山区高铁隧道养修理念探讨与对策

陆亚峰 中国铁路上海局集团有限公司芜湖工务段

1 概述

2015年6月合福高铁开通，我段接管第一条高速铁路，随着铁路建设的蓬勃发展，截至2020年6月我段共接管合福、宁安、杭昌、合杭四条高铁线。其中，包含隧道77座，大部分隧道位于山区和丘陵地带。其中位于岩溶发育地段13座，断层破碎带地段13座，富水软弱带地段9座。

随着高铁的运营，受作业条件限制和外部环境等因素影响，高铁隧道养护与维修作业变得越来越困难且工作量呈增长趋势。日常检查发现隧道常见的病害主要包括隧道渗漏水、拱顶掉块脱空、调平层上拱和表面冒浆等。这些病害均对高速铁路行车安全产生了不良影响。如何解决这些问题，成为了我国高铁发展的关键性因素。

2 常见病害分析

2.1 隧道渗漏水

隧道渗漏水是最为常见的病害之一，包括孔洞渗漏、施工缝渗漏和大面积渗漏等类型。隧道渗漏水问题产生的危害影响可作用于多个方面。首先，对结构的耐久性会产生影响：如果隧道衬砌结构出现严重的渗漏水问题，会加大衬砌结构的裂缝范围；与此同时，也会增加混凝土碳化程度，如果地下水在此时具备一定腐蚀性时，很容易使得原有混凝土衬砌结构出现不稳定的情况。其次，会造成行车中断：当隧道拱顶渗漏水量较大时，形成滴水成线的现象，当水流滴落到电源设备上，会引发电气设备跳闸，造成行车中断，严重时甚至会烧损接触网线路，影响高铁铁路运输安全。总而言之，高铁隧道渗漏水问题带来的危害影响较多，必须针对具体的问题进行整治。

2.2 拱顶掉块脱空

在铁路隧道拱顶病害中，拱顶掉块脱空是最常见的病害，大面积脱空易产生局部不稳定造成脱落风险。块状不稳定块多出现在施工缝处，施工缝处的裂纹受外部环境影响随时间发展变长变宽，当与施工缝闭合后就形成了不稳定块。在列车振动荷载及空气动力学效应作用下，不稳定块可能会出现脱落，影响铁路行车安全。

2.3 调平层上拱

常见的调平层上拱是由地下水压力、不良地质条件、施工质量缺陷等因素造成的。当隧道内既有排水系统堵塞时，地下水不能及时排出，加上仰拱回填层施工质量缺陷，水流会进入仰拱回填层内的空隙中，形成较高的承压水头，导致调平层抬升。

2.4 调平层表面翻浆

调平层表面翻浆是隧道渗漏水与轨道板裂隙两种病害综合作用产生的。隧道内温度较为恒定，而隧道外昼夜温差大，导致轨道板与调平层在温度应力下会产生错动，形成内部应力，在列车振动荷载作用可形成裂隙。当地下水进入杂质及缝隙中，混凝土在列车荷载作用下磨损，产生细小颗粒，颗粒在列车动荷载作用下被带出，导致调平层表面有白浆析出。

3 整治措施

3.1 岩溶发育地带病害整治

隧道渗漏水作为最常见的隧道病害，近些年一直影响高铁的安全运营。2016年7月2日因大暴雨天气影响，合福高铁子谦山隧道围岩外部水压急剧增大，隧道环纵向泄水管、孔排水能力不足，导致隧道周边水位迅速提升，最终边墙衬砌发生溃口水害，轨道板抬升，影响高速列车运行。

