既有包神鐵路響沙灣隧道病害整治技術探討

尹竹祥

（神華包神鐵路集團有限責任公司，內蒙古包頭014010）

1 工程概況

包神鐵路響沙灣隧道于1987 年10 月建成，全長854m，起止里程K44+748.4~K45+602.4。隧址區位于罕臺川東岸S 形河灣地段，地形起伏較大，沖溝發育，隧道最大埋深約90m。隧址區巖性為砂巖、砂質泥巖及礫石，泥質膠結。響沙灣隧道地質條件復雜，由于氣候條件和設計、施工、運營過程中各種因素的影響，同時隨著行車密度及重量（荷載）不斷加大，隧道病害日益突出。2004 年，對響沙灣隧道部分路段翻漿冒泥、邊墻鼓裂病害進行了治理；2012 年，對響沙灣隧道拱頂掉塊進行了治理。根據調查，隧道目前仍存在大量襯砌裂損、滲漏水等病害。主要表現為隧道結構整體、邊墻、拱頂及拱腰出現縱向裂縫，裂縫寬1~2mm，襯砌局部下沉、仰拱出現大量空洞，如果不及時處理，將埋下安全隱患，嚴重影響行車安全。

在既有單線鐵路隧道病害整治利用天窗施工，面臨既有電氣化、電力設施遷改防護及受限空間內多工作面交叉作業，施工危險性高、難度大，對人員、機械、材料、工序要求較為嚴格。在施工過程中采用錨桿對襯砌結構進行預加固，以注漿壓力檢算結構穩定性，并采用多點并行施工作業方式提升作業工效，同時切實加強對既有隧道的監控量測[1]，既保證運輸行車安全，又保證了施工安全和既有隧道結構安全。

2 病害整治內容

2.1 裂縫處理

在隧道運營期內，碳化作用及車輛動荷載導致襯砌混凝土開裂并不斷發展，將嚴重影響結構的整體性及安全性，減少結構的使用壽命。其中，水平向和斜向裂縫為結構性裂縫，對結構安全性影響較為明顯。對于裂縫病害，主要通過控制灌漿對裂縫[2]進行封閉和黏接，主要處理方法如下：

1）長寬裂縫處理（長度大于5m 或寬度大于3mm、含環向施工縫）采用縫內注膠+密封膠填塞+錨桿錨固的綜合整治措施。主要工藝流程為：鑿梯形槽→清槽后環氧樹脂砂漿填塞同時預埋注漿管→壓注彈性環氧結構膠→中空注漿錨桿錨固。

2）短小裂縫處理（長度小于5m 且寬度小于3mm）采用縫內注膠+密封膠填塞的整治措施。主要工藝流程為：鑿梯形槽→清槽后環氧樹脂砂漿填塞同時預埋注漿管→壓注彈性環氧結構膠。

2.2 拱墻接縫處理（剎尖口）

隧道采用上下導坑、先拱后墻法施工，受當時的設計、施工技術水平、施工工藝、建筑材料等方面的限制，拱墻連接處存在全隧貫通的2 條縱向施工縫，且縫隙很難處理到位，導致拱墻連接不牢固，易產生變形、開裂、滲水甚至錯臺等病害。加上隧道模板安裝定位偏差、混凝土澆筑以及隧道圍巖偏壓等因素的，出現接縫開裂、剎尖口錯臺現象，嚴重的錯臺相對錯開達5mm，錯臺長度8~9m，屬于規范A1（較差）等級。需對整座隧道的拱墻接縫均進行整治，整治方案為錨固后鑿槽植筋、嵌補措施。主要工藝流程為：上下各1 排中空注漿錨桿加固圍巖及錨固襯砌→鑿槽→槽內上下植筋并焊接→縱向連接筋焊接→中空錨桿錨固并焊接→刷界面劑→砂漿填塞密實。

2.3 劣化混凝土置換

地質雷達檢測表明局部混凝土劣化嚴重，表現為剝落掉塊、松動、空洞和不密實。針對混凝土離析嚴重段落（卵、礫石）的襯砌，采取混凝土置換的整治措施。處理范圍：K45+500～+534 段右側邊墻（長34m，寬3.2m），K45+555～K45+567 段右側邊墻（長12m，寬3m）。主要工藝流程：中空注漿錨桿加固圍巖→鑿除劣化混凝土（內大外小）→周邊植筋并焊接成鋼筋網片→刷界面劑→澆筑新混凝土。劣化混凝土置換示意圖如圖1 所示。

2.4 W型鋼帶加固處理

現場調整及檢測報告顯示隧道K45+408～K45+590 段襯砌開裂嚴重（部分段落為網狀裂紋），縱向施工縫處錯臺變形嚴重，局部段落拱腰、邊墻已經侵入隧道建筑限界。采用W 型鋼帶結合R32 自進式注漿錨桿進行加固處理。處理前先對局部侵限部位進行置換處理。W 型鋼帶環向間距1 環/m。R32自進式注漿錨桿，間距1m×1m，梅花形布置，長4m。

