兰新线妖魔山隧道病害整治

危 强，舒中文

(1.贵州高速公路集团有限公司，贵州 贵阳 550000;2.中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州 730030)

1 工程概况

妖魔山隧道位于乌鲁木齐西站至南站间，为曲线隧道，隧道最大埋深约45 m，隧道进口里程为K1884+515，出口里程为 K1884+649，隧道全长134 m，于1958年开工修建，1960年底交付运营。

隧道垂直于山脊通过，其延伸方向约与线路正交，山脊两侧为沟谷。区域出露岩性为砂质页岩互层，页岩棕黄色，薄层。无不良地质问题。隧道区域地下水不发育，该处为一狭长的分水岭，汇水较少，雨水多自山脊两侧的沟谷排走，对隧道无影响。隧道内温度与洞外温度相同，最大冻结深度0.5 m。

2 隧道病害情况

根据检测分析隧道病害分为:影响电气化挂网的病害、影响隧道结构安全的病害和影响隧道内接触网运营的病害。

2.1 影响电气化挂网的病害

隧道衬砌内部及衬砌背后若存在空洞，会给隧道结构和运营安全带来隐患，更主要的是无法满足电气化改造时施工接触网承载锚栓的要求，对电气化挂网产生严重影响。

通过对该隧道拱、墙衬砌进行地质雷达检测(采用OKO-2地质雷达进行测试，沿隧道延伸方向布置5条测线，异常区域加密测线，采用十字测线)，反映出全线隧道衬砌内部及衬砌背后不存在空洞、不密实等异常现象。

2.2 影响隧道结构安全的病害

1)衬砌裂损较严重

该隧道衬砌均存在不同程度裂损，主要表现为衬砌出现裂纹、裂缝，对衬砌拱部结构受力有一定影响。隧道裂损主要出现在隧道环向施工缝(环向间距1.2～1.5 m)、局部模板纵向拼缝(间距1.2～1.5 m)、局部隧道墙拱交界处以及边墙2～3 m以上发育的斜向裂缝处等。

裂缝形状主要表现为环向连续型、局部拱部纵向连续型以及斜向型。产生原因主要为衬砌结构稳定性不同程度缺失，强度储备不同程度损失，致使墙拱衔接位置、边墙腰部局部拉裂、错动等。

2)衬砌材料劣化较重

通过调查，发现该隧道存在局部混凝土剥落、衬砌蜂窝麻面等衬砌材料劣化现象。

对该隧道衬砌结构强度进行超声波—回弹综合法检测，并对衬砌裂损较重的部位进行钻芯法有损检测，显示该隧道局部存在衬砌强度弱化现象，其中最低抗压强度为18.3 MPa，平均抗压强度为19.8 MPa，基本满足衬砌混凝土设计强度等级。

3)衬砌厚度

针对衬砌裂损情况，对该隧道进行了隧道衬砌厚度无损检测。地质雷达检测成果显示，该隧道衬砌厚度达到原设计厚度，边墙厚度60～80 cm，拱部厚度40～60 cm。

2.3 影响隧道内接触网运营的病害

该病害主要表现为隧道渗水、滴水。尤其是拱部渗漏水严重情况下，对电力牵引运营线路会造成电力牵引器材绝缘性能降低、漏电，甚至引起牵引接触网短路等事故，影响行车安全。

隧道裂缝渗漏水主要有环向裂缝渗漏水，纵向、斜向裂缝漏水，面漏三种类型，其中以环向裂缝渗漏水为主，渗漏水呈季节性变化。

1)环向裂缝渗漏水

大部分渗水裂缝呈环向分布，多位于环向施工缝处，裂缝宽度0.1～0.5 mm，占全部裂缝数的79.68%。自拱顶向墙脚散流，出水点呈环形点状分布，以局部渗水为主，水量较小。

2)纵向、斜向裂缝漏水

裂缝多处于拱顶、拱腰与边墙交界处，裂缝宽度0.3～0.5 mm，个别裂缝宽度达1～2 mm，占全部裂缝数的20.32%。出水点沿裂缝发育，呈线状连续分布，以渗水为主，水量适中。

