新型特種材料在既有鐵路隧道襯砌修補中的應用

袁善文，李 賀

（1.中鐵二局股份有限公司，成都，610031 2.北京眷誠鐵道工程技術有限公司，北京，100055）

追溯我國鐵路隧道修建歷史已有一百年之久，對于一般混凝土結構，隧道平均壽命約為50年，我國隧道已進入高維修管理階段。我國鐵路隧道數量眾多，而且存在很多老舊隧道，這些隧道存在不同程度的各種病害，其中隧道拱頂破損、開裂掉塊屢見不鮮，甚至出現過拱頂掉塊砸中列車的情況，嚴重危及到列車的安全運行。隧道拱頂掉快現象出現頻繁，特別是那些運營時間較長的老線、舊線，隧道拱頂掉塊問題更為明顯而且尤為集中和突出。老舊隧道數量較大，突然掉塊很難預知，如何整治這些隧道成為鐵路工程技術人員面臨的難題。

本文通過葉赤線石腦鐵路隧道加固維修工程，介紹新型特種材料JC-41結構修補劑、JC-12快速堵漏劑在既有鐵路隧道襯砌修補加固中的應用。

1 工程概況

葉赤線石腦鐵路隧道（K14+403）位于葉赤線石腦站-沙海站間，本隧道始建于1934年，全長636m。隧道內線路為直線及R=400m半徑曲線，普通路線，混凝土軌枕，碎石道床。

全隧道襯砌材質為混凝土。斷面根據圍巖狀態采用不同厚度的曲墻式襯砌。據工務段反應隧道內線下均未設置仰拱，且襯砌厚度較薄，限界小，排水系統不完善，隧道內未設豎排水和中心排水溝。隧道內無照明、通風設備。

2 病害現狀及分析

據現場調查，該隧道襯砌質量較差，襯砌厚度較薄，隧道襯砌多處已嚴重腐蝕，邊墻襯砌表面多處出現麻面和空洞，拱頂襯砌沉降縫部位出現多處空洞。該隧道存在的主要病害有：

（1）隧道大面積襯砌表面腐蝕、剝落、掉塊，如圖1所示。

（2）隧道拱頂、邊墻襯砌腐蝕、剝落，形成空洞，如圖2、圖3所示。

（3）隧道拱頂襯砌腐蝕、剝落，混凝土失效，形成透頂，修建隧道時既有支撐原木裸露，如圖4所示。

圖1 隧道襯砌表面剝落

圖2 隧道拱頂襯砌剝落、空洞、掉塊

圖3 邊墻襯砌嚴重腐蝕、剝落、空洞

圖4 隧道拱頂襯砌剝落、吊空、透頂

經過綜合分析，我們認為該隧道襯砌病害主要原因為：

（1）隧道修建時間比較久遠，長期運營中隧道襯砌老化、腐蝕；

（2）隧道修建時材料緊缺，襯砌質量標準不高。

3 整治原則及方案

現有整治隧道襯砌破損、開裂和掉塊的方法，主要是較為傳統的掛網噴錨工藝，即采用錨桿掛鋼筋網片噴射混凝土的加固方式，該方法由于需要隧道具有足夠限界富余量，很多老舊隧道很難實施。鑒于此隧道情況，不能采用掛網噴錨方式，并且由于不能中斷行車，更換襯砌的方案也很難實施，所以我們建議對該隧道進行保守整治，盡量在不擾動、破壞隧道原有結構的前提下，對隧道襯砌進行局部的修補和修復，以恢復隧道襯砌結構的完整性，改善襯砌受力，達到加固襯砌效果。

整治方案主要有：

（1）對隧道襯砌表面出現的局部剝落、空洞采用JC-41結構修補劑進行修復；

（2）隧道拱部透頂滲水部位先采用JC-12堵漏劑進行堵漏，透頂圍巖預埋Φ25錨桿，既有襯砌后背鑲嵌3cm厚鋼板，襯砌厚度1/2處增設Φ12鋼筋網片，鋼板、鋼筋網均與錨桿固定。鋼板與鋼筋網之間以Φ16短鋼筋連接。襯砌厚度范圍采用JC-41結構修補劑逐層修復至既有襯砌表面。

（3）隧道拱頂透頂部位先在裸露原木表面分層涂刷JC-41結構修補劑至襯砌外表面（圍巖側），達到強度后打入Φ25錨桿和Φ16牽釘，襯砌厚度1/2處掛Φ12鋼筋網片，繼續使用JC-41結構修補劑修補至襯砌內表面。

