既有线隧道套衬施工措施浅析

既有线隧道套衬施工措施浅析

王浩

中铁二十五局集团第四工程有限公司； 广西 柳州 545007

摘要：随着我国高速铁路的飞速发展，一些运营的线路出现不同程度的病害，特别是运营中的隧道衬砌病害治理难度极大。文章着重介绍铁路运营期间隧道衬砌出现网状裂纹采取套衬施工的处置措施及模板检算，对关键工序进行论述。

关键词：既有线隧道；衬砌网状裂纹；套衬施工；模板检算

Analysis of the construction measures of existing line tunnel sleeve

Wang Hao

(China Railway 25 Bureau Group Fourth Engineering Co., LTD. Guangxi Liuzhou 545007)

Abstract With the rapid development of high-speed railway in China, some operating lines have different degrees of diseases, especially the tunnel lining diseases in operation.This paper mainly introduces the disposal measures of the tunnel lining construction and discusses the key process.

Keywords Existing line tunnel, lining mesh crack, lining construction, template inspection

1 工程概况

某铁路运营隧道全长1308m,运行时速160km/h，实行“动车径路，普速管理”。该隧道洞身标471.5~475.5段二次衬砌为素混凝土,设计厚度为30cm、强度为C30。施工过程中该处存在防水板切割二衬，造成在运营期混凝土出现网状裂纹。如图1所示。

图1 缺陷图示

2 整治措施及存在困难

按照尽量利用既有衬砌结构，以达到恢复或基本恢复设计结构的承载能力，保证铁路运输安全，降低对行车影响的措施选定原则，结合建筑限界、四电线路等现场实际情况，采用25cm厚C40微膨胀自密实模筑钢筋混凝土套衬进行加固。

既有线隧道整治技术难度大、专业性要求高、可利用“天窗”时间短。为保障列车行车安全，需要对套衬模板设计进行安全性检算。

3 安全性检算

3.1 设计荷载

施工结构（包括背肋、钢模等模板组成构件）自重标准值（Q1）由有限元构件Midas Civil根据构件体积及材料容重自动计算结构自重，自重系数取为1.05，分项系数取1.2。

拱顶新浇筑钢筋混凝土自重标准值（Q2）容重取值26.5kN/m³，根据模板处对应浇筑混凝土体积（0.25m厚）换算成均布竖向荷载后作为该项值，分项系数取1.2。

边墙混凝土初凝前对模板的侧压力（Q3）根据一次性浇筑整环混凝土计算后作为该处侧向荷载，分项系数取1.2。

浇筑和振捣混凝土时产生的冲击荷载标准值（Q4）可采用4.0kN/㎡，分项系数取1.4。

为充分保证营业线施工的安全和结构可靠度，避免因施工过程中其他因素影响，在考虑分项系数的基础上，结构计算安全系数取3.0。

3.2 套衬一次性浇筑计算结果

3.2.1 荷载组合

（1）新浇筑边墙混凝土侧压力计算

根据设计断面可知，模板最大垂直高度8.03m，套衬混凝土厚度0.25m，套衬长2m（按最短套衬计，以保证达到最大一次性浇筑高度，从而满足最不利工况），混凝土采用现场搅拌后泵送入模，入模温度大于10℃。

根据竖直模板侧压力计算公式：

式中：——新浇筑混凝土对模板的最大侧压力，KN/㎡；

V——混凝土浇筑速度，m/h；

按人工正常搅拌浇筑最快速度为4m³/h，则混凝土浇筑速度为：

V=(4 m³/h )/（0.25m*2m）=8m/h。

根据计算公式可得模板最大侧压力：

（2）新浇筑拱部混凝土荷载计算

因拱部钢模外倾角度已大于55°，故拱部模板荷载按照混凝土自重竖直加载，套衬混凝土厚度为0.25m，即套衬拱部混凝土自重荷载计算标准值为P_m=26.5KN/m³×0.25m=6.63KN/㎡。

（3）模板荷载组合值

套衬模板采用3mm厚的Q345预制钢模，模板背面采用十字框架式钢板背肋，拉杆采用HRB400φ18钎钉和φ14mm丝杆焊接连接，一端植入既有衬砌混凝土，另一端则与模板连接固定，拉杆布置间距为0.5m×0.3m（纵向×环向），钢模板之间采用螺栓连接。为保证施工安全性，采用最不利工况：即套衬混凝土一次性浇筑至拱顶过程中混凝土未初凝，混凝土对模板的侧压力、混凝土自重荷载均存在，且考虑浇筑过程中泵送混凝土入模时的冲击荷载，荷载组合值见表1。

