鐵路隧道襯砌病害原因分析及整治

宮孟飛

(中國神華神朔鐵路分公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

蛇口峁隧道位于黃羊城溝及新城川河的分水嶺地段，為穿越蛇口峁的越嶺雙線隧道，全長5 804 m，里程:K55 +663～K61 +467。于1989 年9 月開工，1993 年3 月主體工程竣工，總工期42 個月，采用鉆爆法施工，噴錨支護。蛇口峁隧道位于黃土梁峁分水嶺區，梁峁起伏，沖溝發育，相對高差50 m～200 m，自然山坡度20°～50°，部分坡面呈陡坡或陡壁，洞身穿越山梁，山梁最高高程1 340 m，洞身最大埋深160 m。

穿越地層為侏羅系中下統泥巖、砂巖互層(J1－2Ms +Ss)，間夾煤層(J1－2Cb)。泥巖、砂巖互層(J1－2Ms+Ss):灰黃色、灰綠色。泥巖，紫紅色夾灰色，泥質及粉砂泥質結構，薄層～厚層狀構造，質軟易風化剝落;砂巖，灰黃、灰白色，中細粒結構，薄層～厚層狀構造，成分以長石、石英為主，泥、鈣質膠結，巖質尚堅硬。泥巖、砂巖呈互層狀，層理平緩，節理較發育，局部間夾煤線，風化頗重，巖體較破碎，Ⅳ級軟石，σ0=600 kPa。煤層(J1－2Cb):呈厚層狀夾于砂、泥巖互層中，厚度約6 m，黑色，煤質良好，呈塊狀，具光澤，性脆，污手，Ⅳ級軟石，σ0=600 kPa。

神朔鐵路穿越燕山山脈，地質條件復雜，鐵路隧道多。神朔鐵路自1996 年運營以來，隧道病害日益增多。長隧道較多出現襯砌開裂、滲漏水，甚至有些隧道出現錯臺，嚴重威脅和影響鐵路正常運營和行車安全。對發現的隧道病害進行徹底整治，以保證列車行車安全。本文就隧道常見病害的整治進行分析。

1 鐵路隧道主要病害類型

對鐵路隧道進行現場調查，結合地質雷達無損檢測手段，內窺鏡成像技術，確定鐵路隧道主要存在以下病害:

1)襯砌漏水。多數隧道的襯砌漏水多發生在隧道施工中的施工縫、沉降縫、伸縮縫，較集中分布在隧道的拱腰至邊墻部位。根據漏水嚴重程度不同分為:滲水、滴水、淌水和涌水，神朔鐵路隧道水害主要為:前3 項，即滲水、滴水、淌水。

2)襯砌裂紋。多數長隧道存在縱向裂紋、橫向裂紋和斜向裂紋。縱向裂紋主要位于隧道的拱部，橫向裂紋與斜向裂紋分布較分散，在隧道的各個部位均有分布。

3)襯砌腐蝕。襯砌腐蝕多位于隧道的拱部，神朔鐵路襯砌腐蝕病害較少。腐蝕部位多與滲漏水相關。

4)襯砌壓潰及剝落。有多個隧道拱部、拱腰出現掉塊、掉皮病害，此類病害嚴重影響線路運營及行車安全，對有掉塊的病害，應加強對掉塊部位的監控，最好及早進行整治。

5)襯砌的變形和位移。襯砌變形和位移有兩種，包括橫向變形、縱向變形，并且縱向變形主要是襯砌上抬、下沉出現錯臺現象。

6)襯砌背后空洞、不密實。隧道襯砌背后的空洞以及不密實是否存在、存在狀況，可以通過地質雷達無損檢測手段來檢測，而對于較嚴重的空洞，則應該引起注意，有條件的應該注意及時進行整治。

2 隧道襯砌病害產生的五大原因

2.1 設計方面的原因

設計單位在設計前的地質地貌調查判斷不夠詳細、準確，都會嚴重影響隧道施工、質量和運營期間的壽命。

2.2 施工技術方面的原因

1)施工方法、工藝的影響。由于施工方法、工藝、相關設備的選擇不當，以及施工條件的制約，難免造成質量缺陷。如:支護是隧道的關鍵環節，回填不密實處產生空洞，使本身受力不均的襯砌遭到破壞，從而出現襯砌裂損。2)施工單位因素。個別施工單位在施工中，為了爭取效益，從而對各項施工環節標準的降低等等，造成襯砌滲漏水或腐蝕，嚴重影響襯砌結構的安全和隧道投入運營后的使用壽命。

2.3 運營方面的關系

隧道在投入運營后，由于列車運行的頻繁震動和所排放煙氣(少數內燃機車線路)也會給隧道襯砌結構造成一定的損壞。

2.4 維護方面的因素

在某些隧道所屬單位現已重視隧道的日常保養。例如:打設排水孔，使隧道存在滲漏水病害時避免竄流造成大面積的襯砌損壞;在襯砌表面裂紋的部位設置裂紋觀測塊，實時監控病害發展等。

