杭黄高铁金锅皊隧道月牙形裂纹处理技术

杭黄高铁金锅皊隧道月牙形裂纹处理技术

连东胜

（中国铁路上海局集团有限公司芜湖工务段，安徽 芜湖 241000）

摘要：杭黄高铁位于皖南山区，设计时速250 km/h，隧道较多。由于施工缺陷及运营后列车通过时产生的不规律风压、震动导致施工缝处月牙形裂纹出现，严重影响高速铁路行车安全。本文重点分析隧道衬砌月牙形裂纹生成原因，对金锅岭隧道月牙形裂纹进行了重新模筑处理，并对模筑衬砌、模筑板的牢固性、密实性进行研究，给出了安全可靠的解决方案。

关键词：高速铁路  隧道衬砌  月牙形  裂纹  模筑  压浆

1前言

随着我国经济的高速发展，高铁建设取得了很大的突破，隧道方面取得了令人骄做的成绩，但随之各种病害也逐渐凸显出来。在铁路运营过程中，工务人员检查发现了大量的二衬结构病害，常见的主要有二衬月牙形裂纹、空洞、空响及漏筋等。本文以杭黄高铁金锅岭隧道二衬混凝土月牙形裂文结构病害整治为例，以现有规范、专著、文献等为基础，吸纳以往二衬结构病害整治施工经验，分析隧道砌裂纹产生机理，研究高铁天窗内施工难点，提出确保模板、衬砌稳固密实和保护周边既有设备的具体措施，旨在提高施工技术质量，效果良好。

2工程概况

2.1隧道概况

金锅岭隧道位于安徽省黄山市歙县北侧约6km，进口位于歙县金锅岭衬附近，出口位于歙县岑山衬附近，杭黄线K249+561～K253+207，全长3.6 km，隧道截面90 ㎡，为电气化铁路双线有砟轨道，2019年投入运营，目前，运营期3年。

2.2隧道衬砌结构

金锅岭隧道采用复合式衬砌结构。初期支护采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网、和钢架组合喷锚支护，病害处二次衬砌采用模筑混凝土支护采用C30、C35纤维混凝土，拱顶采用预留注浆孔、纵向预留导管的注浆导管法回填注浆。

2.3隧道运营条件

二次衬砌拱顶设有接触网立柱、槽道，其后设有防水板，衬砌间设有施工缝，缝中设有中埋式止水带。隧道中铺设双线无缝钢轨，线路两侧设有300×300 m，敷设电力电缆、通信、信号的强弱电电缆槽，电缆槽设混凝土盖板。

2.4月牙形裂纹

金窝岭隧道月牙形裂纹是设备养修单位在2020年日常检查中发现的。月牙形裂纹一般为“半月形”，程闭合型和非闭合型，深浅不一，素混凝土及钢筋混凝土都有出现，在处理前往往需要进一步取芯验证裂纹深度如图1。

                                          图1月牙形裂纹及取芯

3月牙形裂纹生成原因分析

3.1施工缺陷

混凝土抗压强度很高，C35混凝土能达到35-40 MPa，抗拉强度很低，劈裂抗拉强度仅为抗压强度的十分之一，在二次衬砌混凝土厚度、密实度不够，施工回填注浆控制不严，监理项目验收不全、不细，施工缝处回填注浆后，二次衬砌与初期支护之间不密实，有空洞等施工质量不达标的情况下会急剧下降，因而在不利环境条件下或高应力下极其容易开裂，形成裂纹。

3.2列车风压、震动

高速铁路在隧道中运行时，列车壁与衬砌之间将产生强烈的非定常、可压缩、黏性列车风并伴随强烈高频震动。列车风具有一动一静双边界特性，在列车尾部通过隧道段面后的短时刻风速达到最大，列车交会时更为明显。这种伴有高频震动的强烈不规律荷载、反力具有很强的破坏作用。在二衬混凝土上，不仅导致混凝土内部产生裂缝，而且随着时间的积累也会导致裂缝完全开裂。

3.3混凝土体积变化

混凝土在持续荷载下的徐变、温度应力(包括升温)和化学成分不一致会引起体积发生变化。早期体积变化在界面上产生的剪应力和拉应力会引起界面粘结开裂，进一步发展也延申至内部或直接导致混凝土内部产生裂缝。

3.4混凝土失水收缩

水凝性水泥混凝土的基本特点是收缩。水泥水化过程中形成的硅酸钙胶体上带有吸收水和夹层水，一旦失水将产生骨料与灰浆界面间的粘结裂缝及砂浆本体内部的凝胶裂缝。水化和收缩引起的体积变化再产生足够大的拉应力和粘结应力，进而引起骨料与砂浆接触面上破坏，形成微裂缝和干缩裂缝。

4月牙形裂纹处理方案

高速铁路营业线施工最重要的约束性因素是时间、质量和安全。如何能够确保施工及运营期间衬砌、模板稳固是方案设计的出发点也是落脚点。金锅岭隧道二次砌月牙形裂纹共8处，其中6处素混凝土，月牙形裂纹距离施工缝≤30 mm，面积＜3㎡，借助盘扣式支架作业平台，采用局部凿除重新模筑设计厚度钢筋混凝土处理方案，但此方案面临凿除彻底，衬砌牢固，模板牢固，模筑密实，设备保护5个难点需要解决。

