赣龙线金华山隧道底板裂损病害整治

摘要：隧道出现侧沟沟底分离、隧道底板（仰拱）裂损、基床冒浆等病害，造成轨道几何状态变化快，直接危及行车，应采取有效措施对隧道病害进行整治。文章从隧道地质环境、设计施工、运营维护等方面对隧道病害成因进行深入分析，采取基底注浆、翻修侧沟等措施进行隧道底板裂损整治，取得较好效果。

关键词：隧道底板；裂损整治；赣龙铁路

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0061-04

1 概述

赣龙铁路自2005年5月开通运营以来，猫头岭、天心山、蛟洋、金华山、马头山隧道等长大隧道相继出现侧沟沟底分离、隧道底板（仰拱）裂损、基床冒浆等病害，造成轨道几何状态变化快，直接危及行车，应采取有效措施对隧道病害进行整治。

2 隧道概况

赣龙线金华山隧道中心里程K201+251，全长5143m。位于直线上，纵坡分别为+7‰（坡长37m）、+5.9‰（坡长5100m）、-6.1‰（坡长7m）。隧道于2002年7月开工，2004年11月竣工，2005年4月正式投入运营。

该隧道地表植被发育，最大埋深176m，洞身通过的围岩为砂砾岩、砂岩夹炭质页岩及千牧状页岩、石英砂砾岩，严重-颇重风化，节理裂隙较发育，岩层弹性波速为2100～2500m/s，基岩裂隙水发育。

3 病害概况

自开通运营以来，金华山隧道线路状况一直不良，轨面下沉，线路方向高低变化频繁，机车添乘晃车严重，多次对该区段线路进行整治依然无法保证线路稳定，给行车安全带来隐患。

2010年3月，对隧道检查及钻孔取芯发现：该隧道底板开裂下沉，底板（仰拱）厚度不足，侧沟沟底破损断裂，积碴涌碴，侧沟沟底沟帮分离，道床积水，线路下沉情况加剧，危及行车安全。如图1和图2：

图1 底板与沟帮脱离、沟底积碴

图2 底板取芯、厚度不足

4 病害原因分析

4.1 设计方面原因

4.1.1 原设计标准较低，对底板重视不够。由于仰拱厚度不足、隧底填充物强度较低，造成基底强度不能满足要求，在列车动荷载反复作用下，使基底产生裂缝，导致底板破损、下沉。

4.1.2 单向排水，水流冲刷破坏力大。受线路纵坡影响，该隧道内所有的地下水全部从进口向出口排出，水流量大，流速快，冲刷严重。在长期的地下水作用下，排水通道内的可溶岩及土体溶解并被搬走，致使道床下的微通道逐年扩大，造成沟底破损、沟帮脱离。

4.1.3 泄水孔设置考虑不周。隧道高式排水沟只考虑了排除道床内的积水，未充分考虑因地下水发育、排水区段长、水流量大或水沟淤积堵塞未及时疏通，导致侧沟水位提高，水流从泄水孔处倒灌至道床，造成道床积水、翻浆冒泥。

4.2 施工质量原因

4.2.1 铺底及仰拱厚度不足。从钻孔资料来看，底板混凝土结构厚度一般在0.3～0.8m之间，从取芯的53处来看，底板厚0.3～0.4m有13处，0.4～0.8m有37处，0.8m以上有3处，与设计厚度相差甚远（厚1.2～1.7m），隧道底部整体性差，很容易导致底部结构变形和破坏。

4.2.2 隧道底板施工不到位。隧道铺底或仰拱下部的部分虚碴未完全清理干净，虚碴及裂隙发育的岩体均有可能在列车动荷载反复作用下，因应力集中而破碎，从而引起不均匀沉降，导致底板开裂。

4.2.3 隧道侧沟施工不到位。砼侧沟沟帮与沟底不是一次性浇筑，而是分两次浇筑且水沟未设钢筋，造成水沟不是一个整体，在地下水及列车通过时的震动作用，导致沟帮与沟底分离破损。部分沟帮脱落掉入侧沟，导致水位上升从泄水孔倒灌进入道床，造成道床积水。

4.3 地质环境原因

4.3.1 部分地段地质条件较差。隧道内部分地段基底为泥质砂岩，呈土状或粘砂土，或土夹碎石，或极严重风化砂岩夹泥层等软弱地层且分布不均，基底岩层软弱破碎，承载力小，易造成基底沉降不均，使混凝土底板内产生过大拉应力而发生开裂。

4.3.2 该隧道围岩节理发育，裂隙水丰富，基底软弱破碎围岩在地下水浸泡及列车反复作用下，软化成泥并沿裂缝渗出，经长期反复作用，而将基底掏空，致使底板

开裂。

4.4 运营维护原因

4.4.1 在长期列车动荷载频繁反复冲击下，地下水从薄弱处所渗入道床，基底围岩或填充物软化、泥化，在列车通过时裂缝反复张合与水形成“抽吸”现象，泥化或软化物质沿结构薄弱部分逐渐渗出而将基底淘空，引起道床下沉、底板开裂，导致线路不平顺，危及行车安全。

