CN111140263B - 隧道混凝土衬砌裂缝宽度计算方法及裂缝处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道混凝土衬砌裂缝宽度计算方法及裂缝处理方法，其包括如下步骤：S1、计算出隧道混凝土衬砌裂缝宽度；S2、当隧道混凝土衬砌裂缝宽度≤预设值时，在所述隧道混凝土衬砌裂缝表面涂覆防水涂料，以形成防水涂层；当裂缝宽度＞预设值时，对隧道混凝土衬砌裂缝进行裂缝钻孔压浆封堵处理。本发明综合考虑多种因素，可提高混凝土衬砌裂缝宽度计算的准确度，以为后续的裂缝治理提供可靠依据，同时防渗漏水效果好。

Description

隧道混凝土衬砌裂缝宽度计算方法及裂缝处理方法
技术领域
本发明涉及地下工程领域，具体为一种隧道混凝土衬砌裂缝宽度计算方法及裂缝处理方法。
背景技术
钢筋混凝土结构裂缝就其开展程度分为表面裂缝、贯穿性裂缝、破坏性裂缝；就其在结构表面形状分为网状裂缝、爆裂状裂缝、不规则短裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝等；按其发展情况分为稳定裂缝和不稳定裂缝、能闭合裂缝和不能闭合的裂缝；按其尺寸大小分为微观裂缝和宏观裂缝两类，如微观裂缝是混凝土内部固有的一种裂缝，它是不连贯的，一般存在于混凝土结构内部，尺寸较小裂缝宽度通常情况下不超过0.5mm，宏观裂缝是指尺寸较大的裂缝，裂缝宽度通常情况下大于0.5mm，可存在于混凝土内部，也可存在于混凝土表面；按时间可分为施工期间形成的裂缝和使用期间产生的裂缝；按其影响因素可分为材料因素裂缝、施工因素裂缝、使用因素裂缝、温度因素裂缝，不均匀变形因素裂缝、钢筋锈蚀裂缝等几大类。
而裂缝宽度与治理方法、治理效果息息相关，如当裂缝宽度较窄时，仅采用防水涂料形成防水涂层即可，裂缝宽度较宽时，则需要结合注浆等方式来进行治理，因此如何准确计算裂缝宽度事关重要。
目前尚无一种方法能较为准确的计算出混凝土衬砌结构裂缝宽度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种隧道混凝土衬砌裂缝宽度计算方法及裂缝处理方法，其综合考虑多种因素，可提高混凝土衬砌裂缝宽度计算的准确度，以为后续的裂缝治理提供可靠依据，同时防渗漏水效果好。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
提供了一种隧道混凝土衬砌裂缝宽度计算方法，其包括如下步骤：
获取隧道混凝土衬砌相关参数；
根据公式（1）-（7）计算混凝土衬砌裂缝宽度：
Figure 391918DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
Figure 715583DEST_PATH_IMAGE002
（2）；
Figure 760900DEST_PATH_IMAGE003
（3）；
Figure 687268DEST_PATH_IMAGE004
（4）；
Figure 891853DEST_PATH_IMAGE005
（5）；
Figure 245474DEST_PATH_IMAGE006
（6）；
Figure 778086DEST_PATH_IMAGE007
（7）；
其中，W为混凝土衬砌裂缝宽度；L为衬砌长度；εs,h为混凝土收缩最终微应变；εs,T 为混凝土收缩温度微应变；εs,t为混凝土收缩微应变；Rs为配筋约束度；Rb为混凝土所受的 约束度；
Figure 383511DEST_PATH_IMAGE008
为徐变系数；
Figure 317969DEST_PATH_IMAGE009
为混凝土衬砌表面和内部的温度差；εs,u为混凝土极限收缩微 应变；β M为湿养影响系数，β H为环境湿度影响系数，为构件尺寸影响系数，
Figure 987034DEST_PATH_IMAGE012
