Особенности ремонта туннельных и трубчатых сооружений

 

Основными причинами повреждения туннельных сооружений являются низкое качество проектов и недостаточный уровень производства подземных работ. Первая причина вызывает: рас­крытие швов в обделках (на 10...50 мм) из-за неправильно выбранных расчетных схем; появление крупных трещин в обдел­ках туннелей длиной до 40 м из-за недоучета неравномерности горного давления, прогноз которого на стадии проектирования затруднителен; недопустимое истирание обделок наносами (до

30...70 см) из-за некачественного прогноза износа и низкой проч­ности бетона. Вторая приводит к следующему: повреждению бетонной обделки (каверны, вымоины, ямы, свищи, раковины и т. п. глубиной до 60 см и более и длиной несколько метров); неустранению источников фильтрации из туннеля на период его эксплуатации (из-за неликвидированных цементационных сква­жин, незаделанных вертикальных швов между блоками бетони­рования вдоль туннеля, необработанных поверхностей рабочих швов и т. д.); дефектам, вызванным нарушением технологиче­ских процессов (незаделанные пустоты за обделкой, значитель­ный разрыв во времени проведения заполнительной цементации после выполнения бетонных работ, а также усадочные явления как в бетоне обделки, так и в цементно-тампонажном растворе, преждевременный пуск в эксплуатацию до набора необходимой прочности бетона, нарушение технологии сварочных работ и др.

Трещины, появившиеся в бетонной обделке, ремонтируют с применением безусадочного или расширяющегося инъекционного состава. При этом выполняют следующие основные операции: подготовку трещины, нанесение защитного слоя и инъецирова­ние. Первая заключается в разделке трещины на 10... 15 см по ширине и 5...10 см по глубине, продувке, просушивании и про­мывке ацетоном ^ли другим заменяющим его раствором. Затем в нее на глубину 2...3 см вставляют штуцера диаметром 2...3 см и длиной 5... 10 см. При второй операции огрунтовывают эпок­сидным клеем трещину и прилегающие к ней участки, наносят защитный слой из полимерраствора на свежеогрунтованную (не­сколько липкую) поверхность трещины и прилегаемых участков полосой, имеющей ширину 0,2...0,5 м. Перед третьей операцией трещины продувают через штуцера под давлением 0,5... 1 МПа, что позволяет очистить их от механических загрязнений, и про­мывают ацетоном. Инъецирование проводят с помощью механи­зированных приспособлений или вручную с помощью шприца. Вначале инъецируют нижнюю зону, затем постепенно поднима­ются наверх. По окончании работ штуцера вынимают из трещин, а оставшиеся углубления заделывают эпоксидным клеем или полимерным раствором. При низких температурах для ускоре­ния процесса полимеризации ремонтируемые участки подогре­вают.

Для замоноличивания водопроницаемых швов, трещин и дру­гих неплотностей применяют также пластобетон, стеклопласто- бетон или армопластобетон на основе синтетических смол, кото­рые достаточно прочны, долговечны, деформативны при растя­жении и сдвиге, адгезионны и водонепроницаемы. В процессе ре­монта осадочные швы и трещины в железобетонной обделке разделывают по периметру туннеля под углом 15...30° до обна­жения ближайших стержней арматуры. В целях сокращения возможных подвижек смежных секций туннеля арматуру соеди­няют короткими стержнями на сварке. На обработанную по­верхность наносят сначала эпоксидный грунтовочный слой тол­щиной 1... 1,5 мм, затем переходный слой толщиной 10 мм из эла­стичного пластобетона. Окончательную заделку выполняют основным составом армопластобетона и обрабатывают грунто­вочным составом.

Для противофильтрационной защиты обделок без ограниче­ния по напору, то есть при работе гидроизоляции на «прижим», и при напорах до 40 м в условиях работы на «отрыв», а также при значительном механическом, гидродинамическом или абра­зивном воздействии применяют штукатурную гидроизоляцию коллоидным цементным раствором (смесь портландцемента, кварцевого порошка, известкового порошка, золы ТЭЦ, строи­тельного песка, природного материала — маршита и воды). Пе­ред нанесением штукатурки поверхность бетона тщательно очи­щают металлическими щетками, пескоструйным агрегатом, про­мывают и продувают для снятия излишней воды. При нанесении штукатурки, работающей на «отрыв», на поверхности бетона необходима насечка. Слабый бетон и неровности срубают.

