营运铁路隧道衬砌病害整治技术探究

营运铁路隧道衬砌病害整治技术探究

陈玉兵

神华包神铁路有限责任公司

摘要：本文通过包神线响沙湾隧道病害综合整治项目全过程，根据隧道病害特征和铁路隧道运营作业空间时间受限等特点，有针对性的制定了相应的处置措施，并在现场实施过程中动态改进、完善，顺利完成了隧道病害整治。

关键词：隧道 衬砌 病害 整治

1、依托工程概述

包神线响沙湾隧道全长854米，于1987年10月建成通车。隧道进口段位于R=500m的曲线上，其余均位于直线上。隧道纵坡为7.2%~8%上坡。隧址区岩性为砂岩、砂质泥岩及砾石，地质条件复杂。采用上下导坑、先拱后墙法施工；隧道拱部采用200号素混凝土、边墙和仰拱采用150号素混凝土。

2、隧道主要病害情况

由于隧道建造时间早，设计标准较低，结构存在缺陷、施工工艺落后，在列车运行扰动、环境变化、运营期间维养欠量等诸多因素影响下，隧道病害日益突出，其主要病害包括衬砌裂缝、拱顶剥落掉块、衬砌背后空洞不密实、衬砌混凝土劣化、局部变形侵限等。

2.1衬砌裂缝。隧道衬砌裂缝主要集中在隧道出口段200米范围，呈纵向、斜向、环向等多种形态，大量裂缝网状交织，拱顶裂缝附近有剥落掉块现象。

2.2衬砌混凝土强度情况

出口段混凝土离析、振捣不密实部位较多，相应部位混凝土强度多小于设计值。

2.3隧道出口地表情况

响沙湾隧道出口山体陡峭，地表植被稀疏，基岩裸露，在隧道出口段右侧形成了1道冲刷较深的冲沟。

2.4衬砌侵限情况

衬砌侵限多存在于刹尖口以下部位，刹尖口处尤为突出。由于响沙湾隧道施工采取先拱后墙法施工，拱部与边墙没有有效连接，相互约束作业有限，致使隧道边墙在围岩、水压力及冬季岩体冻胀等作用下内倾，形成明显错台。严重部位的错台相对错开超5cm，错台长度8~9m,属于规范A1（较差）等级。

3、整治关键技术及卡控措施

营运线铁路隧道整治受限于作业时间（天窗）、作业空间、既有铁路设备和运营安全等因素，作业前必须制定严格的整治计划方案，按照运营单位的管理规定及时提报作业计划，在召开施工预备会时明确作业内容、使用机具、安全卡控措施、需要铁路维护各专业如何配合等等，把施工可能遇到的问题充分预想到位；工后召开施工总结会，把作业过程中产生的新问题及时进行总结和强调。

3.1隧道出口地表注浆加固。隧道出口顶部为风积沙覆盖层，埋深约2~8m，土体松散，在隧道出口段衬砌混凝土置换和刹尖口处理过程中存在塌方冒顶等风险。为保证后期隧道出口段衬砌混凝土置换、开槽安装钢拱架等施工安全，首先对隧道顶部浅埋段宽20、长15米范围内进行地表注浆加固处理。加固采用Φ42mm钢花管、间距1m梅花布置，加固深度至隧道拱顶以下3m,隧道顶部钻至衬砌处即可。为保证注浆质量，有效控制注浆压力，钻孔前在地表浇筑厚度30cm的混凝土止浆墙，止浆墙按照设计注浆孔间距预留钻进和注浆孔，钻孔形成后安置注浆管，封堵预留孔，及时完成注浆。注浆过程中要加强地表及洞内观测，注浆压力要根据现场灵活调整，防止压力过大造成衬砌破坏。同时要卡控好注浆量，当注浆量明显增大时要认真分析可能的原因，不可盲目操作。

3.2锚杆施工。锚杆是隧道加固体系的重要受力部件，是施工的控制性工序。衬砌劣化混凝土置换、长大裂缝整治、钢带加固等都要通过锚杆作用与围岩等形成受力体系，因此锚杆施工质量的好坏直接影响到隧道加固效果，是至关重要的一道工序。锚杆施工过程中，锚杆长度、孔位、钻孔孔径、孔壁粗糙度、锚杆与作用面角度、注浆料选取、注浆料拌制水灰比等对锚杆注浆后的抗拔力都有影响，因此，为保证中空中空注浆锚杆施工质量，施工过程中需要注意以下几点：

3.2.1锚杆孔位放样。在隧道加固方案中，锚杆与钢架、钢带等共同形成加固体系，锚杆孔位放样的准确性对后续钢架、钢带安装及受力合理性来说都至关重要，例如同一环向上的锚杆错位较大时，就很难与钢架、钢带准确可靠连接。因此必须严格按照锚杆设计间距和空间方位进行锚杆孔位放样，施工现场利用两台激光水平仪进行锚杆孔位放样，一台控制环向方位、一台控制沿线路走向方位，这样可保证钻孔位置准确，后期安装易于操作。

3.2.2钻具选用及成孔。锚孔钻具的选用在锚杆施工中非常关键，特别在既有线隧道加固施工中显得更为突出，如何在有限的天窗时间内完成既定工作量，这就要求施工单位在施工前要根据隧道围岩状况选择合适的钻机、钻头及钻杆，并在施工过程中根据围岩性质实时做出调整，保证钻进效率。比如在有水作用的泥岩中，钻进过程中形成的粘泥极易堵塞钻头中心的排气孔，导致钻渣无法及时排出，影响钻进效率和后期锚固质量（残留钻渣降低注浆体强度）。

