滬蓉線合武段隧道襯砌病害整治及后期安全管理探討

楊 洋 上海鐵路局合肥工務(wù)段

滬蓉線合武段隧道襯砌病害整治及后期安全管理探討

楊 洋 上海鐵路局合肥工務(wù)段

滬蓉線合武段客運(yùn)專線自開通運(yùn)營以來，隧道襯砌病害逐漸顯現(xiàn)出來，主要有隧道拱圈接縫處起皮，二次襯砌背后不密實(shí)、二襯厚度不足、二襯背后脫空等病害。結(jié)合隧道襯砌各種病害的特點(diǎn)及客專線施工作業(yè)的安全要求，摸索出一套隧道病害整治的措施，所采用方法可為客運(yùn)專線隧道同類病害整治提供參考依據(jù)。

隧道；襯砌；病害；整治

滬蓉線合武段客運(yùn)專線隧道全部采用雙線單洞設(shè)計(jì)，洞口采用斜切式帽檐結(jié)構(gòu)。隧道襯砌在設(shè)計(jì)和施工中分兩次支護(hù)，即一襯和二襯。由于施工質(zhì)量原因，在日常檢查發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)襯砌存在不同種類及程度的病害。如何徹底解決隧道襯砌病害，保證客專線隧道安全運(yùn)行，是亟待解決的問題。通過幾年來參與隧道襯砌病害整治工作，總結(jié)出一套適合不同隧道襯砌病害的施工整治方法，并形成了較為完善的施工工藝，為客專線隧道同類病害整治提供借鑒。

1 隧道病害主要類型

我段管轄合武線隧道共計(jì)26座/45653 m，35039換算米。26座隧道分別存在不同長度的不良地質(zhì)地段，共計(jì)5 657 m，主要是巖體破碎、巖體強(qiáng)風(fēng)化，斷層破碎。圍巖級別為Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級。根據(jù)隧道襯砌質(zhì)量無損檢測雷達(dá)檢測報(bào)告，目前合武線26座隧道主要存在二次襯砌背后不密實(shí)、二襯厚度不足、二襯背后脫空三種病害。隧道病害如圖1所示。

圖1 隧道病害情況

2 施工整治原則

目前隧道內(nèi)發(fā)現(xiàn)的病害主要有二次襯砌背后不密實(shí)、二襯厚度不足、二襯背后脫空三種病害。根據(jù)病害情況，主要采用以下方法進(jìn)行。

（1）空洞模筑混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。空洞模筑混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，主要針對隧道局部地段二次襯砌厚度小于20 cm且襯砌背后存在較大空洞地段時(shí)采取措施，并且補(bǔ)強(qiáng)后的二次襯砌厚度仍不滿足要求時(shí)，參照二次襯砌厚度局部不足補(bǔ)強(qiáng)原則進(jìn)行再次補(bǔ)強(qiáng)。

（2）襯砌背后注漿回填。主要針對的使局部地段二次襯砌背后不密實(shí)采取的處理措施。

（3）網(wǎng)噴混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。主要適用于二次襯砌厚度不足且病害位于邊墻位置時(shí)采用噴C30混凝土方法處理。

3 施工整治方案

3.1 二次襯砌脫空且襯砌厚度小于20 cm

3.1.1 主要施工程序

施工程序：搭設(shè)活動作業(yè)架（見圖2）→鑿除混凝土（現(xiàn)場清理）→整理及植入鋼筋→清理混凝土面→安裝組合模板→灌注混凝土（現(xiàn)場清理）→拆除模板。

3.1.2 施工要點(diǎn)

（1）鑿除厚度小于20 cm及已經(jīng)開裂的二次襯砌，若混凝土強(qiáng)度低于C30時(shí)，應(yīng)全部鑿除封蓋部分的混凝土，并對空洞周邊松散層鑿除，同時(shí)利用原混凝土自由面的坡度，并將鑿開的襯砌口修鑿成砌型，以便新舊混凝土結(jié)合面受力合理。空洞口邊緣應(yīng)修整平齊、圓順，無尖角。

