东莞市轨道交通有限公司 广东东莞
摘要:本文主要介绍了东莞地铁某区间矿山法隧道二衬出现混凝土外鼓缺陷,对地铁正常运行造成安全隐患,本文介绍了施工处理的方案及相关技术措施,为后续地铁隧道出现的类似安全问题整治提供参考意见。
1 概况
东莞地铁某区间共长8m隧道二衬,左侧边墙约1~1.5m高范围出现混凝土面外鼓,对地铁正常运行造成安全隐患,需要进行凿除并重新浇筑施工处理。
现场组织采用钻孔取芯方法,探明发生外鼓混凝土结构背后密实和围岩情况。钻孔孔位布置在外鼓区内道床板面上约1.5m位置,钻孔深度约90cm。钻取芯样表明:二衬结构混凝土饱满,存在一定厚度的超挖回填混凝土;初支背后围岩为微风化岩层,岩层稳定,并未出现突水、涌泥涌砂,隧道地质符合设计。
2.原因分析
(1)设计地质和开挖情况
该段隧道埋深约为33m,根据施工数据分析,施工过程中,隧道开挖符合施工质量技术要求,未出现任何异常情况。根据隧道开挖施工及钻孔地质取芯结果表明,围岩符合设计,初支结构稳定。
(2)现场凿除混凝土检查,发现二衬钢筋施工不规范,个别环向主筋间连接不满足要求。钻孔取芯表明,混凝土振捣不足存在不密实现象,二衬注浆密封不到位,结构间出现有一定的渗水通道。隧道浇筑完工至今已有约4年5个月之久,结构长期在周边基岩裂隙水不断的渗水压力作用下,发生了胀挤,导致了表层混凝土结构发生外鼓现象,是本次混凝土发生外鼓的主要原因。
3.处理方案
(1)处理范围:
该段隧道左侧病害边墙,凿除深度不少于350mm,竖向凿除高度约为矮边墙上1.5m,纵向凿除长度约为8m,凿除范围比新浇筑混凝土结构大出至少10cm,凿除混凝土方量约4.5m³。
(2)处理方案
施工分3次进行修补。
将病害隧道段(累计长8m)的边墙分为①~⑤号小分块。其中,①、⑤号块每一分块宽度约为1.7m,②、④号块宽度为1.6m,③号块宽度为1.4m。施工时,采取跳块凿除浇筑施工方法,即优先一次同时凿除①、⑤号块松散、外鼓的混凝土并浇筑,后施工剩余的③号块,最后施工②、④号块。按照分块尺寸1.5m×1.7m(高×宽)凿除①、⑤号块后,观察凿开的混凝土结构面是否存在空鼓、不密实的范围,判定是否需要扩大凿除范围。
每一分块应遵循“先撑后凿、先下后上”的凿除施工原则。每块凿除前,周边轮廓应按宽度用切割机先行将混凝土表面做平直切割,保证混凝土施工接缝线美观。
每一块凿除完毕后,应及时架设工字钢作为结构的临时支撑,工字钢规格为I14,然后按照设计图纸重新安装钢筋。钢筋安装完毕,沿隧道衬砌轮廓线重新拼装散模,在适当位置预留混凝土浇筑口。
为了保证新浇筑的结构能满足使用功能,修补优先采用C50,P12的早强细石混凝土,浇筑过程中沿施工缝预留补浆孔道,后期灌注环氧树脂密封。
混凝土分块和总体施工工序如下图:
分块示意:
施工工序:1先行施做环、纵向切割、2凿除①、⑤块,安装型钢支撑、3施做①、⑤块防水、钢筋、模板、4浇筑①、⑤块结构、养护、5凿除②、④块,安装型钢支撑、6施做②、④防水、钢筋、模板、7浇筑②、④块结构、养护、8凿除③块,安装型钢支撑、9施做③防水、钢筋、模板、10浇筑③块结构、养护、11后期注浆
4.现场施工
4.1凿除隧道边墙混凝土
现场在病害隧道边墙上测量放样标出需处理的面积,并用红色漆做醒目标示。
采取跳块凿除浇筑施工方法,即优先一次同时凿除①、⑤号块松散、外鼓的混凝土并浇筑,后施工剩余的③号块,最后施工②、④号块。按照分块尺寸1.5m×1.7m(高×宽)凿除①、⑤号块后,观察凿开的混凝土结构面是否存在空鼓、不密实的范围,判定是否需要扩大凿除范围。
每一分块应遵循“先撑后凿、先下后上”的凿除施工原则。每一小分块大面积凿除施工前,应先凿除I14工字钢临时支撑位置并安装支撑,然后从分割块底脚开始凿除,然后依次往两侧及顶部凿除至标准规格。
凿除时,为了保证顶部混凝土浇筑饱满密实和方便安装型钢支撑,顶部统一预留成水平缝形式。
凿除过程中还注意对钢筋的保护,避免破坏环向主筋、防水板和止水钢板。
其中①、⑤号分块的纵向水平分布筋φ14预留不切断,②、③、④分块切断。为了保证钢筋的恢复,二衬混凝土的凿除范围比不合格区域大出10cm的范围,保证钢筋满足焊接或搭接长度要求。
