昌福铁路隧道病害整治

张团结

(陕西铁路工程职业技术学院铁道工程系，陕西渭南714000)

昌福铁路隧道病害整治

张团结

(陕西铁路工程职业技术学院铁道工程系，陕西渭南714000)

南昌至福州铁路隧道断层破碎带、岩爆、软岩变形、强富水等不良地质非常普遍，隧道出入口埋深较浅，围岩破碎，在隧道施工中出现了衬砌开裂、衬砌背后空洞、隧道渗漏水等病害。通过对此隧道病害的现场调查研究，并结合国内相关资料，针对衬砌开裂出现的三种不同情况，分别采用了锚固注浆、碳纤维加固以及嵌填沟槽后注浆加固等措施，采用压浆填充、封堵防水方法整治隧道衬砌背后空洞和渗漏水病害。整治措施实施后在隧道运营前变形已经趋于稳定，证明采取的处理方法合理有效。

隧道 衬砌开裂 衬砌空洞 隧道渗水 病害整治

围岩的性质直接影响着隧道的稳定性。尤其是对于地质条件复杂的隧道，开挖施工以及运营状况都直接受到地质条件的影响，许多隧道在运营后出现或多或少的问题。常见的隧道病害有水害、冻害、衬砌开裂、衬砌侵蚀、衬砌背后空洞等，而运营后的隧道病害整治相对于运营前成本要增加，故运营前准确分析隧道的病害原因并进行合理的整治极其重要。

1 工程概况

昌福铁路隧道设计速度200 km/h，预留满足250 km/h，为双线电气化铁路有砟轨道隧道。隧道最大埋深100 m。隧道进口段位于直线上，出口段位于半径800 m曲线上。洞内为坡度3‰的双面坡。

隧址区地质条件较复杂，主要表现为岩爆、软岩变形、强富水等，同时隧道还穿越断层破碎带，易发生地质灾害。隧道出口60 m处为残坡积体，碎石含量高，厚约2 m以上，下伏强风化砂岩，厚约0～10 m，中间夹有泥质砂岩，较软弱。受埋深、岩性、地质构造等影响，围岩稳定性差，极易塌方。该隧道建成后，主要存在隧道衬砌开裂、衬砌背后空洞、隧道渗水等病害［1］。

2 衬砌开裂原因分析与整治

隧道衬砌开裂主要为边墙纵向开裂(其中一处左右边墙裂缝累计长37 m)，拱部纵向开裂一处，边墙龟裂一处。

2.1 原因分析

通过对8组边墙、拱顶钻孔取样检查以及边墙基础进行破检［2-3］，除发现边墙脚有1处存有4 cm厚的虚渣外，其余7处符合要求。8处的混凝土强度及衬砌厚度均达到设计标准。同时，对衬砌裂缝与气温的关系以及隧道收敛情况进行了量测、数据统计和分析，发现气温越高裂缝越小，隧道收敛量几乎不发生变化，隧道衬砌已趋于稳定。

通过现象调查，并结合设计施工图和有关施工资料，认为衬砌开裂的原因主要有以下几点［4］:

1)地质原因

该隧道地处断层破碎带，具有高地温、岩爆、软岩变形、强富水等不良地质特征，导致围岩的稳定性比较差，在水的长期作用下，软弱围岩及含水量高的松散物质逐渐松动，作用在隧道衬砌上的压力越来越大，致使压力超过了衬砌本身的承载能力。

2)设计原因

隧道所处的地质条件和环境条件差，隧道位置选择不理想;设计单位的地质勘探资料不够详细，设计的地质条件与实际情况存在偏差;支护结构不够合理，强度不足，防排水体系不够完善;未采取有效措施减小混凝土收缩及温度应力对裂缝的影响，细部处理不够合理。

3)施工原因

①隧道开挖成型差，未及时处理欠挖部分，对超挖部分又未及时回填;衬砌混凝土厚度差异较大，部分衬砌混凝土厚度较薄。

②拌合混凝土时原材料计量有误，对外加剂的掺入量未严格控制，当砂、石料的含水率发生变化时，没有及时调整施工用水量，在混凝土运输及泵送过程中存在加水的现象，造成混凝土水灰比变大。

