新型特种材料在既有铁路隧道衬砌修补中的应用

袁善文，李 贺

（1.中铁二局股份有限公司，成都，610031 2.北京眷诚铁道工程技术有限公司，北京，100055）

追溯我国铁路隧道修建历史已有一百年之久，对于一般混凝土结构，隧道平均寿命约为50年，我国隧道已进入高维修管理阶段。我国铁路隧道数量众多，而且存在很多老旧隧道，这些隧道存在不同程度的各种病害，其中隧道拱顶破损、开裂掉块屡见不鲜，甚至出现过拱顶掉块砸中列车的情况，严重危及到列车的安全运行。隧道拱顶掉快现象出现频繁，特别是那些运营时间较长的老线、旧线，隧道拱顶掉块问题更为明显而且尤为集中和突出。老旧隧道数量较大，突然掉块很难预知，如何整治这些隧道成为铁路工程技术人员面临的难题。

本文通过叶赤线石脑铁路隧道加固维修工程，介绍新型特种材料JC-41结构修补剂、JC-12快速堵漏剂在既有铁路隧道衬砌修补加固中的应用。

1 工程概况

叶赤线石脑铁路隧道（K14+403）位于叶赤线石脑站-沙海站间，本隧道始建于1934年，全长636m。隧道内线路为直线及R=400m半径曲线，普通路线，混凝土轨枕，碎石道床。

全隧道衬砌材质为混凝土。断面根据围岩状态采用不同厚度的曲墙式衬砌。据工务段反应隧道内线下均未设置仰拱，且衬砌厚度较薄，限界小，排水系统不完善，隧道内未设竖排水和中心排水沟。隧道内无照明、通风设备。

2 病害现状及分析

据现场调查，该隧道衬砌质量较差，衬砌厚度较薄，隧道衬砌多处已严重腐蚀，边墙衬砌表面多处出现麻面和空洞，拱顶衬砌沉降缝部位出现多处空洞。该隧道存在的主要病害有：

（1）隧道大面积衬砌表面腐蚀、剥落、掉块，如图1所示。

（2）隧道拱顶、边墙衬砌腐蚀、剥落，形成空洞，如图2、图3所示。

（3）隧道拱顶衬砌腐蚀、剥落，混凝土失效，形成透顶，修建隧道时既有支撑原木裸露，如图4所示。

图1 隧道衬砌表面剥落

图2 隧道拱顶衬砌剥落、空洞、掉块

图3 边墙衬砌严重腐蚀、剥落、空洞

图4 隧道拱顶衬砌剥落、吊空、透顶

经过综合分析，我们认为该隧道衬砌病害主要原因为：

（1）隧道修建时间比较久远，长期运营中隧道衬砌老化、腐蚀；

（2）隧道修建时材料紧缺，衬砌质量标准不高。

3 整治原则及方案

现有整治隧道衬砌破损、开裂和掉块的方法，主要是较为传统的挂网喷锚工艺，即采用锚杆挂钢筋网片喷射混凝土的加固方式，该方法由于需要隧道具有足够限界富余量，很多老旧隧道很难实施。鉴于此隧道情况，不能采用挂网喷锚方式，并且由于不能中断行车，更换衬砌的方案也很难实施，所以我们建议对该隧道进行保守整治，尽量在不扰动、破坏隧道原有结构的前提下，对隧道衬砌进行局部的修补和修复，以恢复隧道衬砌结构的完整性，改善衬砌受力，达到加固衬砌效果。

整治方案主要有：

（1）对隧道衬砌表面出现的局部剥落、空洞采用JC-41结构修补剂进行修复；

（2）隧道拱部透顶渗水部位先采用JC-12堵漏剂进行堵漏，透顶围岩预埋Φ25锚杆，既有衬砌后背镶嵌3cm厚钢板，衬砌厚度1/2处增设Φ12钢筋网片，钢板、钢筋网均与锚杆固定。钢板与钢筋网之间以Φ16短钢筋连接。衬砌厚度范围采用JC-41结构修补剂逐层修复至既有衬砌表面。

（3）隧道拱顶透顶部位先在裸露原木表面分层涂刷JC-41结构修补剂至衬砌外表面（围岩侧），达到强度后打入Φ25锚杆和Φ16牵钉，衬砌厚度1/2处挂Φ12钢筋网片，继续使用JC-41结构修补剂修补至衬砌内表面。