（2）對未經(jīng)鑿除部分進(jìn)行鑿毛。

（3）對既有鋼筋進(jìn)行清理檢查，并進(jìn)行除銹處理，如鋼筋銹蝕嚴(yán)重進(jìn)行鋼筋更換；然后在空洞二次襯砌利用既有鋼筋，對不能滿足要求的既有鋼筋，應(yīng)適當(dāng)植筋，二次襯砌外緣參照原設(shè)計(jì)鋼筋規(guī)格及間距值筋。

（4）在空洞洞口鋪設(shè)組合模板（見圖3），模板預(yù)先加工成50 cm寬，長度以空洞放樣的尺寸為準(zhǔn)，同時(shí)考慮施工的便捷，每塊重量以一個(gè)人便于操作為宜。模板兩端要求超出空洞邊緣不小于30 cm。模板處預(yù)留灌料孔，模板兩端用錨栓固定，錨栓采用M16型膨脹螺栓，錨固深度25 cm；每塊模板兩端固定用錨栓不少于8根。為保證模板及混凝土成型，中間采用ф6mm或8mm吊桿，梅花形布置，間距40 cm，吊桿與襯砌環(huán)向鋼筋連接，在模板端用螺栓加鋼墊圈緊固，保證模板安裝牢固。

（5）通過灌料孔灌入C30微膨脹混凝土，并采用插入式振搗器搗固，混凝土強(qiáng)度達(dá)到C20后拆除防護(hù)模板，并對表面進(jìn)行打磨處理。

（6）施工時(shí)從左右拱腰開始至拱頂結(jié)束。施工最后一板封口時(shí)，應(yīng)埋設(shè)1根ф25注漿管，待兩天后對此部分進(jìn)行壓力注漿。

（7）所有施工作業(yè)均在天窗店內(nèi)完成。施工用電由自備發(fā)電機(jī)提供。動力借助自備柴油空壓機(jī)解決。施工用水用臨時(shí)水箱在洞外裝水，然后運(yùn)至施工地點(diǎn)，用加壓泵運(yùn)至作業(yè)面。

3.1.3 施工中安全注意事項(xiàng)

（1）混凝土鑿除后，應(yīng)檢查防水板是否完好，如有損壞，要根據(jù)實(shí)際情況采取補(bǔ)救措施。

（2）檢查是否有漏水現(xiàn)象，如有，需先進(jìn)行防水處理后才可進(jìn)行模板安裝。

（3）施工前，在線路鋪設(shè)彩條布，防止注漿過程污染道床，并便于施工結(jié)束后清理。

（4）接觸網(wǎng)應(yīng)用橡膠管防護(hù)，絕緣子用棉絮或其他軟質(zhì)材料包裹防洪。

（5）鉆孔用結(jié)構(gòu)膠封堵。

圖2 活動角手架示意圖

圖3 模板布置示意圖

3.2 二次襯砌背后不密實(shí)注漿

3.2.1 施工程序

搭設(shè)活動作業(yè)架→鉆孔→植入注漿管→安裝管路及制漿→壓力注漿→注漿結(jié)束→封孔

3.2.2 施工要點(diǎn)

（1）注漿孔采用風(fēng)鉆鉆孔，孔徑（45～50）cm，注漿管采用ф42 mm馬牙扣形鋼管，鋼管伸至襯砌背孔隙外邊緣，頂端消成雙斜面砌型。用大錘打入孔內(nèi)，鋼管外露15 cm，外露端設(shè)絲口，以便連接孔口閥門和珠江管路，最后用塑膠泥將孔口周圍封閉。

（2）注漿材料采用水泥漿（M10水泥砂漿），水灰比1：0.75～1：1.15。

（3）注漿順序，遵循逐段壓注，由低到高，由下坡端到上坡端的原則。

（4）注漿壓力，注漿之前應(yīng)將鉆孔沖洗干凈，對注漿孔分段試風(fēng)，能進(jìn)風(fēng)的孔眼 方可注漿。注漿壓力初壓為（0.1～0.3）MPa，終壓為（0.5～0.6）MPa。達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后穩(wěn)定10 min，如不進(jìn)漿或者少進(jìn)漿可停止注漿，進(jìn)行封孔。

