纵向裂纹（1）的最短距离均相同，纵向裂纹（1）同侧相邻的两个锚杆孔（9）的距离也均相同；开锚杆孔的位置采用全站仪进行定位，锚杆（5）采用自进式中空注浆锚杆，将锚杆与钻机相连，并在锚杆孔的预定位置上直接使用锚杆造孔；
步骤五，洗锚杆孔：
将锚杆孔与钻机脱离，然后将起风机连接锚杆，采用高压风吹入锚杆孔内 直接对锚杆孔进行一次性吹洗；
步骤六，封口：纵向裂纹和锚杆孔的孔口采用锚固剂（6）封闭，对锚杆孔的孔口范围内的二次衬砌的表层混凝土凿除，凿除的部分采用水泥砂浆抹平；同时在抹平后的混凝土表面安装锚杆的垫板和螺母，垫板与混凝土的表面紧密接触，然后将锚杆连接注浆机；
步骤七，注浆：
围岩加固：配制水灰比为0.6：1～1：1的水泥单液浆充填锚杆孔，采用锚杆注浆机通过锚杆上的出浆孔对围岩进行加固注浆，注浆达设计要求后停止注浆；然后在水泥单液浆初凝之前，打开锚杆上的排气孔，排出锚杆内多余的水泥浆液；
锚杆封闭：换浆采用水灰比为0.45：1～0.3：1的水泥单液浆充填封闭锚杆，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5R，当浆液从排气孔流出时，完成注浆；
步骤八，质量检验：锚杆注浆完成7天后，采用声波物探仪测试锚杆孔内水泥体的密实性；
步骤九，监控量测：
监测的内容包括隧道拱顶下沉及净空变化观测；隧道仰拱及填充部位沉降观测；隧道拱墙、仰拱以及裂纹发展观测；渗漏水情况调查。
2.根据权利要求1所述的衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，其特征在于：所述步骤四中，每个锚杆孔（9）与纵向裂纹（1）的最短距离均为500mm；同侧相邻两个锚杆孔（9）的距离不大于3000mm。
3.根据权利要求1或2所述的衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，其特征在于：所述步骤四中，锚杆孔（9）的孔位偏差不大于5cm，孔深偏差不大于5cm，钻孔角度偏差不大于3%。
4.根据权利要求1所述的衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，其特征在于：所述步骤四中，自进式中空注浆锚杆的型号为R25N，每根锚杆（5）的长度为3.5m；
所述垫板（7）采用球形垫板；
垫板（7）及锚杆（5）外露的端头采用锌镍镀层进行防腐处理。
5.根据权利要求1所述的衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，其特征在于：所述步骤九中的监测位置在裂纹段中纵向每隔10m设置一道，每道监测点布置于拱顶（10）、两侧的拱腰（11）、两侧的拱脚及底板（12）共五处；其中沉降观测采用隧道内埋设观测点位进行观测，选取隧道内稳定基准点，采用全站仪进行现场观测。
6.根据权利要求1或5所述的衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，其特征在于：所述步骤九中，观测期限为3个月，观测频率为每天1次。
7.根据权利要求6所述的衬砌非结构纵向裂纹的加固方法，其特征在于：所述步骤九中，监测位置在裂纹段中纵向每隔10m设置一道，每道监测点布置于拱顶（10）、两侧的拱腰（11）、两侧的拱脚及底板（12）共五处；观测期限为3个月，观测频率为每天1次；
对每次观测、监测的结果进行记录与保存，定期对每个观测断面的数据进行整理，并绘制每个观测断面沉降观测数据变化趋势曲线及裂纹发展观测记录表；通过周期观测，对沉降观测数据变化趋势曲线及裂纹发展情况进行定期评估，评价结构安全性，并根据评价结果调整观测频率及处理措施。
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