4.1天窗内衬砌凿除彻底问题

素混凝土采用电镐、切割机凿除，其密度约为2.35 t/m³，按厚度40 ㎝、面积3 ㎡计算总重量可达到2.8 t。为防止凿除过程中混凝土大面积脱落造成人员伤亡或设备坏，保证月牙形裂纹范围内混凝土全部凿除，新凝土面无松动，不破坏原防排水设施，拆除时须自而下，分块分段进行如图2。

图2环向衬砌拆除示意图

凿除顺序环向位置由、I、II、V自上而下，按I1-II1-III1→…→I40-II40-III40拆除顺序逐处凿除，接近防水板时采用小型电镐轻凿缓凿。

4.2运营期模筑砌牢固问题

水泥与水混合之后，水化反应立刻在水泥颗粒表面发生，生成的胶体状水化产物聚集在颗粒表面而形成水化物膜层，随着生成的胶体状水化产物不断增多，膜层增厚并相互连接构成疏松的网状结构，使浆体逐渐失去流动性，然后初凝。C35混凝土初凝时间一般要2-3小时，2-3年以后才停止。因此，控制衬砌植筋数量、深度，选择修补何种形状成为增强模筑衬砌牢固的重要措施。

具体方法是在空洞四周二次衬砌中部环、纵向植入Φ16的螺纹钢，采用A级锚固剂，间距20 cm，深度30 cm、50 cm交替布置。安装150 mm×150 mm×6 mm锚垫板与螺杆紧密连接，以增加锚杆与混凝土的锚固力。模板四周安装膨胀螺栓，与模板电焊连接，以达到临时加固封堵未凝结混凝土的作用。

4.3自密期模板牢固问题

初凝后混凝土产生一定强度，随着养护时间的推移，强度不断加强。前14天强度增长较快，后14天曲线开始变得平缓，28天后曲线更加平缓。在混凝土凝固前，模板承受模筑混凝土巨大重力作用，加之天窗结后高速列车风压震动等综合作用，模板极易发生松动。因此，采用对拉锚栓加植筋网片方法固定。

钢模尺寸合适，锚栓嵌岩深度0.4 m，化学锚栓、植筋网片、零小部件安装牢固并全部焊接连接成整体。钢模对拉锚栓采用两根钢管配合蝴蝶卡并列加固并双螺帽，同时模板四周膨胀螺栓与模板、注浆预埋钢管与网片电焊连接成为整体。

4.4施工结束期模筑密实问题

施工作业不规范，处理方法不得当是造成模筑不密实的直接原因。为解决模筑不密实的问题，我们采用对称浇筑加带模充填压浆方法处理。

采用流动性较好混凝土匀速对称浇筑，充分回填凿开的拱部衬砌，孔洞采用“刹尖”封口。灌料孔理R25N注浆、排气管各一根，达到设计强度70％以上后，用06:1-1:1水泥砂浆注浆。初压控制在0.1～0.2 MPa。①注浆应按照从下至上的原则，先拱腰后拱顶。②随时检查孔口有无漏浆现象，如发生漏浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵。③排气孔流出浆液，及时封堵。④浆液凝固后取下注浆阀封孔，保证注浆完毕后填满空隙。

4.5施工期周边设备保护问题

拱顶周围布满各种供电设备，钢模板安前，会同供电段对AF线、PW线等设备悬挂高度进行核查，距接带电电缆不小于500 mm。对不满足安全距离的，按设计要求调整悬挂高度或设置接地装置。

注浆口、排气孔在承力索、正馈线、绝缘子等设备上方时，采用油布等防火材料及其他有效的保护措施包裏接触网等各种电缆，避免接触网等电缆线被焊渣损伤。采用彩条布等防水、防泥浆等材料覆盖到接触网、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。吊柱附近注浆施工时做好监测。同时油布、彩条布对工作范围内的电缆、道床、钢轨等覆盖防护。

5结语

在拆除二衬素混凝土时注意顺序自上而下，分块分段进行，以避免出现大规模掉块及处理不于净。为增强模筑混凝士稳定性，选择了增加砌植筋深度、布置及倒梯形修补方式。同时为增强板牢固性，采取各部件正常连后的整体性焊。最后为消除对周边既有设备的影响，采取避让及油布、彩条布包裹防护措施加以解决。隧道二衬同一部位同时存在多种缺陷病害时，应视具体情况进行综合整治处理，由于排查手段和评判技术的局限性，整治施工过程中需核实缺陷范围、类型，对整治范围、措施适用性进行验证、评估，在此基础上方可实施合适的整治方案。

参考文献

[1]国家铁路局.TB10003-2016铁路隧道设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2020

[2]国家铁路局.TB10003-2016高速铁路隧道工程施工质量验收标准[S]北京:中国铁道出版社，2019

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[4]薛再兰.鸟鞘岭隧道整体道床病害原因分析及处理[J].铁道标准设计，2017，58(9):85-88

[5]林同炎结构混凝土手册M北京:中国铁道出版社，1991

作者简介：连东胜（1985-），男，河北保定人，工程师。主要从事高速铁路养护维修工作，有近8年高速铁路养护工作经验，工作期间发表多篇有关高速铁路运营养护方面论文，其中2018年发表的《浅谈铜陵长江大桥铰轴滑板支座养护方法》，荣获“江苏铁道学会工务委员会特大型桥梁养修管理技术论文三等奖”。