K45+408～K45+538 段為直墻式斷面，變形較嚴重，局部地段邊墻處已經侵限，開裂嚴重，采用W 型鋼帶結合R32 自進式注漿錨桿進行加固處理，處理方案如圖2 所示。

圖1 劣化混凝土置換示意圖

圖2 W型鋼帶加固處理

本方案根據此次檢測實測數據確定，施工前需對既有斷面進行復測，根據內輪廓侵限情況針對性的采取處理：（1）內輪廓距建筑限界大于5cm，采取方案一進行處理；（2）內輪廓雖未侵限，但距建筑限界小于5cm，采取方案二進行處理，根據實測斷面確定開槽深度，要求處理后錨桿端部不侵入建筑限界；（3）邊墻局部侵入建筑限界，采取方案三進行處理，處理后要求內輪廓距建筑限界不小于5cm，未侵限部分結合方案一、方案二處理。方案一~方案三如圖2 所示。

2.5 鋼拱架嵌套加固處理

現場調整及檢測報告顯示隧道K45+590~K45+602 段襯砌開裂嚴重。此段處于隧道出口段，埋深較淺，采用I18 型鋼鋼架套拱[2]結合R32 自進式注漿錨桿進行加固。鋼架縱向間距1 榀/m，縱向采用I12 型鋼進行連接，并設置鎖腳錨桿[3]。R32 自進式注漿錨桿，間距1m×1m，梅花形布置，長4m。其中，K45+590~K45+595 段位于隧道洞口段，埋深較淺，襯砌開裂嚴重，邊墻局部侵限，將侵限部位二襯混凝土鑿除后重新澆筑混凝土。

2.6 襯砌不密實注漿處理

根據雷達檢測隧道襯砌主要缺陷為不密實，拱頂密實程度最差，其次為2 個拱腰，根據統計，不密實段共計98 段，采用低壓鉆孔壓注水泥漿處理，先打小探測孔探測孔洞大小，根據大小設置排氣孔注漿孔，孔洞注漿以注漿壓力為計算，以注漿量為復核。直到排氣孔里有水泥漿溢出為止，注漿時隨時觀測孔頂穩定性情況，有異常立即停止注漿。注漿處理示意圖如圖3 所示，空洞回填流程圖如圖4 所示。

圖3 注漿處理示意圖

3 隧道整治期間監控量測

在對隧道進行病害整治同時應加強整治期間的監控量測，徹底根除隧道病害，消除隱患。結構檢測內容如表1 所示。

圖4 空洞回填流程圖

表1 隧道結構常規監測內容

1）隧道結構曲線段和聯絡通道前后20m 范圍內應按10m間距布設監測[4]斷面。

2）隧道結構常規監測的豎向位移、水平位移、凈空收斂、道床豎向位移、鋼拱架應力和錨桿應力的測點可按圖5 布設。

圖5 常規監測測點布設示意圖

3）病害整治時的監測斷面布設范圍應覆蓋隧道病害段，并向兩側各延伸50m。

4）襯砌結構裂縫和變形縫張開量監測斷面可按圖6 布設。

圖6 結構裂縫和變形縫張開量監測斷面布設示意圖

5）對襯砌結構變形縫，一方面通過變形縫兩側沉降測點的數據監測變形縫處差異沉降；另一方面變形縫在沉降縫兩側安裝固定標志，使用游標卡尺測量標志間變化，從而對結構變形縫開合度、錯臺量變化進行監測。

6）對響沙灣隧道裂縫進行監測時，應及時研判其長度、寬度、發展趨勢。如監測過程中出現新增結構裂縫，對新增裂縫進行監測。

7）使用精密水準儀對隧道軌道道床的變形進行監測, 對自動化監測進行復核。其測點的布設大樣如圖7 所示[5]。

圖7 道床變形的測釘布設示意圖

8）隧道量測邊墻結構沉降監測點采用普通沉降測量標志，布設于結構側墻結構上，在隧道沉降縫兩側增設沉降測點。其測點的布設大樣如圖8 所示。

圖8 隧道結構沉降人工監測點大樣圖

4 結語

針對既有包神鐵路響沙灣隧道的襯砌裂損、襯砌超限、襯砌滲漏水、基底下沉及襯砌空洞等病害及成因、形態、嚴重程度，對該隧道進行病害整治。為使隧道達到正常使用狀態，滿足相關規范規定的線路運營安全需要，確保整治施工和結構安全，本文較詳細地闡述了整治和修補的工法、工藝迅捷，現場操作性強，符合既有線天窗施工要求。采取上述針對性措施，既保證治理過程中隧道結構完整性又滿足治理后隧道運營的安全性需要。本文提出的隧道病害整治的技術針對性及可操作性強，滿足隧道病害整治“安全性”和“實用性”原則，可為后續（同類）既有線隧道維護及整治積累經驗和提供借鑒。