4.4.2 由于侧沟破损、沟帮倒塌及地下水携带物等原因，导致隧道双侧沟堵塞，排水不畅。因长大隧道侧沟检查及清理存在较大难度，致使水位上升，地下水及侧沟流水沿混凝土薄弱部位、裂缝、泄水孔等渗入或倒灌入道床，造成道床积水，底板开裂进一步加剧。

5 病害整治方案

该隧道病害整治采取先侧沟、后底板的整治原则进行。一是全面清理侧沟淤积物，修复破损侧沟；二是采取注浆法，对隧道裂损底板进行注浆，使底板裂隙、松散土体、地层空隙胶凝或固化在一起，形成结构致密的固

结体”。

5.1 材料选择

材料选择：根据隧道病害整治的特殊性，结合施工的方便性和可操作性，决定采用上海双鹤特种水泥有限公司生产的“R型地勘水泥”。该水泥具有快凝、早强、微膨胀、抗冲击性能好、结石率高、温度敏度、初终凝时间接近等特性，主要用于一些争分夺秒、抢时间的紧急抢修工程。河砂、碎石采用当地料，外加剂为XD-1型高效减

水剂。

主要施工机具及设备：内燃空压机2台、风镐2台、YT28风钻3台、潜水泵6台、单轨运输车4台、注浆机2台、砂浆搅拌机1台、24kW发电机1台、振动棒2个、钢筋切割机1台。

5.2 隧道侧沟整治

5.2.1 侧沟清理及破损调查。由进口向出口方向实施，每100m为一个区段，用水泵将水排至另一侧沟，每次侧沟揭开长10m，清理沟底积碴，调查底板破损情况，做好记录。如侧沟底部砼完整无破损的，只清干净虚碴即可，继续下一循环；如水沟破损则按下面步骤进行整治。

5.2.2 侧沟破损、无底板整治。

整治方案：侧沟底破损处，将破损沟底用风镐凿除干净，重新施作一层10cm厚的钢筋砼底板。对水沟底板缺失或无底板处，将沟底清理干净，用风镐打至设计深度，直接施作钢筋砼底板。如图3：

图3 水沟断面示意图

施工要求：

沟底清理干净后，将预先绑扎好的钢筋网片放入沟内，用垫块垫起约4cm，然后浇筑砼，在砼达到初凝时进行手工处理，确保表面平整，坡度顺畅，混凝土厚10cm。

每次拌合的砼量要根据水沟底板破损长度决定，混凝土从加水搅拌开始必须20分钟左右用完，否则会造成材料浪费。

每次拌浆用水量必须一次性加入，每盘拌合水泥浆的用水量及外加剂用量必须在施工前通过试拌确定并将用量固定下来，以后每次拌浆时均用同样的用量。

混凝土浇筑完以后，在终凝前确保沟内无流水，沟底无积水现象。

钢筋网片加工时，纵向为3根∮8mm圆钢，横向为间距20cm的∮8mm圆钢，钢筋网片单片长度不小于4m。钢筋网片放入水沟内应确保网片平整，不发生大的变形，网片与网片搭接长度不小于28cm。

骨料采用细石骨料，粒径小于10mm。砼采用搅拌机在避车洞内拌制，人工挑运至工作面施工。

5.2.3 侧沟沟帮、沟底分离整治。

整治方案：在沟帮钻孔用∮22mm锚杆加以固定，锚杆间距50cm，清孔后注入早强快硬水泥浆并锚入∮22mm钢筋，沟帮与底板间缝隙用M10早强型水泥砂浆进行封堵。如图4：

图4 底板脱离锚杆加固示意图

施工要求：锚杆打入基岩不小于50cm，钻孔好后要用空压机吹干净；由于用早强水泥浆，时间一定要把握好，不要孔内的水泥浆凝固了锚杆还没打进去。

5.3 隧道底板、仰拱裂损整治

5.3.1 注浆孔的布置。注浆孔分为I序和II序注浆孔。其中I序为主注浆孔，布置在线路中线两侧各0.65m处（靠两侧钢轨附近），注浆孔纵向间距为3倍的枕木，即1.74m；II序为检查补充注浆孔，沿线路中线布置与I序注浆孔呈梅花型错开布置，纵向间距1.74m。注浆孔直径Φ38mm，采用风钻钻孔，在注浆孔内用快凝砂浆预埋Φ25mmPVC-U型管，高出底板面10cm，防止在相邻注浆孔注浆时浆液流出过多污染道床。注浆孔的布置如图5：

图5 注浆孔布置示意图

5.3.2 注浆孔的深度要求。注浆孔的深度为穿透破碎层、夹层，伸入到坚硬岩层5～10cm。各区段的钻孔深度以本区段钻孔取芯结果作为参考，以风枪钻孔时的声音、手感、吹出的细渣粉来判断，如认为进入坚硬岩层5～10cm则可终止钻孔。