3)面漏

裂缝多处于拱顶部位，发育在纵向、环向裂缝交界区域，渗水量较大，局部会出现滴水成线，衬砌壁面常年湿润，水印痕面积较大。

综合上述渗漏水情况分析，隧道渗漏水主要原因有:

1)本线修建于1958年，依照当时的隧道规范设计修建，隧道建设所使用的标准较低，混凝土衬砌模板尺寸小，施工缝较多，且未设防水层，造成隧道衬砌裂缝沿施工缝发展，渗漏水严重。

2)混凝土的碳化，主要是由于空气中的二氧化碳和混凝土的碱性成分氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙等水化产物相互作用，形成碳酸盐，降低混凝土碱度。同时碳化还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土结构产生裂缝和破坏。

3)以塑性流变为主的弹塑性膨胀地压和自重压力形成的侧压力作用在边墙和拱腰上，很容易使混凝土质量较差的边墙开裂内移，尤以拱顶为甚。所以拱顶及拱腰、边墙接缝等部位承受着较大的围岩压力，最终使衬砌结构出现较多的裂缝。

3 隧道病害整治

该隧道病害整治总体原则:以满足电气化改造所必需的隧道内电化挂网的基础设施条件为主，兼顾其余，对隧道衬砌渗漏水及衬砌裂损劣化部位进行彻底整治。

衬砌渗漏水应与衬砌裂损一起进行综合治理，以满足铁路隧道设计规范。按照以下原则进行:对无水裂缝以充填封闭为主，对渗水裂缝以堵为主，排堵结合。

3.1 无水裂缝的处理

1)环氧树脂注胶法

针对宽度0.1～0.3 mm、数量较多的衬砌裂缝，可采用液态环氧树脂注胶法进行修补(图1)。施工工艺流程:裂缝清理→密封胶配置→注入器底座安装及裂缝密封→安设注入器→注胶→养护、浆液固化→清理、打磨作业面。

图1 环氧树脂注胶法立面(单位:mm)

2)凿槽嵌补法

针对宽度0.3～0.5 mm、数量较少的衬砌裂缝，可采用凿槽嵌补法修补(图2)。施工工艺流程:凿槽、清表→配置修补砂浆→嵌缝、封槽→养护。

图2 凿槽嵌补法示意(单位:mm)

3.2 渗水裂缝的处理

1)注浆封堵法

针对渗漏水明显、位于拱腰以上不易引排地段的裂缝，采取注浆封堵措施(图3)。在缝中心线两侧200 mm钻斜孔，倾斜角度45°，钻孔孔径14 mm，孔距200～300 mm，孔深 200～250 mm，注浆材料采用PF900(单组分、亲水性的低黏度聚氨酯)。

图3 注浆封堵法立面(单位:mm)

施工工艺流程:裂缝清理→钻孔→安装注入器→清洗钻孔→灌注树脂→拆除注入器→表面处理。

2)凿槽引排法

针对渗水明显、位于边墙竖向的裂缝，可采取引排水措施。根据边墙竖向裂缝渗漏水严重程度和围岩富水情况，依次在渗漏水裂缝的拱脚、边墙中部、边墙下部选择性地钻孔，安装积水花管，并沿渗水裂缝处自上而下开凿引水槽，内置入半圆形PVC排水管并固定，用防水砂浆填充管外槽体，最后用防水涂料封槽，见图4、图5。

施工工艺流程:定槽位→开槽→钻孔→埋管→槽身封堵→养护。

图4 凿槽引排纵视示意(单位:mm)

图5 凿槽引排俯视示意(单位:mm)

4 结语

妖魔山隧道病害整治是在不间断运营的情况下施工，要在每天3 h列车封锁时间内快速地完成施工，选择合理可行的整治方案是关键。

［1］铁道部工程设计鉴定中心.高速铁路隧道［M］.北京:中国铁道出版社，2006.

［2］铁道部第二勘测设计院.铁路工程技术手册:隧道［M］.北京:中国铁道出版社，1999.

［3］关宝树.隧道工程维修管理要点集［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］汪红庆.中梁山隧道渗漏水整治方案及施工工艺［J］.公路交通技术，2009(2):134-136.