玄真觀隧道水平圍巖病害處置

毛井玉

（中鐵十九局集團第七工程有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

玄真觀隧道地處廣元市元壩區，該隧道跨越了區域內的太公鎮以及張家鄉，所處地區地形為標志性的四川盆地地形。該隧道全長共7447 m，隧道表現為輕微的-4.5‰縱坡，工程預計可通車時速為200 km/h，內部雙線單洞式設計可以滿足貨車與客車的通行。道床結構采用的是雙塊式無碴道床，對應高度515 mm。其中DK625 km+150 m～DK627 km+929 m段由第五作業隊完成施工，對應施工長度為2779 m，內部含有Ⅲ級、IV級圍巖。

經實地勘察后，發現隧道內有裂縫的現象，其中以微觀型裂縫為主。裂縫的分布大多沿水平方向展開，同時表現出一定程度的自愈傾向。在實地進一步勘察后，獲得了病害的各類信息。裂縫具體位置所占比例，洞口9%，洞身91%；裂縫狀態所占比例，縱向裂縫20%，斜向裂縫11%，環向裂縫69%；裂縫部位所占比例，中墻43%，拱部26%，邊墻29%。

1 鐵路隧道病害成因分析

1.1 水害及其成因

受隧道大規模施工的影響，區域內穩定的水系平衡狀態被迫受到影響，原本賦存于隧道周邊的水隨之出現遷移，從而大量向圍巖聚集，水害事故由此而生[1]。此外，即便襯砌本就具有防水系統，當圍巖與含水層之間不存在任何阻隔時，其防水性能也將大打折扣。水害對于隧道內的濕度影響較大，甚至會影響線路的正常運行，極大降低了通行安全性。伴隨著水害的出現，還將引發一系列問題，常見的有襯砌開裂等。如果此時尚未對水害做以及時處理，將會進一步擴大裂縫的面積。

案例中隧道所處地區氣候濕潤，年均降雨量達到931 mm。一年之中6-9月份雨量最多，占全年雨量的3/4。區域內最高溫度可達41.7℃，而冬季最低溫度則驟降至-6.6℃。總體來說，隧道受地形因素的影響程度較大。

1.2 襯砌裂損及其成因

隧道裂損類型眾多，此處以裂損形式與程度為劃分依據，可以將其總結為變形、開裂、腐蝕以及空洞等類型。事實上，出現襯砌裂損現象的原因頗多，一方面受襯砌自身的影響，另一方面則受水害以及土體擠壓等因素的影響。伴隨著裂損現象的出現，地下水外滲現象隨之出現，甚至會加劇侵蝕程度，給隧道安全性造成直接影響。

1.3 襯砌侵蝕

襯砌侵蝕的產生通常具有很強的隱藏性，這也對日常檢測工作提出了更高的要求[2]。通過實地深孔探測可知，隧道結構內存在天然氣逸出現象，而這與隧道底層地質結構有著密切的關聯。資料顯示，區域3000 m以下表現為含煤地層，從而形成游離狀態的天然氣，并具有流量低、隨機性等特點。因此，當隧道開挖至裂隙區域時，將會致使天然氣出現隨機涌出現象。

隧道內部洞身地形具有明顯的起伏特征，同時地面坡度較大，普遍＞15°。部分區域呈現陡崖狀特征，內部相對高差為405 m。隧道洞身所在區域內的土質類型較為豐富，含量較多的有洞身泥巖以及砂巖，二者的厚度比例達到了6∶1。此外，強風化帶的對應厚度普遍超過2 m，最厚處達到6 m。

在進行泥巖段開挖作業時，極容易出現風化現象，一旦遇水還容易造成軟化坍塌。由于局部層間擠壓破碎帶內含大量的裂隙水，因此在展開開挖作業時容易引發大規模涌水現象，甚至造成坍塌。在實地勘察后，預計隧道在正常狀態下的用水量達到了2700 m3/d，當處于雨季時涌水量將增加一倍[3]。

2 鐵路隧道病害治理措施

2.1 錨桿加固

隧道開挖形成新的空洞后，破壞了巖體原有的相對平衡狀態，使隧道周圍部分巖體應力重新分布，引起圍巖的變形、破壞和坍塌，為了及時有效地控制圍巖變形，防止坍塌，必須采用工程措施進行支護。首先應遵循“ 短開挖，強支護，勤量測，緊襯砌”的薄板狀水平巖層施工原則，根據新奧法的設計原理，隧道采用噴、錨、網及鋼拱架對圍巖進行支護，即盡可能保持圍巖的原始狀態，最大限度地發揮圍巖的自承能力，把隧道圍巖和各種支護結構作為一個共同作用的承載體系，控制圍巖變形的發展，避免巖體塌方，防止過大的松弛壓力出現。錨桿在初期支護中有懸吊、結合梁、加固作用。噴射混凝土具有充填裂隙加固圍巖、封閉圍巖表面防止風化、與圍巖組成共同承載結構。針對瓦店子隧道拱部所遇到的不同巖性的水平層，支護要靈活采取錨、噴、網及鋼架組合成不同的支護形式。