（5）封孔，停泵后，關(guān)閉閥門，拆卸和清洗管路，待漿液凝固后，割除注漿管外露部分，用防水砂漿封堵孔口。

3.2.3 施工中注意事項(xiàng)

（1）在鉆孔時(shí)要依據(jù)二襯的檢測厚度進(jìn)行，防止損壞防水板。鉆一處，注一處，以防跑漿。

（2）注漿應(yīng)該要連續(xù)進(jìn)行，不得任意停泵，以免堵塞管路。

（3）注漿過程中，要注意觀察襯砌，一旦發(fā)現(xiàn)襯砌變形跡象，應(yīng)立即停注，并采取措施。如有脹開裂的情況，要先清理松散的部分，再采取鉆孔放漿，減壓。

（4）依據(jù)檢測的二襯厚度，結(jié)合鉆孔的實(shí)際情況，如襯砌后被空洞較大時(shí)，可采取M10水泥砂漿。

3.3 外粘鋼板襯砌結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

3.3.1 施工程序

鉆孔及錨入螺栓→混凝土基面處理→鋼板放樣及固定→壓力注膠→表面涂裝保護(hù)。

3.3.2 施工要點(diǎn)

（1）依據(jù)檢測結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場的鉆孔探測確定的施工范圍，并檢查混凝土的質(zhì)量，混凝土應(yīng)致密，結(jié)實(shí)，無氣泡孔眼等。

（2）根據(jù)需補(bǔ)強(qiáng)的范圍，按照確定的鋼板尺寸，在四周按要求尺寸鉆孔，ф18 mm，孔深300 mm。錨栓采用M16化學(xué)螺栓，錨固用膠采用A級膠。

（3）混凝土基層處理，首選對范圍的混凝土面進(jìn)行修整處理，露出新面后再進(jìn)行鑿毛，表面平整度不得大于5 mm，用吹風(fēng)機(jī)將基層清理干凈，必要時(shí)進(jìn)行清洗，在施工期間須保持基面的潔凈，干燥。

（4）鋼板放樣及固定。鋼板厚度為4 mm和6 mm。鋼板應(yīng)完好，無折痕和劃痕。鋼板事先根據(jù)需補(bǔ)強(qiáng)襯砌范圍放樣，鉆孔。確認(rèn)后方可在鋼板上鉆孔。鋼板下料時(shí)，注意結(jié)合施工時(shí)便捷，尤其是鋼板重量，控制在一個(gè)人即可方便操作的范圍，

（5）壓力注膠前檢查粘貼部位是否潔凈及潮濕，測量隧道內(nèi)溫度，控制材料的使用溫度，利用快干快硬材料封堵鋼板邊緣縫隙。在鋼板下端合適的部位預(yù)留注膠孔。將攪拌好的膠利用便攜式壓力工具從預(yù)留的注膠孔進(jìn)行注膠。直至注滿間隙，從上方的縫隙處微微溢處為止。最后利用快干快硬材料再次進(jìn)行縫隙補(bǔ)強(qiáng)，保證膠粘劑不能自行溢出。在膠完全固化后，在鋼板外表面清理干凈后，按照鋼結(jié)構(gòu)防腐第七套涂裝體系進(jìn)行涂裝，顏色采用灰色，以保證與隧道顏色統(tǒng)一性。

3.4 網(wǎng)噴混凝土法結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

3.4.1 施工程序

二襯表面鑿→鉆孔植筋→掛網(wǎng)→噴漿→表面打磨。

3.4.2 施工要點(diǎn)

（1）二襯表面鑿毛。為增加新舊混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度，噴漿施工前需要對原有混凝土進(jìn)行鑿毛處理。鑿毛深度不宜小于6 mm，并以露出粗骨料為宜，需要把松動的粗骨料全部清除。鑿毛后用水將鑿毛面清洗干凈，并加水反復(fù)濕潤直至噴新混凝土為止。

（2）鉆孔值筋。利用電錘在已鑿毛的二襯混凝土表面打孔，孔直徑不小于15 mm，以剛剛能插入ф14 mm鋼筋為宜。孔深不得超過15 cm，但不宜過淺。孔間距200 mm×400 mm，梅花形布置。成孔后，將孔內(nèi)混凝土碎屑清理干凈。將截好的ф14 mm鋼筋一端抹好植筋膠后插入直至孔底。

