既有铁路隧道衬砌裂损维修决策研究

既有铁路隧道衬砌裂损维修决策研究

张军朋

中交三公局交通轨道公司 北京 100020

【摘要】对于现有隧道的修复，现有修复方法的选择受投资成本，自然环境，施工等因素的影响。针对这些因素，作者使用许多评估方法来简化矩阵推理算法，并使用逻辑方法来确定现有计划的解决方案。维护现有的铁路隧道，使用正确的矩阵模型来增加对铁路隧道裂缝的维护。使用经验丰富的决策方法来进行铁路隧道保养，从而使权重求取更加科学合理。

【关键词】铁路隧道；衬砌裂损；维修决策

最近，随着铁路里程的增加和铁路速度的提高，中国的铁路部门经历了快速的增长，由于改目前铁路承载能力和铁路速度受到现有的铁路病害的限制，导致铁路中病害问题频繁发生，例如由于泄漏，裂缝，腐蚀，结构变形等原因。降低了轨道的操作安全性并缩短了使用寿命，因此，在维护方面，修复现有铁路隧道的各种问题是必要的。规划时，需要了解衬砌裂缝产生原因。制定科学计划以保证可以对铁路隧道进行维护。

1造成既有铁路隧道衬砌裂损的主要原因

1.1地质环境原因

在许多情况下，隧道地质条件更加复杂，隧道的质量和环境也不同，这可能会导致引起衬砌裂缝，从而导致张力不均匀。同时，现有的铁路隧道代表着复杂的地质和地形条件。例如:断层，节理，偏压等，导致易于产生常见的结构裂缝等问题。这在地质突变区，滑坡段，该问题尤为常见。衬砌裂缝会影响地下水环境，并且由于恶劣的地下水环境引发各种裂缝。

1.2设计原因

当前，大多数铁路具有较长的使用寿命，并且由于受到各种管理不科学导致项目的设计不合理。此外，由于隧道所在的地质水文和技术条件也具有多变性特征，项目设计通常没有收集完整的地质数据。因此，围岩的实际重量与涂层的成分不相容，涂层的选择不一致，围岩的分类不正确，可能会出现裂纹。同时，如果没有科学的维护计划，由于支护不充分或张力不均匀，该部分的衬砌裂缝可能会出现不同程度的裂缝。

1.3施工原因

铁路隧道施工时，可能会遇到很多事情，处理不当可能会导致隧道衬砌发生裂缝。例如，管理不当，没有选择合适的施工方法，有限的技术要求等，以及无法控制施工的质量，涂层的强度不足，厚度不足，并且压力增加，导致围岩变弱。此外，施工过程可能会出现许多问题，可能会出现裂缝等现象。同时，如果混凝土质量存在问题，也可能导致开裂。例如。由于原料中骨料的含量没有进行严格限制，从而引起截骨料膨胀反应问题^[1]。

1.4运维原因

现有铁路隧道需要长期科学的保养和维护。如果没有适当的保养和维护，则会由于一些小裂缝发展成为衬砌裂缝，如果在维护过程中，未发现衬砌裂缝并且未及时处理衬砌裂缝问题，或者如果未找到发生病害的病因且维护不当，则会造成涌水裂缝，渗漏水，贯通性裂缝等其他问题。

2铁路隧道衬砌裂损检测

使用测量工具来测量隧道周围围岩变形和支护结构的运行状态，可以使相关人员清楚地确定发生病害的原因，并快速有效的采取解决措施。可以通过套管后面的孔钻探隧道中的裂缝，测量衬砌结构变形的宽度和深度。最后，根据测试结果创建裂纹观察表。