表1 荷载组合表

3.2.2 荷载布置

套衬拱部外部荷载主要为浇筑混凝土时的冲击荷载和混凝土自重荷载，边墙模板外部荷载主要为浇筑混凝土时的冲击荷载和混凝土初凝前侧压力。

3.2.3 模板整体变形量验算

如图2所示，模板整体变形量利用有限元构件Midas Civil验算可知：钢模板在最不利工况和考虑3.0安全系数的情况下，最大变形量位于两侧起拱线位置，组合变形值为0.2mm<1.5mm，模板变形量满足要求。：

图2 模板整体变形图

3.2.4 模板承载应力验算

如图3所示，钢模板在最不利工况和考虑3.0安全系数的情况下，最大应力位于拱顶位置，模板组合应力值为12.8MPa<295MPa，模板应力满足要求。

图3 模板整体应力图

3.2.5 模板拉杆应力验算

如图4所示，模板拉杆在最不利工况和考虑3.0安全系数的情况下，最大应力位于两侧起拱线位置，组合应力值为33.15MPa<295MPa，模板拉杆应力满足要求。

图4拉杆组合应力图

3.2.6 模板拉杆反力验算

在荷载作用下单独对拉杆应力进行验算，如图5所示，模板拉杆在最不利工况和考虑3.0安全系数的情况下，最大组合反力位于正拱顶左右各1.2m范围内，组合反力为18.64KN，因此模板拉杆锚入衬砌后抗拔力应不小于18.64KN,满足拉杆现场抗拔实验要求。

图5拉杆组合反力图

3.3 结论

通过有限元构件Midas Civil分析计算，模板在混凝土浇注过程中最不利工况和考虑3.0安全系数的情况下，整体式浇筑或拱顶单独浇筑时各结构的强度和稳定性均满足设计和规范要求，结构安全可靠，施工可行。

4 施工措施

4.1 四电临时过渡及保护

施工前，对隧道内施工段原有四电线路的松紧度进行调整，在保证净空的前提下将其提前固定，并采用PVC管套进行保护。

4.2 植入化学锚栓

化学锚栓采用M20型，有效埋深不小于200mm，环向间距不得大于1m，单根化学锚栓抗拔承载力不小于30KN，化学锚栓在固化完毕后，应根据《建筑结构加固工程施工质量验收规范》( GB50550-2010)的规定进行锚固试验。

4.3 拱架安装

拱架在拱墙位置采用“锚固扣件+化学锚栓”的方式锚固于衬砌混凝土上，扣件铜板厚度不小于3mm，拱脚处利用长锚杆进行固定。安装前将接触线、承力索等采用土工布搭设覆盖（至少低0.5m）、绝缘子采用土工布包裹。安装过程中注意对既有线路的保护，严防刮伤、碰断现象。

图6 拱架锚固立面示意图

4.4 钢筋安装

钢筋安装前对接触网进行覆盖保护，严禁电焊机接地线与接触网搭接，并防止焊渣对接触网造成损伤。

4.5 模筑混凝土施工

套衬采用“错开分层、两侧对称、拱部一次成型”的顺序施工。施工缝避免留在受拉、受剪区域，并避开裂缝，相互错开设置。套衬拱部144°范围必须一次浇筑成型。

模板采用组合钢模，通过吊模方式进行固定，每块模板预留3个孔洞，沿隧道既有衬砌混凝土上钻设吊筋孔，利用植筋胶植入Ф16钢筋，纵向间距0.5m，环向间距0.3m，植入深度不小于30cm。外露模板部分吊筋加工为丝杆形式，穿过模板后，外垫10#槽钢进行加固，并拧紧螺母。安装模板时，要严格控制外露吊筋长度，避免侵入行车限界。

混凝土浇筑前底部采取土工布满铺的方式对水沟、轨道等进行保护，浇筑过程中控制浇筑速度，保持在每小时浇筑2m高度以内。

浇筑完成24h后，对套衬混凝土背后进行回填注浆。

图7 模板安装侧面示意图

4.6 拆模

待同条件养护试件抗压强度达到8MPa时，方可拆模。拆模后，及时涂刷养护液，并将外露钢筋头切割至与混凝土表面平齐，切断钢筋头表面涂刷环氧树脂防锈蚀处理。

4.7 四电永久恢复

5 结束语

既有线隧道裂纹整治，现场制约因素多，施工风险大，利用套衬的克缺方式符合“安全可靠、技术可行、便于施工、不产生新隐患”的施工原则。采用Midas软件计算结果直观，对常用公式法计算起到很好复核作用，对保证施工安全、运营期结构稳定起到很大作用，具有一定的参考价值。

参考文献：

1、《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）

2、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2014）

3、《Midas软件在桥梁临时结构设计中的应用》

4、《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068-2018）