为塌落度影 响系数，
Figure 255204DEST_PATH_IMAGE013
为细骨料影响系数，β C为水泥量影响系数，β A为含气率影响系数；ρ为纵向分布筋 的配筋率；εt为实际约束拉伸应变；εf为完全约束拉伸应变；t为混凝土经湿养或蒸养之后的 气干持续时间。
优选的，Rb=0~1。
还提供一种隧道混凝土衬砌裂缝处理方法，其包括如下步骤：
S1、采用上述计算方法计算出隧道混凝土衬砌裂缝宽度；
S2、当隧道混凝土衬砌裂缝宽度≤预设值时，在所述隧道混凝土衬砌裂缝表面涂覆防水涂料，以形成防水涂层；当裂缝宽度＞预设值时，对隧道混凝土衬砌裂缝进行裂缝钻孔压浆封堵处理。
优选的，所述步骤S2中，对隧道混凝土衬砌裂缝进行裂缝钻孔压浆封堵处理包括如
下步骤：
S21、表面清理：清理衬砌混凝土表面，对混凝土表面打磨平整；
S22、钻设注浆孔：沿隧道混凝土衬砌裂缝延伸路径钻孔，以形成若干第一注浆孔；
S23、埋设注浆管：在完成清理和/或清洗的注浆孔内埋设注浆管；
S24、注浆孔封孔：采用封孔材料紧密填塞注浆管与注浆孔间的间隙，压实并抹平，以对注浆孔完成封孔处理；
S25、注浆：进行压水试验，且完成压水试验后，通过所述注浆管完成注浆；
以及S26、表面处理：结束注浆后，待注浆材料终凝，割除外露部分，再将注浆孔孔口抹平抹光及施做防水涂层。
优选的，步骤S22中，还在以裂缝起点为圆心形成的、半径0.5-1m的圆上钻孔，以形成第二注浆孔，和/或，在以裂缝终点为圆心形成的、半径0.5-1m的圆上钻孔，以形成第三注浆孔。
优选的，所述第一注浆孔、第二注浆孔、第三注浆孔中的一项或几项的直径为10-15mm，孔深为衬砌厚度的1/3-3/4。
优选的，所述注浆管紧抵隧道混凝土衬砌裂缝，以及所述注浆管外露8~10cm。
优选的，步骤S25中，注浆压力为 0.3-0.4MPa。
优选的，步骤S25中，若隧道混凝土衬砌裂缝为水平裂缝，则由裂缝一端向另一端注浆，若隧道混凝土衬砌裂缝为竖向裂缝，则由裂缝下端向上注浆。
优选的，步骤S26中，所述防水涂层为水泥基渗透结晶型防水涂层。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明中结合隧道混凝土衬砌的施工特点，将隧道衬砌环向非受力裂缝的关键影 响因素，如纵向分布筋的配筋率ρ、温度差
Figure 919535DEST_PATH_IMAGE014
、混凝土所受的约束度Rb、配筋约束度Rs等，由 此使得通过上述公式获得的混凝土衬砌裂缝宽度W更为精确，以此能为后续的裂缝治理提 供可靠依据。同时，所述隧道混凝土衬砌裂缝渗漏水处理方法主要通过注浆封堵的方式来 进行渗漏水处理，通用性强、施工简单，且防渗漏水处理效果好。
附图说明
图1为本发明中隧道混凝土衬砌裂缝治理时注浆孔的布置示意图；
图2为本发明中隧道混凝土衬砌裂缝治理时注浆孔、注浆管的纵剖图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例提供了一种隧道混凝土衬砌裂缝宽度计算方法，其包括如下步骤：
获取隧道混凝土衬砌相关参数；
根据公式（1）-（7）计算混凝土衬砌裂缝宽度：
Figure 614958DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
Figure 387742DEST_PATH_IMAGE002
（2）；
Figure 58938DEST_PATH_IMAGE003
（3）；
Figure 233567DEST_PATH_IMAGE004
（4）；
Figure 834313DEST_PATH_IMAGE005
（5）；
Figure 969759DEST_PATH_IMAGE006
（6）；
Figure 314153DEST_PATH_IMAGE007
（7）；
