既有鐵路隧道襯砌裂損維修決策研究

陳曉強(qiáng)

摘要：近年來(lái)，很多鐵路隧道都出現(xiàn)不同程度的裂化情況。比如裂縫、剝落、滲漏水以及凍害等形式，其中，襯砌裂縫會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的整體性造成嚴(yán)重影響，大大降低隧道襯砌的可靠性與安全性。通過(guò)對(duì)某鐵路隧道襯砌病害產(chǎn)生原因進(jìn)行多方面因素的分析，探明了隧道病害產(chǎn)生原因，并提出了針對(duì)性的臨時(shí)加固措施，相關(guān)研究可為同類隧道病害處治提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道;襯砌裂損;維修

中圖分類號(hào)：U457.2 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

近年來(lái)我國(guó)的高速鐵路呈現(xiàn)出向西部山區(qū)延伸且數(shù)量不斷增多的特點(diǎn)，由于我國(guó)面積遼闊，山川地質(zhì)條件復(fù)雜多變，隧道施工也會(huì)遇到的各種不同的問(wèn)題，其中隧道襯砌產(chǎn)生裂縫是影響高速鐵路隧道質(zhì)量的重要因素。通過(guò)對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，找出病害的原因，并且有針對(duì)性的制定整治措施，才能有效提高我國(guó)高速鐵路的質(zhì)量。

1、襯砌裂縫病害概述

襯砌裂縫是隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中一項(xiàng)常見(jiàn)病害。當(dāng)鐵路隧道出現(xiàn)襯砌裂縫情況時(shí)，極易導(dǎo)致既有隧道出現(xiàn)滲漏水的情況，如果襯砌裂縫非常嚴(yán)重，則會(huì)大大降低鐵路隧道結(jié)構(gòu)的承載力，進(jìn)而使鐵路隧道出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，造成垮塌事故。具體來(lái)說(shuō)，隧道襯砌裂縫主要分為四種情況：①豎向裂縫，即隧道中出現(xiàn)垂直軸線裂縫，該種形態(tài)的裂縫極易出現(xiàn)在沉降縫、施工縫和不同地段連接處，例如，每一板模筑的混凝土中間位置就很容易出現(xiàn)豎向裂縫，且其往往從邊墻開(kāi)始裂縫，一直延伸到拱腰結(jié)束;②縱向裂縫，多出現(xiàn)在隧道拱頂和拱腰附近，數(shù)量上要比豎向裂縫要少，但危害性遠(yuǎn)大于豎向裂縫，若任由縱向裂縫發(fā)展，極易造成隧道襯砌斷裂甚至塌方危害;③斜向裂縫，多出現(xiàn)在邊墻和隧道拱腰附近;④組合裂縫，即上述三種裂縫的任意組合形成的裂縫，一般會(huì)以X形或者Y形出現(xiàn)，一旦裂縫數(shù)量過(guò)大，則會(huì)形成網(wǎng)裂危害。

2、隧道襯砌裂縫出現(xiàn)的原因

2.1、隧道施工質(zhì)量嚴(yán)重不足

在進(jìn)行隧道施工中如果無(wú)法進(jìn)行合理科學(xué)的施工管理，在施工過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的偷工減料，尤其是在隧道仰拱施工過(guò)程中沒(méi)有完全按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題、質(zhì)量問(wèn)題等，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）在進(jìn)行Va襯砌段隧道仰拱的施工時(shí)初期階段其支護(hù)沒(méi)有按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行封閉處理，以及I20型的剛型拱架沒(méi)有設(shè)置或者是設(shè)置不合理。（2）在隧道仰拱施工中其深度設(shè)計(jì)沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度，導(dǎo)致仰拱深度嚴(yán)重不足，其穩(wěn)定性受到很大的影響。（3）在進(jìn)行鋼筋混凝土仰拱的施工時(shí)沒(méi)有按照施工設(shè)計(jì)達(dá)到C30防腐蝕氣密性，僅僅在仰拱的填充層澆筑了C15混凝土，導(dǎo)致在仰拱的底部基本沒(méi)有鋼筋支撐，因此混凝土被嚴(yán)重污染，出現(xiàn)嚴(yán)重的離析現(xiàn)象（4）隧道在進(jìn)行二次襯砌的時(shí)候仰拱部分局部出現(xiàn)澆筑不滿的情況，導(dǎo)致在襯砌之后其背部存在脫空的現(xiàn)象，而二次襯砌的厚度要求也不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致部分位置和實(shí)際設(shè)計(jì)厚度之間有嚴(yán)重的偏差。（5）在進(jìn)行隧道二次襯砌時(shí)鋼筋的不規(guī)范布置導(dǎo)致內(nèi)外層的鋼筋保護(hù)層之間的距離相差太大，部分鋼筋的位置處于襯砌的中部，導(dǎo)致鋼筋沒(méi)有完全發(fā)揮其作用。

