青岛地铁集团有限公司运营分公司山东青岛266000
摘要：近年来，国内城市交通压力日益增大，城市轨道交通行业进入了蓬勃发展的阶段。
地下区间在运营期，如果衬砌结构出现剥落病害，将严重影响行车安全，并且隧道混凝土衬砌结构表层剥落对衬砌结构影响较大，会影响隧道衬砌结构的耐久性，从而无法保证衬砌结构的使用寿命。本文结合某地铁对隧道结构表层剥落的病害整治经验，对隧道混凝土结构的表层剥落进行研究，为以后地铁隧道的混凝土衬砌的结构表层剥落的整治提供一定的参考经验。
关键词：地铁；隧道衬砌；表层剥落；整治措施。
一、工程概况
某地铁区间隧道为单洞单线隧道，区间结构穿越地层为各种岩体，结构基底对应的持力层以微风化花岗岩为主，穿插有微风化煌斑岩、花岗斑岩。
线路运营期间在结构巡检过程中，发现上行K17+800处结构衬砌存在表层剥落的缺陷。经多次查看，此病害原因为，施工期该部位出现渗漏水。在处理渗漏水时，由于聚氨酯发泡剂使用不当，导致混凝土结构保护层等出现破裂现象，并出现脱落（见下图）。
二、施工材料及施工工艺
1．修补方案
通过核查图纸，发现该位置属于Ⅱ级围岩，初期支护形式为单层?6.5@250X250钢筋网，50mm厚喷射混凝土，衬砌300mm厚C45钢筋混凝土。由于二衬钢筋保护层以内混凝土标号达到要求，衬砌承载能力基本没有受到影响，因此拟对该处强度较弱的混凝土采用高强材料进行替换处理，确保受力钢筋保护层厚度以达到耐久性要求。
由于该线路已经处于运营期，运营天窗时间较短，因此不适合大面积的作业维修，维修过程必须严格确保不影响第二天的正常运营，并且修补位置位于正拱顶，如修补材料掉落，将正好掉入轨行区。因此，在选择修补材料方面，要求严格，并且进行了相似条件的试验段。
通过相似条件的试验，证实EC2000高强聚合物砂浆在施工完成后半小时内，与原有混凝土界面的粘结力在敲击振动的模拟下，未发生脱落现象，并且EC2000修补砂浆的强度能达到C50以上。因此确定修补材料采用EC2000高强聚合物砂浆。为了进一步保证修补砂浆的上强速度，在修补是采用热水搅拌砂浆。
为了保证修补后砂浆层的耐久性，经讨论确定在修补层外侧增加一层碳纤维防护层，碳纤维条采用10cm宽，间距为20cm（见下图）。
碳纤维条加固示意图
2．修补材料要求
（1）修补砂浆采用EC2000高强聚合物砂浆，硬化后强度不得低于原混凝土设计强度。
（2）碳纤维布加固采用200g/㎡单层碳纤维，碳纤维为聚丙烯晴基12k或12k以下的小丝束纤维。
（3）碳纤维布配套树脂粘结剂:采用专用粘碳纤维胶,改性环氧树脂粘结剂。
3．修补流程图
三、施工工艺要求
1、高强聚合物砂浆施工工艺
修补前需对修补位置进行凿毛处理，其修补处理范围应比实际破损范围向外扩大200mm，切割或剔凿出混凝土修补区域的垂直边缘，凿毛深度应凿至新线混凝土面，且要避免修补区域边缘薄片化。
凿毛完成后，将修补区域内混凝土基层表面浮尘、油污清理干净，剔除疏松部分，并清理修补区域内裸露钢筋表面的锈质。可用气泵或水将处理过的修补区域内混凝土基层表面清扫干净，进行下道工序时不得有明水存留。
按推荐加水量10-20%（重量比）的配合比搅拌EC2000高强聚合物砂浆。采用机械搅拌时，搅拌2-3分钟即可，人工搅拌时应在5分钟以上，以保证搅拌均匀。在潮湿的混凝土基层表面先均匀涂一遍聚合物砂浆底涂料（粉料：水按重量比3∶1），边涂刷边抹高强聚合物砂浆。高强聚合物砂浆一次施工面积不宜过大，应分条分块错开施工，每块面积不宜大于10m2，错开施工的间隔不应小于24小时。分层施工时，留缝位置应互相错开。高强聚合物砂浆施工完毕后应立即喷水压抹并一次抹平，不宜反复抹压。立面或顶面的面层厚度大于10mm时应分层施工。每层抹面厚度宜为5-10mm，待前一层指触干时方可进行下层施工。