其中，W为混凝土衬砌裂缝宽度；L为衬砌长度；εs,h为混凝土收缩最终微应变；εs,T 为混凝土收缩温度微应变；εs,t为混凝土收缩微应变；Rs为配筋约束度；Rb为混凝土所受的 约束度（优选的，Rb=0~1）；
Figure 467923DEST_PATH_IMAGE015
为徐变系数；
Figure 505149DEST_PATH_IMAGE016
为混凝土衬砌表面和内部的温度差；εs,u为混 凝土极限收缩微应变；β M为湿养影响系数，β H为环境湿度影响系数，
Figure 721366DEST_PATH_IMAGE017
为构件尺寸影响系 数，
Figure 10396DEST_PATH_IMAGE012
为塌落度影响系数，
Figure 628460DEST_PATH_IMAGE013
为细骨料影响系数，β C为水泥量影响系数，β A为含气率影响系 数；ρ为纵向分布筋的配筋率；εt为实际约束拉伸应变；εf为完全约束拉伸应变；t为混凝土经 湿养或蒸养之后的气干持续时间。
其中，混凝土收缩微应变εs,t是根据美国Amercian Concrete Institute（ACI209） 规范所确定。在此基础上，本实施例结合隧道混凝土衬砌的施工特点，将隧道衬砌环向非受 力裂缝的关键影响因素，如纵向分布筋的配筋率ρ、温度差
Figure 102166DEST_PATH_IMAGE018
、混凝土所受的约束度Rb、配 筋约束度Rs等，由此使得通过上述公式获得的混凝土衬砌裂缝宽度W更为精确，以此能为后 续的裂缝治理提供可靠依据。
实施例2：
本实施例中的隧道混凝土衬砌裂缝处理方法包括如下步骤：
S1、采用实施例1中的隧道混凝土衬砌裂缝宽度计算方法计算出隧道混凝土衬砌裂缝宽度；
S2、当隧道混凝土衬砌裂缝宽度≤预设值时，在所述隧道混凝土衬砌裂缝表面涂覆防水涂料，以形成防水涂层，本实施例中，所述防水涂料为水泥基渗透结晶型防水涂料；
当裂缝宽度＞预设值时，对隧道混凝土衬砌裂缝进行裂缝钻孔压浆封堵处理；本实施例中，所述预设值为0.1-0.3mm（优选为0.2mm）。
实施例3：
本实施例与实施例2的不同之处仅在于，所述步骤S2中，对隧道混凝土衬砌裂缝进行裂缝钻孔压浆封堵处理包括如下步骤：
S21、表面清理：用钢丝刷清理衬砌混凝土表面，再用空压机把表面吹干净，对混凝土表面打磨平整，除去表层浮浆，直至完全露出混凝土结构新面；
S22、钻设注浆孔：如图1所示，沿隧道混凝土衬砌裂缝S1延伸路径钻孔，以形成若干第一注浆孔1；进一步的，保证防渗漏水效果，还可在以隧道混凝土衬砌裂缝S1起点S11为圆心形成的、半径0.5-1m的圆上钻孔，以形成第二注浆孔1’，和/或，在以隧道混凝土衬砌裂缝S1终点S12为圆心形成的、半径0.5-1m的圆上钻孔，以形成第三注浆孔1’’；
S23、埋设注浆管:如图2所示，对所述第一注浆孔1、第二注浆孔1’、第三注浆孔1’’中的一项或几项内部进行清理和/或清洗，包括清除孔内泥沙及松动的混凝土块残屑、用空压机将孔底吹扫干净、清洗孔壁及孔底等；
然后在完成清理和/或清洗的注浆孔（即所述第一注浆孔1、第二注浆孔1’、第三注浆孔1’’中的一项或几项）内埋设直径8-12mm（优选为10mm）的注浆管2（优选为塑料注浆管），且所述注浆管2紧抵隧道混凝土衬砌裂缝S1，以及所述注浆管2外露8~10cm；
S24、注浆孔封孔：采用封孔材料3紧密填塞注浆管2与注浆孔（即所述第一注浆孔1、第二注浆孔1’、第三注浆孔1’’中的一项或几项）间的间隙，压实并抹平，以对注浆孔完成封孔处理；待所述封孔材料3固结后，应保证渗漏水只能从注浆管2内流出，其他部位不得有渗水现象，否则应重新埋设注浆管和/或进行封孔处理，待达到质量要求后，方可进行下步作业；
优选的，所述封孔材料3应随拌随填，且每次拌和不宜超过1kg干料，对于某一注浆孔的封孔处理应不间断一次完成，本实施例中，所述封孔材料包括环氧砂浆；