2.2、環(huán)境、溫度的因素

溫度對(duì)隧道襯砌的影響主要從三個(gè)方面入手，即環(huán)境濕度、環(huán)境溫度以及混凝土內(nèi)水泥水化熱。也就是說(shuō)環(huán)境溫度下降的越快，溫度收縮造成的變形也就越大，極易導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。其中，洞口段的隧道襯砌受到的影響最大，也是最容易出現(xiàn)裂縫的位置;冬季，氣溫過(guò)低，混凝土冷收縮也會(huì)相應(yīng)達(dá)到最大，加上其他不利因素的影響，極易造成中長(zhǎng)隧道以及短隧道洞口出現(xiàn)襯砌開(kāi)裂的情況。同時(shí)，使用環(huán)境濕度如果比較小的話，其隧道襯砌的混凝土收縮變形也會(huì)相應(yīng)增大，從而產(chǎn)生裂縫。隨著大流動(dòng)性泵送混凝土在實(shí)際施工中的普遍應(yīng)用以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)的進(jìn)一步提升，大大增加了混凝土中水泥用量，使得水化熱得以明顯提升，散熱集中出現(xiàn)。

2.3、隧道排水嚴(yán)重不暢

隧道發(fā)生病害的地段在穿越煤系地層的時(shí)候受到苗寨向斜的影響，隧道的地下水會(huì)不斷的積累，如果在隧道建設(shè)中排水設(shè)施不夠完善，會(huì)導(dǎo)致地下水嚴(yán)重堵塞，出現(xiàn)隧道排水不暢，導(dǎo)致在隧道仰拱的底部圍巖會(huì)在地下水中長(zhǎng)期浸泡，最終圍巖在水中有嚴(yán)重的軟化現(xiàn)象。

3、隧道襯砌裂縫的整治

3.1、裂縫情況輕微的位置

在這個(gè)位置裂縫的處理分為四步：首先要在襯砌后背部處進(jìn)行控制壓力注漿工作;其次要在裂縫的延伸范圍之內(nèi)鑿出契形槽，特別注意的是這個(gè)槽的深度約為8cm，里口寬為8cm左右，外口寬在6cm左右;然后需要用鋼絲刷刷洗或者用高壓水沖洗的方法將契形槽清洗干凈;最后再用環(huán)氧樹脂、磷苯二甲酸二丁脂、乙酮、乙二胺調(diào)配的環(huán)氧基液對(duì)槽壁進(jìn)行涂刷（其配制比例為1：0.1：0.12：0.05），涂刷完成后再用以1：2為比例調(diào)和的水泥和砂子經(jīng)過(guò)混合后所得的膨脹水泥砂漿作為槽內(nèi)部的嵌襯（特別提到的是必須要用JP型膨脹劑作為水泥砂漿的摻和材料，但是它的用量應(yīng)該約為水泥用量的10%）。

3.2、襯砌裂縫修復(fù)技術(shù)