拌好的高强聚合物砂浆掺有多种高分子聚合物改性外渗料及胶粉，使拌合好的高强聚合物砂浆较粘稠，抹灰时应注意刀面光洁。对于表面需压光处理的，最外层抹灰应拌合略稀，并掌握好时间，以利于压光处理。严禁在EC2000高强聚合物砂浆中掺入其他外加剂或外掺料。
2、碳纤维布施工工艺
根据修补范围实际位置确定碳纤维条铺贴的范围，碳纤维条铺贴范围每边超过聚合物砂浆修补范围100mm以上。碳纤维条铺贴前，应做好基面的处理工作，将混凝土表面打磨平整，保证平整度在5mm/m2，若修补位置有凸角,须将其磨成半径2cm以上的圆弧,以免造成应力集中而降低补强效果,若修补位置有凹角时,必须使用环氧树脂砂浆修整,使其凹面成曲线平滑状;并确保混凝土表面干燥。
处理完表面后，涂底层树脂。用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，底层树脂厚度不超过0.4mm。按设计要求裁剪碳纤维布,碳纤维布应保持干净,且不能随意弯折。当底层树脂表面指触干燥后，立即进行碳纤维布铺贴施工。底层树脂指触干燥后,用滚筒毛刷将粘结胶及粘结树脂分别均匀地涂在碳纤维布及索要粘贴的衬砌部位上，之后粘贴碳纤维布，并用光滑棍子沿纤维方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布表面，以去除碳纤维与底层之间的气泡。滚压时不得损伤碳纤维布，胶层应呈突起状。多层粘贴时，重复上述步骤，应在纤维表面浸渍树脂触干燥后立即进行下一层的粘贴。在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂并粘砂。
裁剪碳纤维布时长度不宜过长,设计无要求时每条碳纤维布长度不超过3m,以便于粘贴作业。搭接长度不得小于150mm,施工中按20cm搭接施工,并注意统一。
树脂的配制和使用场所应保持良好通风。现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。粘贴碳纤维片材时应避免接触酸、碱性材料，附近应没有电弧焊等强紫外线光源。
四、修补效果检测
在高强聚合物砂浆施工前，应在相似条件下进行试验段，主要检测与原结构的粘结强度和修补材料的强度；碳纤维布施工结束后,现场验收应以评定碳纤维布和混凝土之间的粘贴质量为主,用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面,以回音判断粘结效果,如出现空鼓等现象,应采用针管注胶的方法进行修补,粘结面积如少于90%,则判定粘结无效,必须重新施工。
五、结论
本次衬砌的修补效果比较良好，采取的措施比较可靠，施工工艺能够满足运营期的时间需求。目前，碳纤维技术在工民建和桥梁加固中应用比较广泛，而在隧道中应用较少。近些年来，城市轨道交通发展迅速，地铁隧道衬砌结构的病害将会不断出现，因此，对于隧道衬砌缺陷的整治，应加大新工艺、新材料的研究应用，确保城市轨道交通的顺利运营。
参考文献
[1]《高速铁路隧道衬砌裂缝病害及其整治措施研究》—陈东柱.
[2]《公路隧道衬砌补强新技术研究》—刘伟.
[3]《碳纤维布在公路隧道衬砌裂缝治理中的应用》—赖金星.
[4]《碳纤维布在隧道裂缝整治中的应用》—彭伟.