（4）其余襯砌表面腐蝕較重處采用JC-41結構修補劑修復；零星局部漏水處采用JC-12快速堵漏劑進行堵漏，然后采用JC-41結構修補劑修復。

4 所用材料介紹

4.1 JC-41結構修補劑

JC-41結構修補劑是一種新型滲透結晶型修補材料，本產品適用于立面和頂部的結構物修補，尤其是進行薄層修補時不宜空鼓和開裂，本產品具有滲透結晶性能，修補后本產品能夠在水化作用下滲入既有混凝土結構，與既有混凝土結構形成完好的整體，另外，本產品具有一定的自我修復功能，也可以用于微裂紋的修補。

本產品是單組分產品，直接加清水攪拌后使用，與被修補結構的粘合力強，可以與原結構成為完整的一體。

本產品適用于混凝土橋梁、墩臺、承重柱、橋面板及露天薄板等表面開裂掉塊的修補；用于鐵路或公路隧道襯砌開裂掉塊的修補，恢復結構強度；用于混凝土蜂窩、孔洞、掉塊、風化受損的修補；可用于對于混凝土結構表面的微裂紋的修復。

本產品的特點：易調制，只需加水攪拌即可；施工簡易，既可濕噴，也可用刮刀、灰刀一類泥瓦工具操作；涂層粘著力強，抗壓強度高，耐霜凍和硫酸鹽腐蝕，無毒，無腐蝕性；具有較好的抗下垂性能，適合立面和頂面操作；對鋼筋具有保護性能，耐久性好，兼有密實良好的防水抗滲性；能在潮濕基層和潮濕環境下使用，可作為搶修材料；滲透結晶特性，能恢復受損結構的強度和完整性，自我修復功能能夠修復內部微小缺陷。

4.2 JC-12快速堵漏劑

JC-12快速堵漏劑，新一代“立止水”產品，是在原有“立止水”的基礎上，針對既有鐵路施工工藝進行改良而生產的凝結時間快、高強度、高粘結、微膨脹、滲透結晶型快速止水堵漏材料。

JC-12快速堵漏劑由多種物質組成，呈干粉狀，它可以在2～5分鐘之內堵住正在漏水的混凝土或磚石墻體的孔洞，并形成速凝強力永久止水栓。

本產品適用于：封堵隧道、涵洞或其他混凝土、磚石結構中洞、縫的漏水；用來彌合結構接縫，修補結構的缺陷；快速灌注和密封各種管道、錨固地腳螺栓以及混凝土、磚石基面的接縫；特別推薦應用于既有線運營鐵路隧道的漏水整治。

本產品特點：止水迅速、方便：只需用清水調和，可以迅速完成止水堵漏工作；強度高，粘結性好：該產品與既有結構較易粘結，硬化后強度高；微膨脹：該產品硬化后體積微膨脹，避免了由于干縮引起的接縫處再次漏水；滲透結晶、永久止水：該產品不收縮、強度高，通過滲透結晶性能可以與既有結構形成為完好整體，具有自我修復功能，只要結構不發生變化，就不會失效；抗滲壓力高：可以輕松止住150米以上的水頭壓力，一旦堵漏產品被高壓擊穿，在適當的環境下可以自我修復，重新具有抗滲能力；健康環保：無毒無害，對既有結構無任何傷害，可以用于飲用水系統等工程。

5 施工方案

本項目為既有線，須采用要點施工，所以需要工務段提供駐站和現場防護人員進行施工防護和要點等配合工作。

隧道出口有一塊空地，可以臨時存放機具、材料。由于隧道內避車洞較小，無法存放大型工具，施工所需機具、設備均在天窗點開始時，用平板車運入隧道內，施工作業完畢后，在天窗結束之前運回洞外存放。施工時所用小型工具或零星材料，在確保安全的情況下可在隧道內存放。

該隧道拱部施工，由于需要搭設施工作業平臺，施工所需時間較長，所以拱部施工應在封鎖點內進行。邊墻施工，可由少量人員攜帶較小工具，在做好各項安全措施和防護的前提下，利用列車間隔時間進行。

由于施工現場沒有水源，因此，施工用水，需要通過運水車從遠處將水運至隧道口進行分裝，然后再通過平板車運至施工地點。

隧道內無施工、照明用電源，施工時配備發電機一臺提供施工和照明用電。

6 施工方法和技術措施

6.1 拱部透頂處理

該處病害位于隧道右側拱腰，施工時需要在施工天窗內進行。施工前準備好施工所需的各種材料、機具等，待天窗前最后一趟列車通過后，將所需材料、機具裝到平板車上運送到施工地點，并迅速搭設施工平臺開始施工，天窗結束前、施工完畢后，迅速拆卸施工平臺，采用平板車將施工用具運出洞外保存。施工具體工序：