（1）衬砌变形：表将钉子固定在变形部分，钉子上挂上锤球（需要测量垂直距离），这对应于嵌入在隧道底部的固定点，通过相应地观察衬砌变形来计算。

（2）裂缝观测：①灰块测标观测法通常在裂缝的开始和结束时，裂缝宽度最大或交汇处，每3-5米设一块。②钎钉测标观测法：将普通钎钉和L型的钎钉埋入裂缝两侧，通过改变两个钉尖的相对位置来测量裂缝扩展程度。③金属板测标观测法：用两个标记将金属板和薄金属板连接到沟槽两侧，间隙的宽度在两种金属相互靠近的位置可见。

（3）裂缝宽度和深度的测量：可以借助显微镜（刻度为0.02毫米）和声学仪器（或钻芯技术）来测量。

（4）衬砌覆盖层以及密实性检测:碰撞法，中级钻井方法。物理控制方法。

3铁路隧道衬砌裂损的类型

到2019年底，中国铁路里程将达到13.1万公里。根据相关数据，通过隧道的测试结果与隧道裂缝研究数据相结合，结合大量文献分析结果和隧道技术实例，本文试图分析纵向裂缝方向与隧道长度之间的关系。见表1。

表1隧道混凝土衬砌裂缝调查统计

（1）纵向裂缝：纵向裂缝是现有铁路裂纹最具破坏性的裂纹。裂缝平行于隧道的轴线。如果裂缝长时间不进行维护，则可能导致结构破坏并损坏墙壁。如下图片1所示。

图1纵向裂缝

2. 环向裂缝：这是由于不均匀的载荷或围岩压力变化引起的。如图1和图2所示，这种裂缝的大多数都发生在进出口和不良地段的接壤处。

图2环向裂缝

（3）斜向裂缝：通常沿隧道纵轴成45度。由于混凝土衬砌纵向应力的和受力会产生拉力，因此损坏程度相当于纵向裂缝，如图2所示^[2]。

图3斜向裂缝

在隧道施工期间，围岩的裂缝通常不会影响整个衬砌结构。凹槽中的裂纹和倾斜裂纹对结构的整体稳定性有很大的影响。

4既有铁路隧道衬砌裂损维修原则和整治措施

4.1衬砌裂损病害的防治原则

进行裂纹维护时，必须考虑裂纹的宽度和疲劳状态。在裂缝的不同位置使用不同的维护程序，以稳定围岩并加固涂层，以免损坏涂层，确保衬砌结构的完整性和稳定性。同时，加强观察并了解裂缝变形状况。衬砌裂缝造成的损坏必须及时制止，以防止扩展。有必要适当维护现有隧道的病害问题，同时，适当控制铁路交通状况，并尽量减少对铁路正常运营的损坏。必须加强对隧道的监测和测量，以确保加固隧道的净空符合要求。

4.2裂缝整修措施

不影响结构安全性的小裂缝或者是没有渗漏问题的接缝。通常，对于小裂缝，根据“预防与整治结合”的原则，可以防止表面的小裂缝持续扩大。对于不会对涂层结构产生重大影响的小裂缝，可以用水泥砂浆或环氧树脂以1：1比例修补，并添加10％〜17％的膨胀剂可以防止砂浆的收缩固结，用低压灌注树脂浆液技术，对裂缝进行处理，并留出注浆口，然后安装注浆底座进行注浆操作，等到浆液固化后拆除封胶和底座，裂缝修复可以通过用高强度密封砂浆密封裂缝表面来防止裂缝进一步扩展。如果裂缝超过1毫米，则通过引入高强度环氧树脂来对裂缝表面进行填充以进行裂缝修补。

4.3岩体稳固措施

岩体的稳定性主要是为了优化围岩周围应力的分布，并控制围岩在塑性区的变形发展方向，限制破坏的程度，改善岩石的耐磨性，并提高围岩的整体稳定性。

（1）锚杆加固技术：锚固方法使用加固网，铰接式悬架支撑的锚杆和金属夹紧支撑。锚固支撑是一种主动支撑，可以增强围岩的变形，可以用作支撑。因此，长时间具有改善的围岩强度的作用。锚杆深入到围岩中，并对围岩产生总体影响，有效提高围岩强度。就比如是混凝土加入钢筋一样，它可以加强钢筋承载力，避免周围的岩石松弛，并提高围岩强度和整体抗变形能力。锚杆对工作面进行了深层加固，对周边的围岩具有预先控制作用，可以有效地进行超前支护，与其他方法相比，该支撑方法具有许多优点。