（3）掛網(wǎng)。將提前做好的網(wǎng)格間距為200 mm×200 mm的鋼筋網(wǎng)片掛至錨固號的鋼筋上，鋼筋網(wǎng)片采用預(yù)制號的單層ф14 mm鋼筋網(wǎng)，距二襯距離為5 cm，采用多點(diǎn)焊接方式連接鋼筋網(wǎng)片與錨固鋼筋。

（4）噴漿。采用濕法對需要補(bǔ)強(qiáng)的襯砌表面噴（10～12）cm厚的一層C30混凝土，噴漿前應(yīng)檢查混凝土表面鑿毛是否符合要求，如有明水，需將表面明水去除后方可噴漿。

（5）表面打磨。當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)后，將噴漿層表面做清理，去除表面可能掉落顆粒后，噴涂2 mm后水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。同時(shí)應(yīng)做到隧道補(bǔ)強(qiáng)表面平整、干凈。

3.4.3 施工注意事項(xiàng)

（1）二襯表面鑿毛。為增加新舊混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度，噴漿施工前要對原有混凝土進(jìn)行鑿毛處理。可采用人工或機(jī)械鑿毛方式，鑿毛深度不宜小于6 mm，并以露粗骨料為宜，需要把松動的粗骨料全部清除。鑿毛后用水將鑿毛面清洗干凈，并加水反復(fù)濕潤直到噴新混凝土為止。

（2）鉆孔值筋。利用電錘在已鑿毛的二次混凝土表面打孔，孔直徑不小于15 mm，以剛剛能插入ф14 mm鋼筋為宜。孔深不得超過15 cm，但不宜過淺。成孔后，將孔內(nèi)混凝土碎屑清理干凈。將截好的鋼筋一端摸好膠后插入孔底。

4 安全管理探討

（1）制定周期性檢查制度。嚴(yán)格按照檢查周期制定隧道襯砌檢查計(jì)劃，并認(rèn)真記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)上報(bào)解決，消除安全隱患。對于日常檢查出問題要及時(shí)做好記錄。周期性檢查目前是隧道安全管理中目前常規(guī)的控制手段，也是較為有效的方法之一。

（2）制定隧道襯砌病害分級管理制度。按照檢測資料所確定的隧道襯砌病害等級，確定檢查重點(diǎn)。已經(jīng)開裂并有脫離可能的，需要立即處理的病害要及時(shí)與供電、維管聯(lián)系，申請配合，利用當(dāng)晚天窗點(diǎn)進(jìn)行處理；對于一些比較嚴(yán)重單近期不會脫落的襯砌或施工縫病害，可不立即進(jìn)行處理，但要做好記錄，按照輕重緩急申請?zhí)齑斑M(jìn)行處理；對于襯砌上的一些細(xì)小裂紋病害，要詳細(xì)記錄位置，有條件后期可協(xié)調(diào)維管軌道車，利用軌道車升降平臺進(jìn)行詳細(xì)檢查，根據(jù)病害情況采取對應(yīng)措施。

（3）加大高新技術(shù)設(shè)備投入，完善隧道襯砌監(jiān)測系統(tǒng)。近年來，高新監(jiān)測技術(shù)迅速發(fā)展，在高速鐵路運(yùn)營管理中得到了廣泛應(yīng)用，提高了高速鐵路的安全保障能力。對于隧道襯砌病害的監(jiān)控，可以再病害地點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，通過采集單元和傳感器技術(shù)采集病害處所的數(shù)據(jù)并向終端傳輸指令，對病害點(diǎn)采取封鎖或限速的措施。今后若能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測與列控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，在緊急情況下可實(shí)現(xiàn)確保行車安全的目的。

[1]《鐵路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（TB10101-2003,J259-2003）.

[2]《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2006）.

[3]《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB50086-2001）.

[4]《高速鐵路安全保障技術(shù)》（中國鐵道出版社）.

責(zé)任編輯：許耀元

來稿日期：2016-09-01