3.2.3锚杆注浆。成孔后，要根据现场条件尽早组织注浆作业，特别是泥岩等易风化岩层，成孔后在风、水作用下极易造成锚孔缩颈、塌孔等，影响注浆质量，降低锚杆锚固力。中空注浆锚杆在注浆过程中还应注意：

⑴中空注浆锚杆在用于边墙或锚孔向下倾斜的部位时，应采用锚孔底出浆、锚孔口排气的排气注浆工艺，锚孔内砂浆由锚杆内注入向外充盈，中空锚杆在注浆过程中兼用进浆管的功能。注浆前要注意预留泄气孔，泄气孔也可作为观测孔使用，待浆液从泄气孔无气泡连续流出时，及时封堵泄气孔，达到注浆压力后停止注浆。

⑵当锚杆用于隧道拱顶或是锚孔向上倾斜、且倾角大于30º时，应采用锚孔口进浆、锚孔底排气的反循环注浆工艺进行注浆，锚孔内的砂浆由外向内充盈，砂浆由锚孔口设置的注浆口注入，中空锚杆作为排气回浆管用，锚孔内的空气从中空锚杆的中空内孔排出，注浆完成后要立即安装堵头。

⑶中空注浆锚杆要做好居中措施，保证锚杆周边砂浆包裹有效。如果没有居中措施或是居中措施不到位，就会使部分锚杆杆体与岩层直接接触，无法形成有效的浆体包裹，降低有效包裹面积，极大降低锚杆的抗拔性能。

⑷注浆过程中为了保证注浆效果，减少撤除注浆嘴时的浆液回流和堵头安装过程中的压力损失，施工过程中应制作安装注浆阀（利用锚杆连接套和不锈钢球阀焊接而成，如图3所示），待注浆结束后及时将阀门关闭，这样可有效减少浆体外流或随注浆泵倒吸回流，避免造成锚杆周边孔洞不密实。同时，注浆阀能在二次补浆时方便操作，保证补浆质量。

图3 注浆阀

3.3破损及强度不足二衬处理（劣化混凝土置换）

衬砌混凝土置换采用分段法施工，混凝土施工主要工艺流程为：中空注浆锚杆加固围岩→凿除劣化混凝土（内大外小）→周边植筋并焊接成钢筋网片→刷界面剂→浇筑新混凝土。

3.3.1锚杆施工参照3.2。

3.3.2混凝土凿除一般采用隔3凿1进行凿出，凿除面积一般为1m*1m，边墙置换时可适当放大。凿除时首先将需置换的混凝土切割成小块，在利用风镐凿除，这样可有效控制凿除范围，也避免因振动过大造成结构破坏。

3.3.3植筋时锚固剂选用尤为关键，施工前先按照设计锚固深度、不同孔径试做3组，每组3根，以选择最佳植筋方式，并满足设计抗拔力后方可使用。由于每次置换混凝土面积有限，为保证接头质量，钢筋网片以焊接为佳。

3.3.5植筋完成后吹扫凿除混凝土表面，喷洒界面剂，及时安装模板，浇筑混凝土，覆盖两布一膜土工布洒水养生。

3.4拱墙接缝处理（刹尖口）

拱墙接缝采用凿槽植筋、嵌补处理。工艺流程为：上下各1排中空注浆锚杆加固围岩及锚固衬砌→凿槽→槽内上下植筋并焊接→纵向连接筋焊接→中空锚杆锚固并焊接→刷界面剂→砂浆填塞密实。

3.5裂缝处理

3.5.1长宽裂缝处理（长度大于5m或宽度大于3mm）对长度大于5m或宽度大于3mm的长宽裂缝采用缝内注胶+密封胶填塞+锚杆锚固的综合整治措施。工艺流程为：凿梯形槽→清槽后环氧树脂砂浆填塞、同时预埋注浆管→压注弹性环氧结构胶→中空注浆锚杆锚固。

3.5.2短小裂缝处理（长度小于5m且宽度小于3mm）

对长度小于5m且宽度小于3mm的短小裂缝采用缝内注胶+密封胶填塞的整治措施。工艺流程为：凿梯形槽→清槽后环氧树脂砂浆填塞、同时预埋注浆管→压注弹性环氧结构胶。

3.6钢带安装

隧道K45+408~+590段采用W型钢带结合R32自进式注浆锚杆进行加固处理。W型钢带环向间距1环/m。R32自进式注浆锚杆间距1m*1m梅花布置。钢带安装过程中要注意控制接头搭接长度，钢带尽量与衬砌表面密贴，不密贴处注浆填满。

4、结束语

4.1利用天窗加固隧道，要加强与运营部门沟通，及时组织召开施工预备会、总结会。

4.2在隧道施工过程中，要根据隧道施工条件和遇到的问题及时进行总结，改进优化施工方案，本隧道锚杆施工过程中，经过10多个“天窗”的摸索和总结，从方案的可行性、安全性、施工效率等方面不断调整和优化人员与机具配置，改进施工工艺，使得作业效率极大提高，每组锚杆完成数量由起初10多米逐渐提升到了30~40米，使得整治项目能够如期完成。

4.3施工过程中要加强监控量测，根据监控数据及时调整施工措施和进度，特别在隧道衬砌凿除过程中，必须严格按照设计要求控制每次凿除范围，做好工后检测，保证隧道施工安全。注浆参数在施工过程中通过试验调整，注浆应严格控制压力，并在加压过程中对衬砌密切观察，防止对衬砌造成损坏。

参考文献：

[1]《铁路桥隧建筑物修理规则》（铁总工电[2018]125号）[S].中国铁道出版社，2018.

[2]《地下工程渗漏治理技术规程》JGJ/T212-2010[S].中国建筑工业出版社，2010.