铁路隧道衬砌病害原因分析及整治

宫孟飞

(中国神华神朔铁路分公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

蛇口峁隧道位于黄羊城沟及新城川河的分水岭地段，为穿越蛇口峁的越岭双线隧道，全长5 804 m，里程:K55 +663～K61 +467。于1989 年9 月开工，1993 年3 月主体工程竣工，总工期42 个月，采用钻爆法施工，喷锚支护。蛇口峁隧道位于黄土梁峁分水岭区，梁峁起伏，冲沟发育，相对高差50 m～200 m，自然山坡度20°～50°，部分坡面呈陡坡或陡壁，洞身穿越山梁，山梁最高高程1 340 m，洞身最大埋深160 m。

穿越地层为侏罗系中下统泥岩、砂岩互层(J1－2Ms +Ss)，间夹煤层(J1－2Cb)。泥岩、砂岩互层(J1－2Ms+Ss):灰黄色、灰绿色。泥岩，紫红色夹灰色，泥质及粉砂泥质结构，薄层～厚层状构造，质软易风化剥落;砂岩，灰黄、灰白色，中细粒结构，薄层～厚层状构造，成分以长石、石英为主，泥、钙质胶结，岩质尚坚硬。泥岩、砂岩呈互层状，层理平缓，节理较发育，局部间夹煤线，风化颇重，岩体较破碎，Ⅳ级软石，σ0=600 kPa。煤层(J1－2Cb):呈厚层状夹于砂、泥岩互层中，厚度约6 m，黑色，煤质良好，呈块状，具光泽，性脆，污手，Ⅳ级软石，σ0=600 kPa。

神朔铁路穿越燕山山脉，地质条件复杂，铁路隧道多。神朔铁路自1996 年运营以来，隧道病害日益增多。长隧道较多出现衬砌开裂、渗漏水，甚至有些隧道出现错台，严重威胁和影响铁路正常运营和行车安全。对发现的隧道病害进行彻底整治，以保证列车行车安全。本文就隧道常见病害的整治进行分析。

1 铁路隧道主要病害类型

对铁路隧道进行现场调查，结合地质雷达无损检测手段，内窥镜成像技术，确定铁路隧道主要存在以下病害:

1)衬砌漏水。多数隧道的衬砌漏水多发生在隧道施工中的施工缝、沉降缝、伸缩缝，较集中分布在隧道的拱腰至边墙部位。根据漏水严重程度不同分为:渗水、滴水、淌水和涌水，神朔铁路隧道水害主要为:前3 项，即渗水、滴水、淌水。

2)衬砌裂纹。多数长隧道存在纵向裂纹、横向裂纹和斜向裂纹。纵向裂纹主要位于隧道的拱部，横向裂纹与斜向裂纹分布较分散，在隧道的各个部位均有分布。

3)衬砌腐蚀。衬砌腐蚀多位于隧道的拱部，神朔铁路衬砌腐蚀病害较少。腐蚀部位多与渗漏水相关。

4)衬砌压溃及剥落。有多个隧道拱部、拱腰出现掉块、掉皮病害，此类病害严重影响线路运营及行车安全，对有掉块的病害，应加强对掉块部位的监控，最好及早进行整治。

5)衬砌的变形和位移。衬砌变形和位移有两种，包括横向变形、纵向变形，并且纵向变形主要是衬砌上抬、下沉出现错台现象。

6)衬砌背后空洞、不密实。隧道衬砌背后的空洞以及不密实是否存在、存在状况，可以通过地质雷达无损检测手段来检测，而对于较严重的空洞，则应该引起注意，有条件的应该注意及时进行整治。

2 隧道衬砌病害产生的五大原因

2.1 设计方面的原因

设计单位在设计前的地质地貌调查判断不够详细、准确，都会严重影响隧道施工、质量和运营期间的寿命。

2.2 施工技术方面的原因

1)施工方法、工艺的影响。由于施工方法、工艺、相关设备的选择不当，以及施工条件的制约，难免造成质量缺陷。如:支护是隧道的关键环节，回填不密实处产生空洞，使本身受力不均的衬砌遭到破坏，从而出现衬砌裂损。2)施工单位因素。个别施工单位在施工中，为了争取效益，从而对各项施工环节标准的降低等等，造成衬砌渗漏水或腐蚀，严重影响衬砌结构的安全和隧道投入运营后的使用寿命。

2.3 运营方面的关系

隧道在投入运营后，由于列车运行的频繁震动和所排放烟气(少数内燃机车线路)也会给隧道衬砌结构造成一定的损坏。

2.4 维护方面的因素

在某些隧道所属单位现已重视隧道的日常保养。例如:打设排水孔，使隧道存在渗漏水病害时避免窜流造成大面积的衬砌损坏;在衬砌表面裂纹的部位设置裂纹观测块，实时监控病害发展等。