5.3.3 注浆加固工艺。底板注浆施工按每25m左右划分为一个施工区段，在每个施工区段内，各注浆孔的注浆顺序从赣州向龙岩方向进行，即从低处向高入进行。

首先施工I序注浆孔，水泥浆水灰比控制在0.3～0.5之间，施工时根据现场水温、凝结时间及浆液的流动性和可注性进行适当调节，在能够注入的情况下，尽量减少水灰比，以提高注浆效果。注浆时用三叉管将注浆管分为两根，对左右侧的I序注浆孔同时进行注浆，使浆液由低处向高处全断面推进，保证注浆密实。

每区段注浆时，先施工下坡端（赣州端）的堵浆孔，采用间歇式压浆，以达到对该区段端头进行封堵的效果，防止注浆时高处浆向低处窜流。

当施工区段下端的封堵孔注浆凝固后，方可继续对I序注浆孔进行注浆。各注浆孔结束注浆的标准为：当与其邻近的上端注浆孔底出现大量浆液流动时或注浆压力达到0.1MPa时方可结束该孔注浆，再将注浆管移到其他注浆孔上。一般情况下采用微压注浆，最高注浆压力控制在0.1MPa以下。

如通过注浆孔发现底板下有较多的水排出时，应在底板上开挖一个能放进潜水泵大小的集水坑，将潜水泵放入集水坑内将底板下的水排出，使底板注浆基本在无水情况进行。

当I序注浆完成2～3天后，再进行II序检查补充注浆。如果发现底板下还存在空洞时，再通过II序检查补充注浆孔对底板进行注浆，确保底板下注浆密实，最高注浆压力控制在0.1MPa以下。

重复上述工序完成全部底板的注浆工作。

5.3.4 地下水特别发育地段注浆加固。基底地下水特别发育，注浆孔不停向外溢水，对这些特殊部位，除开挖集水坑进行抽水外，还可对注浆液进行调整，考虑掺外加剂（如水玻璃等），注浆方法同上。

5.3.5 注浆加固注意事项：

由于采用快凝早强水泥，水泥浆液从加水开始必须在20分钟左右用完，否则将会造成注浆机及注浆管道堵塞。

注浆施工应在列车通过施工地段前30分钟左右停止注浆，以使底板下压注的水泥浆在列车来临时已达到凝固状态，防止浆液在列车冲击下扩散。

每次拌浆用水量必须一次性加入，不得在拌合中途再加水，水泥浆液的拌合时间必须达5分钟以上，拌合好的浆液放入储浆桶内，立即进行注浆，同时对储浆桶内浆液进行搅拌。

对没有用完的水泥浆液，要立即进行处理，将其装入事先准备好的纺织袋内或其他容器内，防止凝固在储浆桶或拌合机内。切不可将水泥浆倒入水沟内，防止堵塞。

注浆过程中，应时刻注意泵压和流量的变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间不上升，应查明原因。

由于水泥浆具有快凝早强特性，注浆时要防止浆液泄漏造成道床板结污染。

注浆完成后要及时对底板上开挖的集水坑及两侧水沟内的积水坑进行恢复。

6 施工质量保证措施

成立由项目负责人为组长的质量管理小组，建立健全工程质量保证体系和质量管理制度，树立“质量第一”的思想，保证工程质量。

严格遵守铁路施工及验收规范，加强技术管理，做好技术交底和隐蔽工程检查工作，认真进行工程质量检验和评定。

施工过程中严格工序控制，加大施工技术含量，根据施工和地层变化情况，适时调整注浆压力、分段长度和注浆材料的种类及配比，保证注浆效果。

建立施工档案，及时准确收集内业资料和材料合格

证等。

7 施工安全保证措施

成立以项目经理为首的安全生产管理小组，建立、健全安全生产责任制度和安全管理制度，形成有效完善的安全生产管理体系。

施工前，必须与车务、工务、电务、通信等相关部门签订施工安全和配合协议。

施工中，应严格按照审定的施工方案，必须在批准的施工封锁时间内，不得利用列车间隔时间进行施工，不得利用列车间隔时间或上下班时顺带运输材料。使用单轨小车运送材料时，必须有足够的人员随行及跟车防护。

每次施工收工前，施工负责人组织对本工点进行详细检查，确定符合列车通行条件时，才能撤退人员，工地应有专人看守，并有通讯设备。

8 整治效果

该隧道病害整治2010年3月开工，2010年10月竣工。根据现场取芯结果来看，隧道底板下存在的空洞现象已被水泥浆得到了很好的填充，底板下未发现新的水流，有效防止病害再次产生。经过近两年来的几十次动态检测，该隧道几何状态良好，轨检成绩理想，初步达到整治效果。

参考文献

[1] 周晶，田英，王永钢.大秦线军都山隧道基底吊空病害整治[A].高速重载与普通铁路桥隧、运营管理与检查修理技术论文集[C].2010.

作者简介：李永培（1974—），男，福建漳平人，南昌铁路局龙岩工务段工程师，研究方向：土木工程。