针对此次水害，首先在上拱地段中心水沟、隧道衬砌边墙脚打排水孔减压，其中中心水沟需打穿仰拱，边墙需打通纵向排水管。然后疏通既有边墙泄水孔，加快水流排泄。其次，对溃口段采取砂浆锚杆、钢筋砼封堵并对岩溶管道进行引排处理，溃口周边加固采用φ22砂浆锚杆，锚杆长5.0 m，环向间距1.5 m。溃口采用C35钢筋混凝土衬砌封堵，厚度60 cm，衬砌周围设置30 cm宽暗梁。为确保新建混凝土二次衬砌安全，采用φ22砂浆锚杆对新建二次衬砌进行加固处理，φ22砂浆锚杆与衬砌钢筋焊接牢固（见图1）。

图1 溃口封堵正面示意图

经过此次抢险整治，隧道内未发生其他水害，溃口封堵效果良好。通过水流对比及轨道上拱对比显示，中心水沟、隧道衬砌边墙脚打排水孔疏通灰岩地段既有泄水孔减压及溃口锚杆砼封堵的抢险方法非常有效。

3.2 衬砌内部注浆整治

对衬砌空洞和衬砌裂缝引起隧道渗漏水的可以采用衬砌内部注浆的方法进行整治。首先对混凝土进行凿面，使用冲击电钻钻注浆孔，注浆孔钻完成后，采用高压风将钻孔内部的残屑及时清理，然后安装注浆管以及配套注浆嘴。注浆管在安装过程中，应当使用环氧砂浆将孔管之问的间隙进行紧密填塞，并采用光滑的细木辊进行鼓捣密实。在注浆管的断头涂抹植筋胶，待注浆管缝固结后，对缝口缝隙质量进行检查，渗漏水只能通过注浆管内流出来，其他部位不得出现渗漏水现象，否则重新进行封缝。注浆管锚固后，进行压水试验来确定注浆的参数，等待水压、进水量及出水量都控制在合理的范围之内，对数据进行统计分析。

在注浆施工中，应当先在渗漏水量比较小的地方进行注浆，然后在渗漏水量比较大的地方进行注浆。将注浆压力控制在比较稳定的状态下进行3 min-5 min的注浆工作。在注浆过程中还要对压力的变化进行时刻观察，当压力迅猛升高时须停止注浆工作。

4 具体案例

日常检查中发现宁安客专大学山隧道等4座隧道存在二次衬砌敲击空响的现象，为确保高铁行车安全，必须进行整治。

4.1 工艺流程

对现场检查部位进行钻孔检查，若二次衬砌背后存在脱空时，采取对缺陷部位打设注浆孔进行水泥注浆处理[7]。具体措施为：组装施工平台→钻孔→注浆→封堵。

4.2 施工措施

（1）组装施工平台

施工准备工作完成后，按照防护要求上道进入隧道内施工点，待隧道内接触网彻底断电并接地放电后，且接到供电段现场负责人停电通知单后，施工人员严格按照安全防护要求有序组装施工平台，做好平台的稳定性加固，确保平台不晃动、不失稳、不倾覆（见图2）。

图2 施工平台架设

（2）钻孔

在空洞及不密实位置按照环向×纵向间距为0.6 m设置钻孔，每处不少于3个，注浆口应距离接触网上方0.5 m以外，距离接触网吊柱底座1 m以外，确保供电设备不被污染破坏。

安设注浆管，管顶端距空腔顶面不大于2 cm（见图3、图4）。

图3 二衬不密实注浆处理示意图

图4 马牙扣形注浆管示意图

（3）注浆

在管口安设灌浆嘴，从低到高灌注注浆材料，灌注压力为0.1 MPa～0.2 MPa，施工过程中应逐步增加注浆压力，直至高端钻孔冒浆为止，然后拆除灌浆嘴，封闭低端孔口，从相邻高端钻孔处继续向内灌浆，直至所有钻孔灌浆完成，最后一处灌浆时，应适当增加压力至0.3 MPa~0.5 MPa（素砼0.3 MPa，钢架砼0.5 MPa）左右，当继续加压不再进浆时结束注浆。