2.5 人為的無意識破壞和突發荷載的原因

1)人為的無意識因素。隧道所處附近居民安全及防范意識淡薄。在隧道附近大面積開挖或讓其頂部承受超出額定荷載力的突發荷載。

2)自然因素的突發荷載。比如設計階段沒有考慮到，而在施工時候出現的地震、泥石流等地質變化不穩定因素，也會破壞襯砌支護結構。

3 隧道襯砌病害整治

3.1 襯砌滲漏水整治

1)襯砌內防水注漿和襯砌壁后防水注漿加固方法。

由于初襯、二襯之間有空隙或者由于襯砌內混凝土疏松、有孔洞而造成的襯砌內大面積滲漏水的時候，可以考慮通過襯砌內注漿的方法，既可以提高襯砌強度和抗蝕防水能力，也可以達到分段趕水，從而通過邊墻排水盲溝將水排至邊溝，排出隧道;對于由于襯砌壁后圍巖地質條件差，存在疏松、空洞、集水而造成的嚴重裂損滲漏水的情況，特別是針對單式襯砌的滲漏水，可以采用漿液注入到襯砌壁后的方法，從而可以使圍巖加固和密實(見圖1，圖2)。

2)襯砌內貼式防水方法。

首先對拱部襯砌表面進行清理，將混凝土結構表面要清理保證露出的表面平整，如果不平整，或者有麻面、孔洞等等情況的話，可以用聚合物改性水泥基修補砂漿或聚合物砂漿填塞抹平整，從而有效確保防水材料均勻地覆蓋。將襯砌表面噴水濕潤，但水不能太多，不能流淌，再噴涂不少于2 遍的配制好的防水砂漿漿液(呈濃奶油狀)。

3)盲溝排水施工方法。

有些拱部滲水、漏水以及邊墻涌淌水現象嚴重的部位，應在涌水點的邊墻位置開泄水孔，從而可以減小涌水點水壓，然后再用速凝堵水砂漿封堵漏水點或使用灌漿料灌漿防水，如果效果不明顯，并且隧道地質不錯，環境允許排水，可以采用邊墻盲溝排水方法。有些高寒地區需要對排水盲溝采取保溫措施，必須保證集水口不會受凍，反之，如果不能保證這一點，并且在圍巖、襯砌間有淺表水的存在，或者在不換裝原有盲溝的要求下，就要考慮襯砌保溫，以保證冬季盲溝排水暢通，防止凍脹病害發生。

圖1 襯砌內防水注漿示意圖

圖2 壁后注漿剖面示意圖

3.2 襯砌殘損整治

1)襯砌裂損修補施工方法。

對于襯砌出現的無水或滲水裂縫，可以使用R-11AB 雙組分灌漿樹脂進行灌注粘合。對于襯砌混凝土裂縫較大，有補強加固要求的，用高強纖維板進行加固補強，包括碳纖維板、鋼板及芳綸纖維等。尤其是碳纖維材料具有優異的物理力學性能，其抗拉強度一般為2 500 MPa～3 550 MPa，是普通鋼材的10 倍～15 倍，其彈性模量一般為2.35 ×105MPa～5.0 ×105MPa，相當于鋼的1.1 倍～2.4 倍。

2)滲漏、涌水裂縫的處理。

對于隧道富水地帶因襯砌裂損出現的滲漏水或修補施工遺留的各類孔、洞，修補結構缺陷可以采取速凝堵水砂漿、聚合物改性水泥基修補砂漿、防水砂漿三種材料配套使用的方法來完成病害整治。由于以上漏水點或漏水裂縫大多在應力集中區，所以在用以上方法治理后，需采用防水砂漿噴涂進行表面柔性防護。

對于施工縫、伸縮縫或其他活動裂縫的滲漏水病害，可以先采用注漿(防水型灌漿料)防水措施，然后將需嵌補的施工縫、伸縮縫或其他活動裂縫清理干凈，使用封縫膠進行縫隙嵌補，表面噴涂防水砂漿，進行柔性防護。

3.3 隧道襯砌侵蝕病害的整治

對于隧道襯砌存在的麻面、起鼓、松散、剝落、空洞、露石和鋼筋銹蝕等病害，要先進行注漿將襯砌壁后整治之后，再修補防護襯砌表面。

3.4 襯砌掉塊、掉皮整治方法

襯砌掉塊掉皮一般采用掛網錨桿加噴漿綜合處理。

4 結語

隧道病害其原因也是有諸多方面的，包括地質條件、設計、施工方法、施工工藝等多方面的因素。隧道病害在一定程度，甚至很大程度上影響了施工條件和鐵路運營條件，有時候也直接影響到隧道的結構和運營安全。所以，隧道病害的整治必須先清楚其原因，然后針對性地采取合理有效的方法進行治理。

［1］薄會申.地質雷達技術實用手冊［M］.北京:地質出版社，2006.