③施工时，混凝土灌注、拆摸、养护不按规定进行。拆模过早，混凝土强度较低，过量承受荷载，导致混凝土在自重或外界荷载作用下出现裂缝。

2.2 衬砌开裂治理

裂缝治理原则应以加固为主、拆换为辅［5］。对于衬砌强度不足或衬砌强度达到要求但衬砌厚度未达到设计规定值的开裂地段，必须拆除衬砌，按照设计要求重新施作;对于衬砌强度及厚度均达到设计要求的开裂地段，根据裂缝宽度及长度，采用补强措施进行加固。

根据现场测量情况，将裂缝按以下3种情况分类，并用油漆标识在隧道衬砌上。对钻孔位置、开槽位置进行放样，位置、类型确定好后施工。

1)对于衬砌裂缝数量较少，裂缝宽度在5 mm以上，长度达到10 m以上的地段，或衬砌裂缝严重影响到隧道的承载力和稳定性的地段，采用锚固注浆方法［6］进行加固。具体施工流程为:

①开槽。顺裂缝凿出10 cm×10 cm的槽，用高压风清净槽内杂物。

②嵌补。用AB树脂砂浆嵌补且预留注浆孔。

③压浆。待槽内AB树脂砂浆固化后给裂缝压注AB树脂砂浆。

④布设锚杆。沿裂缝两侧布设R32N自进式中空注浆锚杆，锚杆纵向间距1.5 m、环向间距1.0 m。

⑤钻孔。在土中或软岩上钻进时，放慢钻进速度，坚持少冲击，多回转。注意观测钻孔中流水的状况，若出现水孔堵塞的现象，后撤锚杆50 cm，及时清除孔内堵塞物，继续钻进直至达到设计深度。

⑥清孔。采用水或高压风清洗钻孔，确保钻孔畅通后，从锚杆上卸下钻机连接套，锚杆外露孔口长度在10～15 cm之间为宜。

⑦塞孔。在锚杆外露端处，用钢管将止浆塞打入孔口10 cm左右，安装垫板及螺母，此时不宜上紧。

⑧注浆。将注浆管、锚杆、压浆泵用快速接头连接好，开泵注灰浆，整个过程必须连续灌注，一次完成，不停顿，直至浆液从止浆塞边缘溢出或压力表达到设计值时，即可停泵。

⑨紧固。当灰浆强度达到初始设计强度后，方可上紧垫板及螺母。

2)对于衬砌裂缝数量较少，裂缝宽度在5 mm以上，长度不足10 m的地段，或者单条裂缝开裂较严重的地段，采用碳纤维加固方法［7］。具体工艺流程为:

①处理面层。将衬砌混凝土表面劣化层清除，表面平整度满足5 mm/m2要求。

②封闭裂缝。将基层清理干净，用密封胶封闭裂缝。

③预涂底胶。用滚筒刷在衬砌表层涂抹树脂，确保树脂涂抹均匀，厚度不超过0.4 mm。

④找平处理。树脂固化干燥后，用电动砂轮去掉底层树脂中的气泡，并将底层树脂整平。

⑤粘贴碳纤维布。在碳纤维布和粘贴的衬砌部位上，分别用滚筒毛刷均匀涂抹粘结胶，粘贴碳纤维布。同时，用光滑滚子反复滚压纤维布表面，使多余胶料渗出，消除粘贴层之间的气泡。

3)对于衬砌裂缝范围较小，裂缝宽度在5 mm以下的地段，若裂缝有明显的剪切错动及渗漏水现象，可采用环氧树脂砂浆嵌填沟槽并固定注浆管注浆处理;若错动及渗漏水不明显，可沿裂缝凿槽嵌补聚合物水泥砂浆，或清理衬砌混凝土基面后直接涂抹水泥基渗透结晶型材料进行处理。

该隧道边墙竖向裂缝及拱部环向裂缝宽度在5 mm以下，隧道渗漏水现象明显，按照前一种方法进行整治。具体工艺为:先将裂缝内清理干净后，沿裂缝表面涂刷快干型封缝胶(封缝胶宽度为裂缝两侧各5 cm)，并按25 cm间距预留注浆孔;然后将搅拌均匀的AB树脂砂浆注入裂缝内，待树脂砂浆固化后清除表面封缝胶。