Обделки, имеющие трещины, сколы, каверны, вымоины, ра- ковины и т. д., с сильной фильтрацией ремонтируют одним из. следующих способов:

облицовывают металлом толщиной 8... 12 мм (по расчету), при этом затрубное пространство заполняют с помощью раство- ронасоса; при большом объеме предлагается прокладывать в туннеле рельсы и по ним подавать секции металлической обли­цовки к месту установки;

восстанавливают активированным торкретом толщиной 3…4см по арматурной сетке, изготовленной из проволоки диа­метром 2,5...5 мм с шагом 10X10 см;

при значительных повреждениях применяют железоторкрет толщиной 5...6 см по сетке из арматуры диаметром 10 мм с шагом 10X10 см. Качество торкрета проверяют по истечении 15…20 сут. путем простукивания молотком.

Выявленные пустоты за обделкой срочно устраняют, так как после этого значительно улучшаются статические условия ее работы и уменьшается фильтрация воды из туннеля. Для нагне­тания за обделку используют более дешевый раствор. Таким раствором может быть цементно-зольный, имеющий в своем со­ставе очень мелкие золы — производственные отходы тепловых электростанций и позволяющий сэкономить 30...50% цемента (зола, как и цемент, выполняет роль вяжущего). Применяют также глиноцементные растворы, близкие по параметрам к песчано-цементным. В ряде случаев глины проще добывать и затра­ты на их транспортирование ниже. Для повышения прочности глиноцементных растворов иногда используют также раствор сернистого натра в количестве 2% по массе. За обделку тунне­лей нагнетают также глинопесчано-цементные растворы. Одна­ко в ряде случаев добавление глинистых частиц в растворы дол­жно обосновываться лабораторными исследованиями.

В необлицованных туннелях основным их повреждением яв­ляется образование вывалов пород. Так, в напорном туннеле Кемано-Китимат (Канада) сечением 7,5x7,5 м, работающем под давлением 0,23...0,41 МПа, произошел вывал скалы и образова­лась каверна длиной вдоль туннеля 20...21 м и шириной от 7 (на уровне пола) до 25...39 м (на высоте 50 м) и объемом 3,9 тыс. м³. Осыпь (обрушившаяся порода) засыпала туннель и нижнюю часть каверны, высота которой составляет 63 м.

Ремонт выполняли следующим образом. Осыпь внутри кавер­ны спланировали скрепером с подсыпкой гравия. На это основа­ние с помощью бетононасоса уложили 800 м³ мягкопластичного бетона, который образовал в каверне выше туннеля защитный свод толщиной 2...3 м. Под прикрытием этого свода из туннеля убрали осыпь. Смонтировали жесткий арматурный каркас и устроили обделку. Новое сечение туннеля (5,7X7,25 м) оказа­лось меньше прежнего. Выполненная обделка совместно со сво­дом была рассчитана на динамическую нагрузку, вызываемую падением скальных блоков массой 20 т с высоты 30 м.

При сравнительно незначительных вывалах устраивают ло­кальную железобетонную, бетонную или металлическую обли­цовку.

Ремонт напорного туннеля Тазан (Швеция) после вывала объемом 3000 м³ слоистых нарушенных гнейсов выполняли пу­тем горизонтальной забивки шпунта Ларсена, на котором по мере проходки монтировали крепежные стальные рамы. Стены крепили железнодорожными рельсами, пространство между ко­торыми бетонировали с применением арматуры. Поперечное сечение отремонтированного участка в наиболее узком месте уменьшилось почти вдвое и составило 8,2 м².

Капитальный ремонт некрупных водопропускных труб (водо- ъыпусков), трубчатых перепадов, переездов, сопрягающих соору­жений и т. д.) включает восстановление отдельных дефектов участков труб либо их перекладку заново. Зачастую это — раз­рушенные оголовки с перекошенными или просевшими секция­ми, расстроенные швы и места, где вымыт грунт из затрубного пространства, большое количество трещин. Необходимость про­ведения капитального ремонта и объем его работ определяют в каждом конкретном случае на основе подробного обследования сооружений с учетом срока службы и перспектив использования сооружения. Трубы омоноличивают так же, как и туннели. При небольшой высоте насыпи учитывают ее нагрузку как полный вес столба грунта над трубой и часть давления от движущегося по насыпи транспорта. По условиям бетонирования минималь­ную толщину стенки трубы принимают 15 см. В ряде случаев проводят гильзование труб с использованием круглых гильз (ме­таллические трубы меньшего диаметра) и заполнением меж- трубного пространства бетонной смесью (башенный водовыпуск Сурского гидроузла). Однако при этом необходимо проверять пропускную способность труб. Бетонирование межтрубного про­странства осуществляют при гильзах длиной свыше 3...5 м. При устройстве гильзы из сборных труб важно качественно законо­патить швы между звеньями труб.