新建高速铁路隧道衬砌结构缺陷成因及整治

彭 勋

（中国铁路南宁局集团有限公司 工电检测所，高级工程师，广西 南宁 530029）

1 引言

近年以来，全路高铁因隧道衬砌结构掉块导致险情的情况时有发生，对运营安全和运输秩序造成较大干扰。为此，在新线建设阶段，通过对隧道衬砌结构缺陷的成因分析和风险研判，采取有效的预防性整治措施，防范于未然，是确保运营后高铁安全的重要环节。

2 主要缺陷及成因

在新建高速铁路提前介入过程中，工务部门通过人工敲击、第三方检测数据分析等手段，发现隧道衬砌结构缺陷问题比较突出。根据分析，在建设期间，衬砌开裂、强度不足、欠厚、渗漏水等是造成后期衬砌结构掉块的主要缺陷类型。

2.1 衬砌开裂

2.1.1 混凝土施工控制不良 由于二衬施工过程中，沉降、体系转换产生的结构性裂缝；混凝土施工振捣不规范，导致混凝土离析、蜂窝麻面等。混凝土浇筑过快，冲击钢筋、防水板、止水带位移，对台车承受压力造成影响，导致出现变形、位移；混凝土浇筑不连续，浇筑间隔时间过长导致前后混凝土连接处出现一道软弱结合面，形成冷缝；混凝土灌筑施工中，防水板脱落、位移，侵入衬砌切割二衬混凝土。2.1.2 混凝土养护不到位 由于衬砌混凝土养护不到位造成混凝土干缩，水化热控制不当等引起的混凝土表面非结构性裂缝。

2.1.3 台车清理、定位加固不到位 衬砌台车表面污染未清理干净，造成混凝土外观质量不足；衬砌台车定位时，液压调整过快，搭接部位对上版混凝土造成挤压，施工缝、变形缝易受损；搭接不到位造成施工缝错台。

2.2 强度不足

2.2.1 原材料进场检验控制不到位 砂、碎石中有机杂质、粉尘含量高，碎石压碎值超标，碎石针片状颗粒含量超标；粗、细骨料级配不良；外加剂因存储不当造成质量不合格。

2.2.2 混凝土拌合质量控制不严 混凝土配合比是决定强度的重要因素，其中水灰比直接影响混凝土强度，其他如用水量、砂率、外加剂、骨灰比等也影响混凝土的各种性能；混凝土配合比选定不合理。

2.2.3 施工工艺不正确 搅拌不佳，时间过长或过短造成不均匀；浇筑时水泥浆漏失严重，造成混凝土离析；施工不连续，混凝土假凝、初凝，振捣时间不够、振捣不实；养护不当，过早拆除台车造成混凝土强度不足。

2.3 衬砌欠厚

2.3.1 初期支护变形过大 隧道施工技术管理人员对隧道地质情况认知不足，隧道预留变形量不足，初期支护变形过大，导致初期支护侵入隧道限界，未按设计断面要求进行换拱处理直接施工二衬，造成衬砌厚度不足。

2.3.2 隧道断面欠挖 由于隧道所在区域地质变化频繁，经常出现地质突变的情况，按原设计要求进行Ⅲ级围岩的断面施工时，因隧道地质条件恶化需变更为Ⅳ级围岩施工，现场施工人员为避免围岩二次扰动而出现垮塌事故，未进行断面扩挖就架立钢拱架，事后也没有进行换拱而直接施工二衬，造成2～4米范围内全断面欠挖，二衬欠厚在10cm之上。

2.3.3 衬砌背后脱空 施工过程中，由于初期支护的平整度达不到规范要求，防水板挂设后与初支不密贴并形成较大空腔；二衬混凝土浇筑不完全，造成衬砌厚度不足并形成空洞。

2.4 渗漏水

2.4.1 隧道防排水设计方案针对性不强 对于隧道地区地下水的赋存、运移和动态的特征缺乏深入、细致的认识，防排水设计方案针对性不强，导致部分富水地段相关设施的防排水能力不足。

2.4.2 衬砌施工工艺不规范 隧道开挖爆破施工，使围岩受到震动，可能也会引起原地下水系的变化，同时衬砌背后回填存在空隙，岩层中的水聚集在衬砌背后，一旦混凝土浇筑出现振捣不密实、厚度不够、强度不足等弊病，就会使衬砌混凝土抗渗能力下降，引发隧道渗漏水病害。

2.4.3 防排水系统施作不规范

1）防水板在铺设过程中出现破损严重、焊接接头不密实、铺设过紧或过松，将极大影响防水功能。

2）排水盲管、盲沟堵塞，地下水不能顺畅地排出，造成衬砌背后的水压升高，从衬砌薄弱环节处渗漏。

3）未按设计进行排水设施施工，防水材料性能指标过低，不满足隧道防水要求。

4）隧道防排水检测技术落后，没有系统的防排水检测指标和手段，防水施工质量难以控制。

2.4.4 施工缝、变形缝未处理好 施工缝、变形缝作为隧道结构防水中最薄弱的环节，止水带位移、混凝土振捣不密实、基础不均匀沉降等极易使地下水从此处排出。

3 整治措施

3.1 衬砌裂缝整治

3.1.1 衬砌非结构性裂缝 整治前对裂缝进行观察，裂缝发展稳定后，再对裂缝进行整治。对于宽度小于5mm的裂缝，采用沿缝凿孔压浆封堵处理，对宽度大于5mm的裂缝，采用骑缝锚杆处理后，沿缝凿槽压浆封堵。对于隧道衬砌混凝土灌筑施工中，防水板脱落、位移，侵入衬砌切割混凝土质量缺陷，采用拱墙整体拆换方式进行处理。裂缝嵌补图如图1所示。