（4）其余衬砌表面腐蚀较重处采用JC-41结构修补剂修复；零星局部漏水处采用JC-12快速堵漏剂进行堵漏，然后采用JC-41结构修补剂修复。

4 所用材料介绍

4.1 JC-41结构修补剂

JC-41结构修补剂是一种新型渗透结晶型修补材料，本产品适用于立面和顶部的结构物修补，尤其是进行薄层修补时不宜空鼓和开裂，本产品具有渗透结晶性能，修补后本产品能够在水化作用下渗入既有混凝土结构，与既有混凝土结构形成完好的整体，另外，本产品具有一定的自我修复功能，也可以用于微裂纹的修补。

本产品是单组分产品，直接加清水搅拌后使用，与被修补结构的粘合力强，可以与原结构成为完整的一体。

本产品适用于混凝土桥梁、墩台、承重柱、桥面板及露天薄板等表面开裂掉块的修补；用于铁路或公路隧道衬砌开裂掉块的修补，恢复结构强度；用于混凝土蜂窝、孔洞、掉块、风化受损的修补；可用于对于混凝土结构表面的微裂纹的修复。

本产品的特点：易调制，只需加水搅拌即可；施工简易，既可湿喷，也可用刮刀、灰刀一类泥瓦工具操作；涂层粘着力强，抗压强度高，耐霜冻和硫酸盐腐蚀，无毒，无腐蚀性；具有较好的抗下垂性能，适合立面和顶面操作；对钢筋具有保护性能，耐久性好，兼有密实良好的防水抗渗性；能在潮湿基层和潮湿环境下使用，可作为抢修材料；渗透结晶特性，能恢复受损结构的强度和完整性，自我修复功能能够修复内部微小缺陷。

4.2 JC-12快速堵漏剂

JC-12快速堵漏剂，新一代“立止水”产品，是在原有“立止水”的基础上，针对既有铁路施工工艺进行改良而生产的凝结时间快、高强度、高粘结、微膨胀、渗透结晶型快速止水堵漏材料。

JC-12快速堵漏剂由多种物质组成，呈干粉状，它可以在2～5分钟之内堵住正在漏水的混凝土或砖石墙体的孔洞，并形成速凝强力永久止水栓。

本产品适用于：封堵隧道、涵洞或其他混凝土、砖石结构中洞、缝的漏水；用来弥合结构接缝，修补结构的缺陷；快速灌注和密封各种管道、锚固地脚螺栓以及混凝土、砖石基面的接缝；特别推荐应用于既有线运营铁路隧道的漏水整治。

本产品特点：止水迅速、方便：只需用清水调和，可以迅速完成止水堵漏工作；强度高，粘结性好：该产品与既有结构较易粘结，硬化后强度高；微膨胀：该产品硬化后体积微膨胀，避免了由于干缩引起的接缝处再次漏水；渗透结晶、永久止水：该产品不收缩、强度高，通过渗透结晶性能可以与既有结构形成为完好整体，具有自我修复功能，只要结构不发生变化，就不会失效；抗渗压力高：可以轻松止住150米以上的水头压力，一旦堵漏产品被高压击穿，在适当的环境下可以自我修复，重新具有抗渗能力；健康环保：无毒无害，对既有结构无任何伤害，可以用于饮用水系统等工程。

5 施工方案

本项目为既有线，须采用要点施工，所以需要工务段提供驻站和现场防护人员进行施工防护和要点等配合工作。

隧道出口有一块空地，可以临时存放机具、材料。由于隧道内避车洞较小，无法存放大型工具，施工所需机具、设备均在天窗点开始时，用平板车运入隧道内，施工作业完毕后，在天窗结束之前运回洞外存放。施工时所用小型工具或零星材料，在确保安全的情况下可在隧道内存放。

该隧道拱部施工，由于需要搭设施工作业平台，施工所需时间较长，所以拱部施工应在封锁点内进行。边墙施工，可由少量人员携带较小工具，在做好各项安全措施和防护的前提下，利用列车间隔时间进行。

由于施工现场没有水源，因此，施工用水，需要通过运水车从远处将水运至隧道口进行分装，然后再通过平板车运至施工地点。

隧道内无施工、照明用电源，施工时配备发电机一台提供施工和照明用电。

6 施工方法和技术措施

6.1 拱部透顶处理

该处病害位于隧道右侧拱腰，施工时需要在施工天窗内进行。施工前准备好施工所需的各种材料、机具等，待天窗前最后一趟列车通过后，将所需材料、机具装到平板车上运送到施工地点，并迅速搭设施工平台开始施工，天窗结束前、施工完毕后，迅速拆卸施工平台，采用平板车将施工用具运出洞外保存。施工具体工序：