注浆材料采用水泥浆，水灰比（重量比）1:1。水泥选用425号普通硅酸盐水泥，注浆前进行配合比试验，用秒表记下注入和流出时间，据此确定注浆量、注浆压力，检查管路设备运行情况。在未进行注浆试验前，注浆压力0.1 MPa～0.2 MPa，终压为0.4 MPa~0.5 MPa。当空洞体积大于等于1.5m3时填充水泥砂浆，浆液胶凝时间：2 min～5 min，如不满足，注浆过程中可适当添加一定数量的速凝剂。

注浆结束标准：注浆工作尽可能连续，直至排气孔排出均匀浆液。注浆压力达到设计终压后稳定10 min，注浆孔不进浆或很少进浆，即可结束注浆。封孔作业：停泵后立即封闭孔口阀门，拆卸和清洗管路，割除外露钢管，待浆液凝固后用塑胶泥封堵孔口，保证封孔后结构不渗水、漏水。

注浆施工完成后将混凝土表面清理干净，用调和好的水泥基渗透结晶型防水涂料在注浆范围及边缘外不小于1.0 m范围内刮涂两层防水，用量不应小于1.5 kg/m3，且涂抹厚度不应小于2.0 mm。

4.3 注浆注意事项

隧道轴线分左右逐段压注，由两段向中央，由低处向高处依次注浆；注浆是一项连续作业，不得任意停泵，以防堵塞管路；注浆时应时刻注意注浆压力、衬砌变形观察和储浆筒的浆液下降情况。若注浆时间较长而不升压，可能浆液流窜太远，应缩短浆液凝胶时间或停注，若跑浆严重，可间歇注浆。

开始钻孔时采用不得大于20 cm长的钻头试钻，钻至20 cm后更换长30 cm钻头，放缓钻速，减轻施钻力度，主要避免钻头穿破背后的防水板。若钻至背后空洞位置，立即停止施钻，做好注浆的标识。

承力索、正馈线、绝缘子等设备上方0.5 m以内的作业，为了避免以上供电设备被水泥浆污染、破坏，采用彩条布覆盖到接触网、承力索及正馈线上，土工布等柔性材料包裹绝缘子，避免浆液对其造成污染，注浆完成后，彩条布及柔性材料必须清理带出隧道外。同时彩条布对工作范围内的电缆、道床、钢轨等覆盖防护，如发现污染及时清理干净。

注浆施工严格按照试验配比进行，充分掌握浆液的凝结时间，并使用机械搅拌，保证注浆材料的可灌性。注浆施工中应经常监视压注量、控制注浆压力，做好注浆记录，注浆施工后，必须布设注浆检查孔，检测注浆回填的效果，未达到注浆要求的，应重新注浆。注浆期间应有专人记录浆液消耗量，注浆时间及注浆压力等数据。

若由于注浆量大，封锁点无法全部施工完成，在当前施工任务结束前灌水关闭阀门，将注浆孔用水冲洗干净，以便第二个天窗再次补灌。注浆过程中可能存在前后几组二衬环向施工缝漏浆的问题，专人负责观察，发现施工缝或冷缝有漏浆时，应及时调浓配合比，适当加入速凝剂，对漏浆点及时采用麻筋封堵，待停止漏浆后将其取出。如堵漏浆困难时，可采取间歇注浆或隔夜注浆方式处理，确保注浆效果。

通过对红旗隧道等四座隧道进行钻孔注浆，解决了二次衬砌内部空洞病害。

5 结束语

本文列举了山区高铁隧道在运营过程中出现的几类常见病害并对病害进行了分析，针对隧道渗漏水分析病害产生的原因并提出对应的整治措施，以宁安客专大学山隧道整治具体事例介绍了隧道脱空的整治方案，为以后的高铁隧道养修提供参考意见。但在隧道日常养修中，为解决好隧道盲管排水问题，进行结晶体疏通，目前来看不能从根本上解决隧道盲管结晶体堵塞问题，需定周期进行疏通养护，工作量较大，需要在后期工作中不断总结和研究。