S25、注浆：进行压水试验，以检查封缝质量及固管强度，其中，压水采用带明显特征的颜色水，压力维持在0.4MPa 左右，详细记录注浆管2出水时间及水量，作为注浆量控制依据；
完成压水试验后，通过所述注浆管2进行注浆，且当吸浆量≤0.01L/min时，继续压浆3-5min后结束注浆，注浆压力为 0.3-0.4MPa；同时，若隧道混凝土衬砌裂缝S1为水平裂缝，则由裂缝一端向另一端注浆，若隧道混凝土衬砌裂缝S1为竖向裂缝，则由裂缝下端向上注浆；
注浆过程中应随时观察压力变化，当压力突然增高应立刻停止注浆，压力急剧下降时，应暂停该孔注浆，调整浆液的凝结时间及浆液浓度后继续注浆。结束注浆时，立刻打开泄浆阀门，排放管路及混合器内残浆，拆卸管路并进行清洗；
本步骤中，注浆用的注浆材料由TGRM水泥基特种灌浆料、水泥基渗透结晶型阻水涂料以及水按重量比1:1:1拌合均匀制成；
其中，TGRM水泥基特种灌浆料是一种无毒环保并具有高耐久性的无机水硬性灌浆材料，它由优质专用水泥、特种混合材料、高效复合外加剂及聚合物材料配制而成，较之普通灌浆材料，TGRM水泥基特种灌浆料性能指标见表1。
表1 TGRM水泥基灌浆料性能指标
Figure 930314DEST_PATH_IMAGE019
注浆材料性能指标见表2。
表2 注浆材料性能指标
Figure 882089DEST_PATH_IMAGE020
由此可见，本实施例中的注浆材料具有以下优点：
1）能显著减少灌浆材料的离析和泌水，有效提高灌浆材料流动性；
2）大幅度提高混凝土的密实度和抗渗性能，从而大大降低了氯离子的渗透速度，有效提高灌浆材料的抗化学腐蚀能力和抗硫酸盐侵蚀能力；
3）材料的低含碱量可有效防止碱骨料反应；
4）遇水抗分散性强，在突水施工中灌浆材料凝聚性高，从而减少灌浆损失；
以及S26、表面处理：结束注浆后，用铁丝将注浆管2外露部分反转绑扎，待注浆材料终凝，割除外露部分，再以环氧砂浆材料将注浆孔（即所述第一注浆孔1、第二注浆孔1’、第三注浆孔1’’中的一项或几项）孔口抹平抹光，以及沿裂缝S1涂水泥基渗透结晶型防水涂料，以形成防水涂层。
由此，本实施例中主要通过注浆封堵的方式来进行渗漏水处理，并且可同时适用于隧道内拱墙施工缝、变形缝、仰拱底部及衬砌拱墙裂缝等多种裂缝渗漏水的治理，通用性强、施工简单，且防渗漏水处理效果好。
进一步的，通过增加第二注浆孔1’、第三注浆孔1’’，可扩大除裂缝区域本身之外的治理面积，即，除了封堵裂缝区域本身外，还对其周围区域进行注浆封堵，由此可全面、完整的治理渗漏水区域，增强渗漏水效果。
实施例4：
本实施例与实施例3的不同之处仅在于，所述钻孔包括：采用冲击电钻或风枪钻孔，且所述第一注浆孔1、第二注浆孔1’、第三注浆孔1’’中的一项或几项直径为10-15mm，孔深为衬砌厚度的1/3-3/4，优选为 20-45cm；所述第一注浆孔1间距为30-100cm（优选为50cm）。
综上所述，本发明结合隧道混凝土衬砌的施工特点，将隧道衬砌环向非受力裂缝 的关键影响因素，如纵向分布筋的配筋率ρ、温度差
Figure 620238DEST_PATH_IMAGE021
、混凝土所受的约束度Rb、配筋约束 度Rs等，由此使得通过上述公式获得的混凝土衬砌裂缝宽度W更为精确，以此能为后续的裂 缝治理提供可靠依据。同时，所述隧道混凝土衬砌裂缝渗漏水处理方法主要通过注浆封堵 的方式来进行渗漏水处理，通用性强、施工简单，且防渗漏水处理效果好。
需要说明的是，上述实施例1至3中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。且在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种隧道混凝土衬砌裂缝处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取隧道混凝土衬砌相关参数,采用公式（1）-（7）计算出隧道混凝土衬砌裂缝宽度；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