3.1.2 衬砌结构性裂缝 整治前应对裂缝进行观测，分析形成原因，待裂缝发展稳定后，再针对结构裂缝进行整治。因结构性裂缝形成原因复杂，应单独提出，结合实际情况进行单独设计。

3.1.3 施工冷缝应由参建各方现场核对，对冷缝综合分析后，再进行缺陷整治。一般情况可按以下措施进行整治，复杂情况应进行单独设计。

1）素混凝土衬砌：采用拆换措施整治，拱墙整体拆换。

2）钢筋混凝土衬砌：采用骑缝锚杆处理后，压浆封缝。

3.2 强度不足整治

二衬实际强度不足时，必须采用拆换措施彻底整治。

3.3 衬砌欠厚整治

3.3.1 二衬欠挖型欠厚

1）如果局部凿除初支后，初支厚度仍满足原设计的，可不拆除初支，否则，应视具体工点围岩、地下水、施工过程初支围岩变形情况，先采取如径向注浆、长锚杆等必要辅助加固措施，在保证安全情况下，拆除初支及二衬，并扩挖至原设计轮廓后，按原设计重建初支及二衬。

2）隧道二衬实际强度、密实度满足设计，但实际厚度与设计厚度比hi/h≥90%（检测二衬厚度hi/设计二衬厚度h×100%）时，应结合缺陷段施工地质、衬砌表观质量、渗水、裂纹及变形情况确定整治措施，原则上对围岩较好、衬砌无裂纹及渗水、表观质量良好的地段，可采取衬砌表面涂刷防碳化涂层处理。否则，对缺陷应采取局部补强加固措施。

3）隧道二衬实际强度、密实度满足设计，但二衬实际厚度与设计厚度比hi/h＜90%时或隧道二次衬砌实际厚度、密实度满足设计，但二衬实际强度不足时，均需采用拆换措施整治。

3.3.2 二衬脱空型欠厚

1）隧道二衬实际强度、密实度满足设计，实际厚度与设计厚度比hi/h≥80%（检测二衬厚度hi/设计二衬厚度h×100%）,缺陷部位环向长度或纵向长度均不大于3m时，应结合缺陷段施工地质、衬砌表观质量、渗水、裂纹及变形情况确定整治措施，原则上对围岩较好、衬砌无裂纹及渗水、表观质量良好的地段，可钻孔注微膨胀水泥砂浆或C35细石砼填充二衬空洞。

2）隧道二衬实际强度、密实度满足设计，但二衬实际厚度与设计厚度比hi/h＜80%时，采用拆换措施整治，整治方案同二衬欠挖型欠厚hi/h＜90%。

3.3.3 隧道二衬同时存在实际厚度不足及强度不足时，均需采用拆换措施整治，拆换原则同二衬欠挖型欠厚hi/h＜90%。

3.3.4 当下锚段、预埋接触网槽道位置或吊柱位置处存在局部二衬欠厚或强度不足时应采取拱墙拆换方式。

3.4 渗漏水整治

3.4.1 点漏：拱部单点漏水（点漏）为射流、股流、线流时，采用凿槽嵌埋管（槽）直接引排至侧沟；拱部单点漏水（点漏）为滴水时，采用衬砌内部注浆。图2为注浆孔布置图。

图2 注浆孔布置图

单独点仅整治出水点，相邻点视其距高、相对位置考虑是否合并整治；同一里程不同高程时，以较高位置点为起点；里程相差超过1m者，分别整治；介于两者之间，可采用“Y”形省指理管处理，相邻出水点者均采用压浆封堵，应先压进水量小的一点，另一点视其它点封堵成功后水量之变化确定采用引排，或压浆封绪。

3.4.2 面漏：采用衬砌内部注浆，再检查漏水范围向四周外延1m，必要时在衬砌内表面喷涂水泥基渗透结晶涂层。

3.4.3 缝漏：对有股水，射流出现且缝宽较大（＞3mm）的漏水缝采用凿槽埋管引排；对有股水，射流出现且缝宽较大（＜3mm）的漏水缝采用衬砌内部注浆，在注浆后的集中凿槽引排；对于仅为渗水，水量较小的滴水缝，采用凿槽嵌缝封堵。

拱部环状裂缝向无渗漏方向延伸0.5m；水平裂缝、斜向裂缝向裂缝起，讫点以外延伸0.5m；拱脚施工缝向两端无渗漏段各延伸1m。

4 结束语

高铁隧道衬砌缺陷预防及整治是一项长期复杂的工作，受地质因素和运行条件影响，随着时间的推移，病害还会不断发展。实践证明，高铁开通运营后，病害整治难度和成本将急剧增加，一旦发生事故，后果不堪设想。因此，在新线建设阶段的源头质量把控尤为重要。项目管理机构要落实设计、施工、监理等参建单位的责任，坚持问题导向，加强铁路建设工程质量管理，规范质量行为。提前介入单位对施工遗留问题，特别是可能影响运行安全的问题，要盯住源头整治、严格把关、彻底解决，确保新线源头质量。