2.5 人为的无意识破坏和突发荷载的原因

1)人为的无意识因素。隧道所处附近居民安全及防范意识淡薄。在隧道附近大面积开挖或让其顶部承受超出额定荷载力的突发荷载。

2)自然因素的突发荷载。比如设计阶段没有考虑到，而在施工时候出现的地震、泥石流等地质变化不稳定因素，也会破坏衬砌支护结构。

3 隧道衬砌病害整治

3.1 衬砌渗漏水整治

1)衬砌内防水注浆和衬砌壁后防水注浆加固方法。

由于初衬、二衬之间有空隙或者由于衬砌内混凝土疏松、有孔洞而造成的衬砌内大面积渗漏水的时候，可以考虑通过衬砌内注浆的方法，既可以提高衬砌强度和抗蚀防水能力，也可以达到分段赶水，从而通过边墙排水盲沟将水排至边沟，排出隧道;对于由于衬砌壁后围岩地质条件差，存在疏松、空洞、集水而造成的严重裂损渗漏水的情况，特别是针对单式衬砌的渗漏水，可以采用浆液注入到衬砌壁后的方法，从而可以使围岩加固和密实(见图1，图2)。

2)衬砌内贴式防水方法。

首先对拱部衬砌表面进行清理，将混凝土结构表面要清理保证露出的表面平整，如果不平整，或者有麻面、孔洞等等情况的话，可以用聚合物改性水泥基修补砂浆或聚合物砂浆填塞抹平整，从而有效确保防水材料均匀地覆盖。将衬砌表面喷水湿润，但水不能太多，不能流淌，再喷涂不少于2 遍的配制好的防水砂浆浆液(呈浓奶油状)。

3)盲沟排水施工方法。

有些拱部渗水、漏水以及边墙涌淌水现象严重的部位，应在涌水点的边墙位置开泄水孔，从而可以减小涌水点水压，然后再用速凝堵水砂浆封堵漏水点或使用灌浆料灌浆防水，如果效果不明显，并且隧道地质不错，环境允许排水，可以采用边墙盲沟排水方法。有些高寒地区需要对排水盲沟采取保温措施，必须保证集水口不会受冻，反之，如果不能保证这一点，并且在围岩、衬砌间有浅表水的存在，或者在不换装原有盲沟的要求下，就要考虑衬砌保温，以保证冬季盲沟排水畅通，防止冻胀病害发生。

图1 衬砌内防水注浆示意图

图2 壁后注浆剖面示意图

3.2 衬砌残损整治

1)衬砌裂损修补施工方法。

对于衬砌出现的无水或渗水裂缝，可以使用R-11AB 双组分灌浆树脂进行灌注粘合。对于衬砌混凝土裂缝较大，有补强加固要求的，用高强纤维板进行加固补强，包括碳纤维板、钢板及芳纶纤维等。尤其是碳纤维材料具有优异的物理力学性能，其抗拉强度一般为2 500 MPa～3 550 MPa，是普通钢材的10 倍～15 倍，其弹性模量一般为2.35 ×105MPa～5.0 ×105MPa，相当于钢的1.1 倍～2.4 倍。

2)渗漏、涌水裂缝的处理。

对于隧道富水地带因衬砌裂损出现的渗漏水或修补施工遗留的各类孔、洞，修补结构缺陷可以采取速凝堵水砂浆、聚合物改性水泥基修补砂浆、防水砂浆三种材料配套使用的方法来完成病害整治。由于以上漏水点或漏水裂缝大多在应力集中区，所以在用以上方法治理后，需采用防水砂浆喷涂进行表面柔性防护。

对于施工缝、伸缩缝或其他活动裂缝的渗漏水病害，可以先采用注浆(防水型灌浆料)防水措施，然后将需嵌补的施工缝、伸缩缝或其他活动裂缝清理干净，使用封缝胶进行缝隙嵌补，表面喷涂防水砂浆，进行柔性防护。

3.3 隧道衬砌侵蚀病害的整治

对于隧道衬砌存在的麻面、起鼓、松散、剥落、空洞、露石和钢筋锈蚀等病害，要先进行注浆将衬砌壁后整治之后，再修补防护衬砌表面。

3.4 衬砌掉块、掉皮整治方法

衬砌掉块掉皮一般采用挂网锚杆加喷浆综合处理。

4 结语

隧道病害其原因也是有诸多方面的，包括地质条件、设计、施工方法、施工工艺等多方面的因素。隧道病害在一定程度，甚至很大程度上影响了施工条件和铁路运营条件，有时候也直接影响到隧道的结构和运营安全。所以，隧道病害的整治必须先清楚其原因，然后针对性地采取合理有效的方法进行治理。

［1］薄会申.地质雷达技术实用手册［M］.北京:地质出版社，2006.