Figure 195059DEST_PATH_IMAGE002
（2）；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（3）；
Figure 665354DEST_PATH_IMAGE004
（4）；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（5）；
Figure 801938DEST_PATH_IMAGE006
（6）；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（7）；
其中，W为混凝土衬砌裂缝宽度；L为衬砌长度；εs,h为混凝土收缩最终微应变；εs,T为混凝土收缩温度微应变；εs,t为混凝土收缩微应变；Rs为配筋约束度；Rb为混凝土所受的约束度，Rb=0~1；
Figure 674079DEST_PATH_IMAGE008
为徐变系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为混凝土衬砌表面和内部的温度差；εs,u为混凝土极限收缩微应变；β M为湿养影响系数，β H为环境湿度影响系数，
Figure 605126DEST_PATH_IMAGE010
为构件尺寸影响系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为塌落度影响系数，
Figure 300068DEST_PATH_IMAGE012
为细骨料影响系数，β C为水泥量影响系数，β A为含气率影响系数；ρ为纵向分布筋的配筋率；εt为实际约束拉伸应变；εf为完全约束拉伸应变；t为混凝土经湿养或蒸养之后的气干持续时间；
S2、当隧道混凝土衬砌裂缝宽度≤预设值时，在所述隧道混凝土衬砌裂缝表面涂覆防水涂料，以形成防水涂层；当裂缝宽度＞预设值时，对隧道混凝土衬砌裂缝进行裂缝钻孔压浆封堵处理，且其中，对隧道混凝土衬砌裂缝进行裂缝钻孔压浆封堵处理包括如下步骤：
S21、表面清理：清理衬砌混凝土表面，对混凝土表面打磨平整；
S22、钻设注浆孔：沿隧道混凝土衬砌裂缝延伸路径钻孔，以形成若干第一注浆孔；以及以裂缝起点为圆心形成的、半径0.5-1m的圆上钻孔，以形成第二注浆孔，和/或，在以裂缝终点为圆心形成的、半径0.5-1m的圆上钻孔，以形成第三注浆孔；所述第一注浆孔、第二注浆孔、第三注浆孔中的一项或几项的直径为10-15mm，孔深为衬砌厚度的1/3-3/4；
S23、埋设注浆管：在完成清理和/或清洗的注浆孔内埋设注浆管；
S24、注浆孔封孔：采用封孔材料紧密填塞注浆管与注浆孔间的间隙，压实并抹平，以对注浆孔完成封孔处理；
S25、注浆：进行压水试验，且完成压水试验后，通过所述注浆管完成注浆，注浆压力为0.3-0.4MPa；且若隧道混凝土衬砌裂缝为水平裂缝，则由裂缝一端向另一端注浆，若隧道混凝土衬砌裂缝为竖向裂缝，则由裂缝下端向上注浆；
以及S26、表面处理：结束注浆后，待注浆材料终凝，割除外露部分，再将注浆孔孔口抹平抹光及施做防水涂层。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述注浆管紧抵隧道混凝土衬砌裂缝，以及所述注浆管外露8~10cm。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤S26中，所述防水涂层为水泥基渗透结晶型防水涂层。
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