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(hù)。蛇口峁隧道位于黃土梁峁分水嶺區(qū)，梁峁起伏，沖溝發(fā)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(tǒng)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(zhì)及粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層～厚層狀構(gòu)造，質(zhì)軟易風(fēng)化剝落;砂巖，灰黃、灰白色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層～厚層狀構(gòu)造，成分以長石、石英為主，泥、鈣質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)尚堅硬。泥巖、砂巖呈互層狀，層理平緩，節(jié)理較發(fā)育，局部間夾煤線，風(fēng)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(zhì)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(zhì)條件復(fù)雜，鐵路隧道多。神朔鐵路自1996 年運(yùn)營以來，隧道病害日益增多。長隧道較多出現(xiàn)襯砌開裂、滲漏水，甚至有些隧道出現(xiàn)錯臺，嚴(yán)重威脅和影響鐵路正常運(yùn)營和行車安全。對發(fā)現(xiàn)的隧道病害進(jìn)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(jìn)行分析。

1 鐵路隧道主要病害類型

對鐵路隧道進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)無損檢測手段，內(nèi)窺鏡成像技術(shù)，確定鐵路隧道主要存在以下病害:

1)襯砌漏水。多數(shù)隧道的襯砌漏水多發(fā)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(jù)漏水嚴(yán)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(xiàng)，即滲水、滴水、淌水。

2)襯砌裂紋。多數(shù)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(guān)。

4)襯砌壓潰及剝落。有多個隧道拱部、拱腰出現(xiàn)掉塊、掉皮病害，此類病害嚴(yán)重影響線路運(yùn)營及行車安全，對有掉塊的病害，應(yīng)加強(qiáng)對掉塊部位的監(jiān)控，最好及早進(jìn)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(xiàn)錯臺現(xiàn)象。

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

2 隧道襯砌病害產(chǎn)生的五大原因

2.1 設(shè)計方面的原因

設(shè)計單位在設(shè)計前的地質(zhì)地貌調(diào)查判斷不夠詳細(xì)、準(zhǔn)確，都會嚴(yán)重影響隧道施工、質(zhì)量和運(yùn)營期間的壽命。

2.2 施工技術(shù)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(guān)設(shè)備的選擇不當(dāng)，以及施工條件的制約，難免造成質(zhì)量缺陷。如:支護(hù)是隧道的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，回填不密實(shí)處產(chǎn)生空洞，使本身受力不均的襯砌遭到破壞，從而出現(xiàn)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(xiàng)施工環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)的降低等等，造成襯砌滲漏水或腐蝕，嚴(yán)重影響襯砌結(jié)構(gòu)的安全和隧道投入運(yùn)營后的使用壽命。

2.3 運(yùn)營方面的關(guān)系

隧道在投入運(yùn)營后，由于列車運(yùn)行的頻繁震動和所排放煙氣(少數(shù)內(nèi)燃機(jī)車線路)也會給隧道襯砌結(jié)構(gòu)造成一定的損壞。

2.4 維護(hù)方面的因素

在某些隧道所屬單位現(xiàn)已重視隧道的日常保養(yǎng)。例如:打設(shè)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(shè)置裂紋觀測塊，實(shí)時監(jiān)控病害發(fā)展等。

2.5 人為的無意識破壞和突發(fā)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(fā)荷載。

2)自然因素的突發(fā)荷載。比如設(shè)計階段沒有考慮到，而在施工時候出現(xiàn)的地震、泥石流等地質(zhì)變化不穩(wěn)定因素，也會破壞襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3 隧道襯砌病害整治

3.1 襯砌滲漏水整治

1)襯砌內(nèi)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(nèi)混凝土疏松、有孔洞而造成的襯砌內(nèi)大面積滲漏水的時候，可以考慮通過襯砌內(nèi)注漿的方法，既可以提高襯砌強(qiáng)度和抗蝕防水能力，也可以達(dá)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(zhì)條件差，存在疏松、空洞、集水而造成的嚴(yán)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(shí)(見圖1，圖2)。

2)襯砌內(nèi)貼式防水方法。

首先對拱部襯砌表面進(jìn)行清理，將混凝土結(jié)構(gòu)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(bǔ)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(xiàn)象嚴(yán)重的部位，應(yīng)在涌水點(diǎn)的邊墻位置開泄水孔，從而可以減小涌水點(diǎn)水壓，然后再用速凝堵水砂漿封堵漏水點(diǎn)或使用灌漿料灌漿防水，如果效果不明顯，并且隧道地質(zhì)不錯，環(huán)境允許排水，可以采用邊墻盲溝排水方法。有些高寒地區(qū)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(diǎn)，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(fā)生。

圖1 襯砌內(nèi)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(bǔ)施工方法。

對于襯砌出現(xiàn)的無水或滲水裂縫，可以使用R-11AB 雙組分灌漿樹脂進(jìn)行灌注粘合。對于襯砌混凝土裂縫較大，有補(bǔ)強(qiáng)加固要求的，用高強(qiáng)纖維板進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，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(yōu)異的物理力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)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(dāng)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(xiàn)的滲漏水或修補(bǔ)施工遺留的各類孔、洞，修補(bǔ)結(jié)構(gòu)缺陷可以采取速凝堵水砂漿、聚合物改性水泥基修補(bǔ)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(diǎn)或漏水裂縫大多在應(yīng)力集中區(qū)，所以在用以上方法治理后，需采用防水砂漿噴涂進(jìn)行表面柔性防護(hù)。

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(bǔ)的施工縫、伸縮縫或其他活動裂縫清理干凈，使用封縫膠進(jìn)行縫隙嵌補(bǔ)，表面噴涂防水砂漿，進(jìn)行柔性防護(hù)。

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(jìn)行注漿將襯砌壁后整治之后，再修補(bǔ)防護(hù)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(wǎng)錨桿加噴漿綜合處理。

4 結(jié)語

隧道病害其原因也是有諸多方面的，包括地質(zhì)條件、設(shè)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(yùn)營條件，有時候也直接影響到隧道的結(jié)構(gòu)和運(yùn)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(jìn)行治理。

［1］薄會申.地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)實(shí)用手冊［M］.北京:地質(zhì)出版社，2006.