3 衬砌背后空洞原因分析与整治

隧道左边墙衬砌背后空洞有2处，空洞深度在20～40 cm，2处长度共计5 m;右边墙衬砌背后空洞有3处，空洞深度多在30～40 cm，3处长度共计20 m。

3.1 原因分析

1)防水板铺设时后面可能已经有较大空洞［8］，混凝土浇筑后无法挤压防水板紧贴隧道开挖轮廓，造成空洞。

2)衬砌内含有杂物。3)混凝土质量太差。

3.2 衬砌背后空洞的整治

衬砌背后空洞回填应根据衬砌厚度、空洞大小、衬砌裂损程度等情况，采用相应的填充方法［9］。对衬砌裂损严重以及结构部件间连接薄弱的地段，为避免因压浆引起边墙倾倒，首先应用锚杆加固拱部和边墙，然后再进行压浆填充;对于衬砌完整背后存有空隙的地段，直接进行压浆填充。

此隧道衬砌均比较完整，没有出现大的裂损破坏，因此，主要采用压浆填充衬砌背后空洞。具体方法为:

1)按照设计位置确定施工区段后，在衬砌表面明显标示，利用简易工作台进行钻孔施工。孔深以穿透衬砌为标准，孔位按照设计要求呈梅花形布置，共设3排，顶排不可高于拱脚。钻孔纵向间距4 m，环向间距2 m。

2)在衬砌背后进行注浆作业，注浆材料为1∶1水泥砂浆，水灰比1∶3，注浆压力控制在0.3 MPa，达到注浆终压2 min后拆除注浆管，以水泥砂浆堵塞孔口，结束单孔压浆。注浆顺序应自下而上进行。

4 隧道渗漏水原因分析与整治

隧道渗漏水有三处，主要出现在拱部和边墙裂缝或施工缝处，一处渗水面积较大，但渗漏水量一般。

4.1 原因分析

隧道渗漏水主要原因是，在修建隧道时穿过了山体地下水集聚的通道，破坏了山体原始的水系统平衡。当隧道围岩与含水地层连通时，如果衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然会造成隧道渗漏水。

4.2 衬砌渗漏水的整治

整治隧道渗漏水通常遵循“堵、排、截”相结合的原则［10-11］进行。常见的整治方法主要有:①对于大面积且渗漏水严重地段，首先向衬砌背后及内部注浆止水或引水，基面逐渐干燥后，用掺外加剂防水砂浆或防水涂层等进行处理，最后封闭引水孔;②对于一般的大面积渗漏水和漏水点较多地段，宜用速凝材料堵水后，用防水涂层或防水砂浆抹面进行防水处理;③对于裂缝较大的渗漏水地段，通常采用向衬砌内注速凝浆液堵水，当渗水量较小时，向裂缝或衬砌内注浆后及时清理表面，然后再用防水涂层或防水砂浆加强即可。

该隧道有一处大面积的渗漏水地段，按照上述第二种方法进行整治，具体工艺流程为:

①钻孔。在衬砌上按梅花形布置压浆孔，然后利用风枪钻压浆孔，钻孔深度以深入衬砌背后20 cm为宜。

②钻孔完成后，用高压风清除孔内粉渣。

③压浆材料采用水泥浆与水玻璃的体积比为1∶1～1∶0.3的水泥—水玻璃双液浆。浆液采用小型搅拌机拌制，压浆时应按由下向上，两侧对称，先两侧后中间的顺序进行，压浆压力控制在0.3 MPa，以防压力过大损坏衬砌。压浆应连续进行，不得随意停泵，以防止堵塞管路，影响注浆效果。每孔压浆完成立即采用砂浆封堵，防止浆液外流。浆液凝结时间应控制在10 min左右。

④清理衬砌表面并涂刷防水涂层。

另外两处渗漏水地段渗水量不大，嵌缝处理后及时清理衬砌表面，涂刷止水防水涂层。

5 结论

本文针对复杂地质条件下，隧道在施工后出现的问题及时进行了分析和整治，整治后的测量数据显示该隧道经加固后变形已经趋于稳定，证明针对此隧道使用的衬砌开裂、渗漏水、衬砌背后空洞的处理方法合理有效。为隧道的安全运营提供了一定的保证。今后应进一步研究更加合理的施工开挖方法、支护方式，尽量将隧道病害消除在施工阶段。

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(责任审编葛全红)

U457+.2

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10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.22

1003-1995(2015)02-0079-03

2014-06-27;

2014-07-30

陕西铁路工程职业技术学院2013年科研基金项目(2013-53)

张团结(1981—)，男，河南正阳人，讲师，硕士。