凿除施工过程中,在①、⑤号分块外各2m、高度1m位置布设泄水孔泄水。
顶部预留成水平缝形式 环向钢筋切断示意图
4.2施工缝防水处理
凿除修补施工中产生的新旧混凝土水平、垂直缝、以及块与块之间垂直缝,每道缝需设置至少2种防水措施相结合。
在处理施工缝时,采用混凝土界面剂+埋设可重复注浆管的组合方式,每道施工缝涂刷界面剂,同时在二衬结构迎水一侧、结构厚度的1/3和2/3的共计3处位置埋设注浆盲管。盲管采用自锁式尼龙扎带与钢筋固定,保证注浆管位置正确、牢靠。
此外,凿开的原结构混凝土面还铺设一层防水板,防水板背后预留临时排水管,在上部施工缝安装2根带阀门的注浆镀锌管。
可重复注浆管及界面剂涂刷处理示意图如下:
图3-4 施工缝防水处理示意图 注浆口结构示意图
4.3 型钢和钢筋加工安装
(1)安装临时工字钢
为了防止凿除的部位出现悬空的不利影响,先将临时支撑位置凿开后大面积施工。凿除后及时安装I14型钢,型钢安装间距为0.5m一榀,每一小块安装2榀。
工字钢与混凝土结构面间应进行找平处理,并采取钢垫板可靠连接、垫平。工字钢安装应该避开环向主筋、止水钢板位置。
为了方便安装,工字钢统一加工长度为1.5m,通过钢板和M20×170mm膨胀螺栓与原混凝土结构连接在一起。此外可在适当位置设置锚钉锚固工字钢,确保工字钢稳固牢靠。
安装示意图如下图3-5、细部加工连接示意如图3-6:
工字钢与上部混凝土结构连接示意图(2) 图3-7 工字钢与钢板连接示意图
(2)钢筋安装
混凝土凿除深度达到要求后,按设计图纸重新安装环向主筋、纵向水平分筋,检查安装后的钢筋保护层是否符合要求,满足要求后安装模板。
1)环向主筋Φ18连接
破除后,背水面一层的外层环向主筋需要进行切割,保留足够的焊接长度。迎水侧钢筋不做切割处理。外层环向主筋采用单面焊接,焊缝要饱满焊接长度不小于10d,第一块钢筋预留搭接长度不小于30d。
2)纵向水平筋Φ14连接
①、⑤新浇混凝土与原结构混凝土的纵向分布筋,由于无法施做机械连接,因此采用绑扎连接,绑扎长度不小于50cm。
①、②、③、④、⑤分块之间的纵向水平筋按照设计图纸,连接采用螺纹套筒连接。连接方式如下图3-8。
4.4 模板安装
采用钢模板+钢管围檀组合对拉进行安装,同时在分块凿开面的四个边角设置模板固定的内拉锚杆。
在修补高度范围内,随灌注速度,分层安装。上一层模板需要在下一层模板的混凝土浇筑完、初凝前,及时安装。浇筑块之间接口采用收口网进行封堵。
新浇筑混凝土结构模板应在混凝土结构达到设计强度的75%后拆除。
4.5混凝土浇筑
(1)外鼓区混凝土材料选择
病害隧道段原设计为350mm厚的C35混凝土,抗渗等级为P12。由于原结构凿除修补需要采用高等级强度混凝土,确定采用强度等级为C50,抗渗P12的早强混凝土。
(2)混凝土浇筑施工
新浇筑混凝土原材料计划使用与施工时同品牌、规格的材料,以保证浇筑混凝土原材质量。
混凝土灌注完毕加强养护工作,新浇混凝土3d强度达到设计值的75%以上。养护用水的质量与拌制混凝土相同,从消防水管引接。
养护通过安装自动喷洒头,定时进行洒水养护。
4.6后期注浆
外鼓区混凝土浇筑完毕,达到设计强度的75%以上,对邻近结构进行以填充空隙为目的注浆回填施工,以确保新浇筑混凝土结构周边渗水通道的封堵密实。
注浆范围:病害隧道段8m范围内的每一道施工缝。
注浆材料:注浆采用环氧树脂,注浆压力为0.1~0.3Mpa。
5 监测
目的:(1)反映施工期间隧道结构位移趋势。
范围:,监测范围为施工范围两端各扩大10m,共计18m。
项目:隧道结构拱顶沉降、隧道结构水平位移、隧道收敛、道床板沉降。
竖向位移约每10米一个测点,水准仪监测;在病害隧道段8m范围内范围拱顶平均布置4个测点;水平位移及隧道收敛监测统一采用全站仪监测。
6整治效果
东莞地铁组织现场验收,通过现场查验,听取工程质量自评报告、监理工程质量评估报告,结论意见:混凝土抗压抗渗均满足设计要求,隧道处于安全稳定状态,缺陷专项整治达到预期整治目的。
7.结束语
通过对东莞地铁某隧道二衬边墙出现的外鼓缺陷处理,保证了隧道结构的安全,为行车安全提供了坚实的基础保障,通过整治,隧道结构稳定,达到了处理的效果和目的。
2020年12月