針對(duì)那些已經(jīng)出現(xiàn)襯砌裂縫的隧道工程，必須采取合理的修復(fù)技術(shù)予以整治。依據(jù)襯砌裂縫類型的不同，選擇相應(yīng)的裂縫修復(fù)技術(shù)。如果病害過(guò)于嚴(yán)重，則需要考慮采用襯砌拆換或者局部拆換的方式加以整治。具體說(shuō)來(lái)，襯砌裂縫修復(fù)技術(shù)多種多樣，比如套拱加固、鋼帶加固、錨桿加固等。針對(duì)隧道襯砌出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p且剝落掉塊的情況，則需要運(yùn)用套拱加固的方式予以有效整治。這主要是由于套拱加固方式具有較好的耐久性和承載能力，是當(dāng)前一種常見(jiàn)且有效的結(jié)構(gòu)加固方式。如果隧道局部出現(xiàn)裂縫規(guī)模較大且具有較高的危害性時(shí)，則需要采用襯砌拆換的方式加以整治。

3.3、二次襯砌變形開(kāi)裂嚴(yán)重段環(huán)向注漿加固

對(duì)于發(fā)生二次襯砌變形并且開(kāi)裂現(xiàn)象比較嚴(yán)重的地方要進(jìn)行環(huán)向注漿加固，在環(huán)向注漿加固的時(shí)候通常所使用的是直徑42毫米、壁厚4毫米的注漿鋼花管，其長(zhǎng)度為6米，間距為80厘米。在進(jìn)行注漿的時(shí)候所使用的水泥漿液在摻入適量的水玻璃之后對(duì)其凝結(jié)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，水泥漿液和水灰比為1：1，注漿方式為間歇隔孔注漿。

3.4、嚴(yán)重裂縫位置

雖然在這個(gè)位置上原有裂縫已經(jīng)呈現(xiàn)出惡性的狀態(tài)，但是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)變形不大還沒(méi)有完全喪失承載能力和穩(wěn)定性，所以依然還是有方法可以進(jìn)行補(bǔ)救的。但是需要使用鋼架、網(wǎng)噴混凝土的方式來(lái)加強(qiáng)原有襯砌的穩(wěn)定性，防止裂縫情況的進(jìn)一步惡化。這個(gè)過(guò)程需要六步，在這里因?yàn)槠邢蘧筒辉龠M(jìn)行詳細(xì)的介紹。但是在具體施工過(guò)程中要做到細(xì)致入微，考慮好每一個(gè)因素有可能造成的后果，再做出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在施工時(shí)要有嚴(yán)格的要求，但是也要與實(shí)際情況相結(jié)合，還要在保證工程實(shí)用性的同時(shí)不斷進(jìn)行美化。

3.5、加大對(duì)隧道工程的養(yǎng)護(hù)和維修力度

在鐵路隧道工程正式投入運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，很多嚴(yán)重襯砌裂縫的出現(xiàn)都是因?yàn)樵缙跊](méi)有采用有效的控制方法導(dǎo)致的。所以，在日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，相關(guān)部門應(yīng)加大對(duì)隧道養(yǎng)護(hù)力度，定期檢查、維修等，大大提升隧道的運(yùn)營(yíng)效率和運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，盡可能延長(zhǎng)隧道的使用壽命。同時(shí)還能夠?qū)λ淼乐写嬖诘牟『τ枰约皶r(shí)發(fā)現(xiàn)，以便及時(shí)采取合理措施，進(jìn)行有效治理，將隧道襯砌裂縫及滲漏水病害扼殺于萌芽期之中。

結(jié)束語(yǔ)

在襯砌結(jié)構(gòu)中隧道仰拱是其中重要的組成部分之一，尤其是在軟弱的圍巖段，對(duì)于提高隧道整體結(jié)構(gòu)的承載力、避免圍巖內(nèi)的塑性區(qū)持續(xù)出現(xiàn)擴(kuò)展，同時(shí)對(duì)隧道洞口周圍位移的發(fā)展進(jìn)行約束以及對(duì)于提高襯砌結(jié)構(gòu)的安全度等都有著十分重要的意義。因此在進(jìn)行隧道建設(shè)的過(guò)程中應(yīng)該充分的認(rèn)識(shí)到隧道仰拱對(duì)于整個(gè)工程施工的重要性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 柳勇才.鐵路隧道病害檢測(cè)技術(shù)分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（35）：115-116.

（作者單位：蘭州局集團(tuán)蘭州西工務(wù)段）