（2）注浆回填加固：该方法适用于由于衬砌周围有空隙或者不密实而导致病害的情况。注浆回填技术有效地稳定了围岩，使围岩与套管结构完美连接，从而增加了套管的负荷。但是，注浆技术的复杂性在于控制注浆的容量和压力。因此，应在注浆回填之前需要研究衬砌背后的空洞大小，以确定注浆量和注浆压力，在进行注浆期间，有必要仔细研究注浆的范围和注浆的压力，并检查涂层的变形。注浆完成后，评估其有效性并对不满足设计要求的裂缝进行再次注浆。

（3）渗水治理加固：如果裂缝漏水，那么这种类型的接缝修补应该以恢复衬砌强度为主，结合堵水和排水设计的综合治理方式：①喷射法：它对于大面积渗水这样病害比较实用，但渗水不严重的衬砌病害采用这种方法效果不理想。②涂层法：所适用的范围是渗水程度很小。③开凿沟槽排水，也就是将渗水引入排水沟，该方法适用于水渗漏量水的情况，而且漏水沿着施工缝和衬砌裂缝处呈现线状分布状态。④该方法适用于水渗漏不严重的情况^[3]。

4.4衬砌加固措施

（1）套拱、换拱加固：当衬且结构严重损坏时，可以使用套拱、换拱加固方法，该方法可以对病害严重，并且病害多发地段的整治比较有效，该方法对该疾病的整治更有针对性。衬砌加固措施方法更加出色，并且可以严格满足对裂缝维护的要求，它具有最佳的维护效果。根据套管的结构程度，它可以分为整体加固或局部加固，损坏的结构很复杂，在有承载力的情况下，其他加固方法很难确保结构的稳定性。或者，如果衬砌结构严重侵入边界，则必须更换衬砌。涂层更换可分为全部或部分涂层更换。需要加固不稳定的围岩，加强对攻圈的拆除施工，搭接间距合理布置等。

（2）锚喷加固：作为一种“柔性”支护，锚喷加固适于大面积病害情况下的修补，锚喷支护可分为素喷，网喷，锚网喷，喷射等。目前最常用的方法是锚喷加固，在安装锚喷加固时，可以考虑实际操作条件。这种方法的主要优点是可以将锚杆，混凝土和钢筋网相结合的优点充分发挥出来，通过结合喷涂层和原始涂层，可以创建新旧合成层。另外，可以增加拱结构的柔韧性，抵抗力和抗裂缝性，提高整体衬砌结构的强度。有效地改善围岩变形问题。

（3）衬砌背后空洞压浆：该方法主要用于衬砌的变形或局部处理。衬砌背后空洞压浆提高了拱的柔韧性，减少了涂层的不稳定性，提高了围岩的稳定性，甚至提高了抗拉强度，提高了拱的硬度和稳定性。对于建筑材料，可以选择常规水泥，自压缩水泥砂浆和其他便宜的材料。易于使用，优异的耐腐蚀性，经济性和实用性。

5结语

由于铁路隧道的使用寿命长，并且由于各种原因会担心铁路隧道损坏，因此需要对其进行维修。本文介绍了消除隧道衬砌裂缝的基本方法和防止裂缝的原理。在隧道的设计，施工和运营中，采用了各种裂缝形成病害相对应的加固措施。

【参考文献】

[1]刘晓伟.既有铁路隧道衬砌裂损维修决策研究[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2016(06):82-83.

[2]李云,吴小萍,廖群立.既有铁路隧道衬砌裂损维修决策研究[J].郑州大学学报(工学版),2012,33(04):14-17.

[3]李云.既有隧道衬砌病害评估与治理决策[D].中南大学,2010.