嚴寒地區鐵路隧道襯砌凍脹病害施工處理技術

劉建寧 張飛飛 胡偉 周天平

中國鐵路呼和浩特局集團有限公司集寧工務段 內蒙古烏蘭察布 012000

我國區域遼闊，地區和氣溫差異大，受洞口地形、氣流流向等因素影響，在隧道設計時無法準確界定抗凍設計距洞口的長度及措施。寒區特別是嚴寒地區隧道由于凍融作用對隧道襯砌產生破壞，造成隧道結構開裂、酥碎等使其受力性能下降，造成行車安全危害。嚴寒地區隧道發生凍害約34%，而漏水的隧道幾乎全部發生凍害，因此需提高隧道結構的抗凍和防凍能力。

1 工程概況

某鐵路工程全長360．602km，途徑多個地區，本線正線隧道和正線橋梁分別占正線長度的43．08%和25．15%，設置距離分別為155．358km/84 座和90．698km/110 座，正線橋隧以及正線路基別占正線長度的68．23%以及31．77%，長度分別為246．056km 和114．546km。該鐵路線路經過長白山中段中低山區，有較為開闊且平緩的河谷盆地分布其中。依照對鐵路工程的影響程度進行劃分，本區屬北亞溫帶濕潤半濕潤大陸性季風氣候，即屬于嚴寒地區[1]。

2 分析凍脹病害的原因

粉質黏土地層通常是裂縫的發育段，在隧道受彎矩最大的邊墻位置一般會出現縱向裂縫，而且裂縫大小會隨著離洞口的距離變化而變化，越近裂縫也就越大，而襯砌表面則未滲出水分，較為干燥。依據病害所產生的特點進行分析得知，病害主要發生在飽和粉質黏土地層Ⅴ級圍巖段，此段較為嚴寒，冬季凍結深度高達3．2m，飽和富水的粉質黏土層在此種極端受凍的氣候條件下會出現強大的凍脹力。

3 隧道襯砌凍脹病害處理技術

3.1 修補裂縫

在保溫層設置之前應修復既有的裂縫。通常采用表面壓力注漿的方式修補隧道裂縫，選用AB 型環氧樹脂作為修補材料，施工步驟如下：對裂縫進行觀測以及清理作業；預留底座并安裝后將底座間的裂縫進行封閉；連接好注漿器以及管道后進行注漿作業；最后拆除注漿器并將底座以及封縫膠進行有效清除[2]。

3.2 表面增設保溫層

對內凈空進行實測與計算后將適當厚度的保溫層設置其中來避免過分流失圍巖內熱量，使隧道凍脹病害的發生頻率有效降低甚至不會出現。量測隧道內凈空后再進行施工作業，保溫層應設置在隧道建筑限界內。采用噴涂的施工方式來確保保溫層的粘結強度以及均勻性，與此同時，選擇材料時應將耐久性以及防火性考慮其中。本項目最終選取改性防火聚氨酯泡沫，并將防火砂漿涂刷在其表面。

3.3 增加保溫層以及更換襯砌

襯砌一旦在受凍脹嚴重地段出現貫通裂縫，將對結構強度造成較大影響并為運營安全埋下了安全隱患。為徹底解決此問題，應完善其結構形式，對凍害進行徹底整治。

更換襯砌：先防護鋼架，然后對裂損段混凝土進行靜態爆破鑿除，待清除完界面后將保溫層以及防水板鋪好，再植入鋼筋并對新更換襯砌鋼筋進行綁扎，接著支模并澆筑混凝土，最后進行養護與拆模作業。在分段拆穿既有襯砌時應確保行車與施工安全，將預裂靜態爆破技術采用其中[3]。①防護鋼架：首先應對洞內的防護鋼架進行簡要加工，并用鋼架支撐防護準備拆除段3m 左右的范圍，鋼架與鋼架之間的距離為0．5m。②在鉆孔臺架上鉆爆破孔。技術人員首先確定點的位置，施工人員在鉆孔時應明確把控孔眼深度并確?？孜辉谠试S的偏差范圍內，避免出現打穿二襯的現象。③拆除鉆孔：在兩端環向先鉆一排間距為10cm、孔深為35cm、孔徑為60cm 的斷裂孔，梅花形布置環、縱間距為30cm、孔徑為3cm 的裝藥孔，將藥裝在無損破碎劑內且藥量為孔深的4/5，采用干硬性砂漿將孔眼密實封閉，在6-12h 后襯砌即可被壓裂拆除。④爆破：先將拱部爆破拆除，再對小邊墻及邊墻進行爆破拆除。在爆破進程中為避免襯砌掉落砸壞鋼軌，應將橡膠墊、草墊或是木板鋪在軌道面上。詳細的施工方案如圖1 所示。

對每一段舊襯砌進行拆除后應及時補上新襯砌：①將初支防水板鋪設其中；②將5cm 厚的聚氨酯保溫層增設在初支與二襯之間，在初支防水板做好之后再鋪設保溫層，鋪設完保溫層后再將一道防水板增設在其表面；③將鋼筋進行有效綁扎，鋼筋的布置形式為雙排方式，鋼筋與環之間有0．2m 寬；連接鋼筋時因保溫層材料易燃，所以采用無焊接套筒機械的方式進行連接，在小邊墻襯砌內植入鋼筋；④既有線要滿足運營需求，澆筑襯砌時若采用大型襯砌臺車，那么列車便無法通行，因此，采用組合鋼模板的方式，在固定與支撐模板時使用防護鋼架。在天窗期澆筑混凝土，需要注意的是，澆筑混凝土時應支撐好內側鋼架，待混凝土終凝后列車便可緩慢通過，隨后可將內撐拆除；拆模作業必須等到混凝土強度達到設計強度75%之后才可進行。

4 結語

近些年來我國鐵路建設規模逐漸擴大，高海拔、氣候條件較差的寒冷地區也在同步進行工程建設。隨著逐漸積累的工程經驗以及逐步提高的科學技術水平，將隧道凍害原理研究清楚顯然已成為一大趨勢。