薄板狀水平巖層圍巖，其巖體一般以層狀結構為主。錨桿防止大的“圍巖塊”松弛、脫落，噴射混凝土封閉開挖面，防止圍巖變形過大，以及時防止因為應力釋放而形成的圍巖的移動、彎曲、拉裂和折斷等現象形成的小塊圍巖的脫落。在瓦店子隧道薄板狀水平巖層的特定地質條件下，給錨桿的施工帶來一定的困難。錨桿垂直于巖面效果最佳，但在隧道實際施工中由于采用臺架施工，隧道拱部范圍內的錨桿多是順層錨入或和巖層面極小角度錨入，這樣以來，喪失了新奧法錨固圍巖的實際意義，因此，在支護時，拱部要加強錨桿的作用，采用改進施工臺架，采用自進式錨桿機施作，確保錨桿角度，以提高錨固力。

2.2 隧道水害防治

（1）優化材料選取。優良的材料可以顯著提升隧道水害防治效果，因此在選材上應多加篩選，通常以級配較高的石料為佳，同時還可在其中增添適量的抗剝外加劑。

（2）結構防治措施。對防排水系統加以優化，條件允許時可以增設排水暗管，從而避免水體對隧道造成侵蝕的現象。

（3）切實加強養護。日常工作至關重要，應制定完備的養護方案，同時將養護工作落實到實處，通過日常的檢查可以從源頭上控制水害現象，從而增強隧道的安全性。

2.3 拱背注漿

如果拱背出現空洞，或是損壞程度較深時，此時應當采取注漿措施。注漿的好處，一方面可以提升襯砌與圍巖的結合程度，從而起到均勻載荷的效果，并增強圍巖抵抗水平；另一方面還可以優化襯砌約束條件，并提升隧道防排水系統的運行效率。在實際施工時，注漿管道通常以小導管為佳，其對應長度應在（2.5～4.5）m范圍；以實際空隙大小為依據，進而設定出合理的環向與縱向間距。根據實際經驗可知，該間距大多超過1 m，最大可達到3 m，并以梅花形進行布局。所使用的漿液類型有3種，對于本工程而言最佳材料應為水泥砂漿。根據工程現狀制定出合理參數：孔徑規格50 mm，對應注漿壓力0.75 MPa。

2.4 碳纖維粘貼

在展開碳纖維粘貼作業時，可選用的最佳材料為樹脂材料，它可以形成高強度的復合材料。加之混凝土的作用，兩類材料可以彼此兼容，從而達到裂縫封閉的效果，并顯著提升受力性能，所帶來的效果較為顯著，通過大量實驗以及實際經驗表明，此方法能夠達到結構補強的效果，在很大程度上提升了補強結構的承載能力。此外，從材料本身考慮，碳纖維具有優良的抗腐蝕特性，同時強度較高，因此在隧道病害防治工程中極為適用，具有明顯的實際意義。

2.5 裂縫處治

（1）表面涂抹。當裂縫寬度＜0.5 mm并且尚未出現任何滲漏水現象時，對結構穩定性的影響微乎其微，在工程中只需要采取表面涂抹措施即可。

（2）鑿槽封縫。當裂縫寬度＞0.5 mm時，應采取鑿槽措施。在結束鑿槽作業后需要隨即展開沖洗與風干操作，同時進行封縫處理，此過程所使用的材料通常為環氧樹脂。

2.6 加強隧道監控量測

若現場環境允許，可以在隧道內具有針對性地布設監控裝置，從而實現隧道內狀況的實時監控。具體來說，在監控裝置的作用下，技術人員能夠遠程獲悉最新的結構層狀況，確保隧道處于穩定工作狀態，從而提升隧道的使用壽命。此外，在監控裝置的輔助下，可以在第一時間發現隧道病害，并隨即展開治理，既縮短了病害出現到防治工作之間的空檔時間，又杜絕了更為嚴重的病害現象的出現。依托于現代信息技術，可以匹配一個報警系統，全方位提升隧道安全管理的效率性。

3 結束語

鐵路隧道受地質環境的影響較大，同時施工環節復雜，現場條件多變，隧道難免會出現各類病害。對此，首先應當做好病害成因分析工作，明確病害的類型；而后制定合理的防治措施，加之現代監控系統的作用，可將降低病害影響程度，提升隧道的安全性與穩定性。