6.1.1 该处拱部透顶，先对其进行清理、加固。清理透顶部位衬砌接口表面灰尘，衬砌背后围岩表面松动碎石等。清理完毕后采用堵漏剂等材料对透顶部位背后进行初步的填塞加固和处理。清理、加固时应小心谨慎，由于该处隧道透顶面积较大，而且能够看到衬砌背后施工所遗留下来的原木，清理时应尽可能少扰动背后原木等，以免打破现有平衡状态而造成坍塌。

6.1.2 按照设计图纸并结合实际情况确定锚杆位置，采用小型钻机钻孔。选择锚杆位置的时候应尽量避开所遗留原木，钻孔时应小心进行，刚开始钻孔时应缓慢进行，之后逐渐增加速度。

6.1.3 制作内嵌钢板。根据透顶形状，先用薄模板等临摹出所需内嵌钢板形状以及锚杆孔位置，以此按照设计要求加工钢板并焊接Φ16短钢筋。

6.1.4 安装内嵌钢板。将锚杆穿入锚杆孔，并用少许力量打入一定深度，临时固定锚杆，待所有锚杆打入后，将钢板和锚杆进行连接，拧紧螺丝固定。

6.1.5 安装钢筋网片。内嵌钢板安装完毕后绑扎Φ12钢筋网片，并与钢板上短钢筋进行连接。

6.1.6 采用JC-41结构修补剂逐层修复至既有衬砌表面。

6.1.7 考虑衬砌背后含水，对修复后衬砌表面钻孔排水，避免冬季背后水上冻对衬砌造成冻胀。

图5 （a）为隧道拱顶衬砌透顶处理过程 图5（b）为处理后的拱顶

6.2 衬砌破损出水点

该处病害位于隧道边墙或拱顶，施工时可安排少量人员携带小型工具，在防护人员的带领下利用列车间隔进入施工地点进行施工。施工时应确保防护安全到位，作业人员所携带的工具、材料有安全存放地，所有施工人员预先找好避车地点，在列车经过时提前下道。具体施工工序：

（1）表面清理：清理衬砌表面灰尘，以及腐蚀、松动衬砌。

（2）采用JC-12堵漏剂对渗漏水处进行堵漏，堵漏时以表面无明水流出为宜。施工时应根据情况增设排水通道。

（3）采用JC-41结构修补剂修复衬砌至原样。

6.3 拱顶衬砌剥落、空洞、掉块处理

该处病害位于隧道拱顶，施工时需要在施工天窗内进行。施工前准备好施工所需的各种材料、机具等，待天窗前最后一趟列车通过后，将所需材料、机具装到平板车上运送到施工地点，并迅速搭设施工平台开始施工，天窗结束前、施工完毕后，迅速拆卸施工平台，采用平板车将施工用具运出洞外保存。施工具体工序：

6.3.1 该处拱部剥落、掉块，先对其进行清理。清理透顶部位衬砌接口表面灰尘，衬砌背后围岩表面松动碎石等。

6.3.2 按照设计图纸并结合实际情况确定锚杆位置，采用小型钻机钻孔，钻孔时应小心进行，刚开始钻孔时应缓慢进行，之后逐渐增加速度。

6.3.3 安装钢筋网片。按照设计打入牵钉，之后绑扎Φ12钢筋网片。

6.3.4 安装锚杆，并将锚杆托盘置于网片下方，起到托起网片的作用。

6.3.5 采用JC-41结构修补剂逐层修复至既有衬砌表面。

图7 （a）为隧道拱顶衬砌剥落、掉块处理过程 图7（b）为处理后的拱顶

6.4 其余衬砌表面腐蚀、零星局部漏水处理

该病害类型比较分散，应根据情况，逐一进行处理。施工具体工序为：

（1）确定腐蚀、漏水位置。

（2）对腐蚀和漏水位置进行清理、凿除。

（3）采用JC-12堵漏剂或JC-41结构修补剂进行堵漏或修复。

图8 （a）隧道拱顶衬砌表面腐蚀、剥落处理后的效果图8（b）边墙衬砌腐蚀空洞处理后的效果

7 结论与建议

图6 （a）为隧道拱顶衬砌破损出水处理过程 图6（b）为处理后的拱顶。

我国现存大量老旧隧道，这些隧道大多年代久远、超期服役，且缺少设计、竣工资料，特别是东北现存大量日伪时期修建的隧道，这些隧道不但大多设计资料丢失，而且设计理论和标准与我国大不相同，这些给我们今日维修加固带来了不少困难。这些老旧隧道，在某些特定条件下，常规加固或者更换措施无法实施时，新型材料的引进给我们带来了新的选择。本文所讨论的新型材料，在既有铁路石脑隧道实施后，取得了不错的效果，值得我们推广和借鉴。

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