6.1.1 該處拱部透頂，先對其進行清理、加固。清理透頂部位襯砌接口表面灰塵，襯砌背后圍巖表面松動碎石等。清理完畢后采用堵漏劑等材料對透頂部位背后進行初步的填塞加固和處理。清理、加固時應小心謹慎，由于該處隧道透頂面積較大，而且能夠看到襯砌背后施工所遺留下來的原木，清理時應盡可能少擾動背后原木等，以免打破現有平衡狀態而造成坍塌。

6.1.2 按照設計圖紙并結合實際情況確定錨桿位置，采用小型鉆機鉆孔。選擇錨桿位置的時候應盡量避開所遺留原木，鉆孔時應小心進行，剛開始鉆孔時應緩慢進行，之后逐漸增加速度。

6.1.3 制作內嵌鋼板。根據透頂形狀，先用薄模板等臨摹出所需內嵌鋼板形狀以及錨桿孔位置，以此按照設計要求加工鋼板并焊接Φ16短鋼筋。

6.1.4 安裝內嵌鋼板。將錨桿穿入錨桿孔，并用少許力量打入一定深度，臨時固定錨桿，待所有錨桿打入后，將鋼板和錨桿進行連接，擰緊螺絲固定。

6.1.5 安裝鋼筋網片。內嵌鋼板安裝完畢后綁扎Φ12鋼筋網片，并與鋼板上短鋼筋進行連接。

6.1.6 采用JC-41結構修補劑逐層修復至既有襯砌表面。

6.1.7 考慮襯砌背后含水，對修復后襯砌表面鉆孔排水，避免冬季背后水上凍對襯砌造成凍脹。

圖5 （a）為隧道拱頂襯砌透頂處理過程 圖5（b）為處理后的拱頂

6.2 襯砌破損出水點

該處病害位于隧道邊墻或拱頂，施工時可安排少量人員攜帶小型工具，在防護人員的帶領下利用列車間隔進入施工地點進行施工。施工時應確保防護安全到位，作業人員所攜帶的工具、材料有安全存放地，所有施工人員預先找好避車地點，在列車經過時提前下道。具體施工工序：

（1）表面清理：清理襯砌表面灰塵，以及腐蝕、松動襯砌。

（2）采用JC-12堵漏劑對滲漏水處進行堵漏，堵漏時以表面無明水流出為宜。施工時應根據情況增設排水通道。

（3）采用JC-41結構修補劑修復襯砌至原樣。

6.3 拱頂襯砌剝落、空洞、掉塊處理

該處病害位于隧道拱頂，施工時需要在施工天窗內進行。施工前準備好施工所需的各種材料、機具等，待天窗前最后一趟列車通過后，將所需材料、機具裝到平板車上運送到施工地點，并迅速搭設施工平臺開始施工，天窗結束前、施工完畢后，迅速拆卸施工平臺，采用平板車將施工用具運出洞外保存。施工具體工序：

6.3.1 該處拱部剝落、掉塊，先對其進行清理。清理透頂部位襯砌接口表面灰塵，襯砌背后圍巖表面松動碎石等。

6.3.2 按照設計圖紙并結合實際情況確定錨桿位置，采用小型鉆機鉆孔，鉆孔時應小心進行，剛開始鉆孔時應緩慢進行，之后逐漸增加速度。

6.3.3 安裝鋼筋網片。按照設計打入牽釘，之后綁扎Φ12鋼筋網片。

6.3.4 安裝錨桿，并將錨桿托盤置于網片下方，起到托起網片的作用。

6.3.5 采用JC-41結構修補劑逐層修復至既有襯砌表面。

圖7 （a）為隧道拱頂襯砌剝落、掉塊處理過程 圖7（b）為處理后的拱頂

6.4 其余襯砌表面腐蝕、零星局部漏水處理

該病害類型比較分散，應根據情況，逐一進行處理。施工具體工序為：

（1）確定腐蝕、漏水位置。

（2）對腐蝕和漏水位置進行清理、鑿除。

（3）采用JC-12堵漏劑或JC-41結構修補劑進行堵漏或修復。

圖8 （a）隧道拱頂襯砌表面腐蝕、剝落處理后的效果圖8（b）邊墻襯砌腐蝕空洞處理后的效果

7 結論與建議

圖6 （a）為隧道拱頂襯砌破損出水處理過程 圖6（b）為處理后的拱頂。

我國現存大量老舊隧道，這些隧道大多年代久遠、超期服役，且缺少設計、竣工資料，特別是東北現存大量日偽時期修建的隧道，這些隧道不但大多設計資料丟失，而且設計理論和標準與我國大不相同，這些給我們今日維修加固帶來了不少困難。這些老舊隧道，在某些特定條件下，常規加固或者更換措施無法實施時，新型材料的引進給我們帶來了新的選擇。本文所討論的新型材料，在既有鐵路石腦隧道實施后，取得了不錯的效果，值得我們推廣和借鑒。

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