鐵路隧道襯砌脫空與滲漏水的原因及預防措施

摘要：在介紹改造后的成昆鐵路廣昆段擴能改良項目工程概況的基礎上，分析了隧道襯砌脫空的原因、隧道襯砌脫空的危害、隧道襯砌脫空發生發展過程和隧道襯砌脫空的預防措施，分析了隧道滲漏水原因并提出了預防措施，總結了實施上述預防措施取得的良好施工效果，可供從事鐵路隧道工程施工技術人員參考。

關鍵詞：鐵路隧道;襯砌脫空;滲漏水;原因分析;預防措施

1" "工程概況

改造后的成昆鐵路廣昆段擴能改良項目位于云南省中北部，該線路起于廣通北，經一平浪、祿豐、雙湄村、溫泉、讀書鋪，到昆明西為止。其中溫泉至昆明西路段納入昆明樞紐統一實施。廣通北到溫泉段為國家一級復線鐵路，設計速度為160km/h（預留200km/h），線路長度為82.259km。

經現場勘察，發現該路段的隧道存在襯砌脫空和滲漏水病害。為此，在詳細分析了該路段隧道襯砌脫空的危害和成因的基礎上，提出了預防措施;在詳細分析了該路段隧道滲漏水原因的基礎上，提出了預防措施。

2" "隧道襯砌脫空

隧道襯砌脫空可劃分為2個方面，即初始支護脫空和襯砌脫空。其原因、危害、發生發展過程和預防措施分述如下。

2.1" "隧道襯砌脫空的原因

2.1.1" "初始支護脫空的原因

初始支護脫空，是指初始支護完成后，其與圍巖之間存在空洞。造成襯砌脫空的具體原因是：圍巖和初始支護之間未實現精密接觸，在初始支護完成后，造成圍巖部分區域減少約束力甚至完全失去約束力。對圍巖的約束力喪失后，在自由變形力的推動下，將導致松弛區和塑性區的無限制擴展。松弛區和塑性區的累積和擴展，將增加不連續接觸邊界及其范圍的荷載。不連續接觸邊界荷載和其范圍的持續增加，將導致失效概率的顯著增加。

2.1.2" "襯砌脫空的原因

襯砌脫空是指隧道襯砌與初始支護的接觸不連續，造成襯砌與初始支護之間產生空洞，導致圍巖、初始支護、隧道襯砌組成的整個系統的荷載不連續。

2.2" "隧道襯砌脫空的危害

2.2.1" "初始支護脫空的危害

初始支護脫空后，松弛圍巖的不斷堆積，造成初始支護所承受的荷載越來越大，從而導致初始支護變形或損壞。當松弛圍巖的堆積超過初始支護容許閾值時，最終導致初始支護脫落甚至坍塌。

2.2.2" "襯砌脫空的危害

與初始支護脫空現象相似，襯砌脫空也會造成類似甚至更嚴重的變形或損壞。不同之處是，通常在隧道襯砌結構設計時，會預留相應的承載力余量。而且在隧道襯砌出現空洞病害的初期階段，受初始支護已承受的局部荷載的作用，使得隧道襯砌脫空危險的嚴重程度會有所降低。

2.2.3" "同步脫空的危害

在隧道工程施工過程中，如果初始支護脫空與襯砌脫空同步存在，將嚴重增加鐵路隧道的破壞程度，致使隧道破壞時間大大提前。

初始支護脫空和襯砌脫空均具有相當大的危害性，其常見的形式主要有以下2種：一是初始支護和（或）襯砌支護體系的坍塌，將直接導致鐵路隧道的坍塌;二是松散荷載會造成拱支架斷裂和（或）交叉開裂，這種空隙危險會造成拱裂，甚至產生砌塊掉落，進而導致襯砌開裂部位發生滲水事故。

2.3nbsp; "隧道襯砌脫空發生發展過程

2.3.1" "發生在初始支護環節

襯砌脫空往往發生在隧道施工初始支護環節。在該環節中，初始支護的背后受某些因素影響出現了空洞。此時初始支護空洞部位的圍巖未被約束，隨后圍巖開始自由形變。圍巖的松散區域或塑性區域不斷擴張，導致空洞部位圍巖與隧道結構接觸面之間的荷載不斷增加或發生不規則的變化。當荷載達到一定水平或不規則變化過于強烈時，空洞部位周邊的圍巖會開始坍塌式的脫落，對隧道襯砌產生沖擊，并帶來一系列嚴重后果。

2.3.2" "受脫空影響的區域

鐵路隧道受脫空影響的區域主要集中在圍巖、初始支護、襯砌部位。這3個部位在質量達標的情況下應保持緊密接觸的狀態。只要出現襯砌脫空，就會造成這3個部位的接觸狀態發生難以預料的變化，引起圍巖形變、落石、隧道結構受沖擊等病害。這些病害不但會對隧道施工質量造成影響，而且會對現場施工人員、設備、后期鐵路運營等造成安全隱患[1]，因此襯砌脫空的影響重大，不可忽視。

2.3.3" "可控制襯砌脫空發展速度

值得注意的是，襯砌脫空的影響往往是一個遞進的過程。襯砌脫空在初期的影響力并不大，其原因在于多數隧道施工中的初始支護，可在施工前期對隧道及周邊圍巖的載荷提供一定支撐力。這種支撐力在初始支護崩壞之前能延緩襯砌脫空發展速度。如果能及時處理襯砌脫空問題，可將襯砌脫空的影響力控制在最低。或者通過治理襯砌脫空，使其影響力降為零。可見在鐵路隧道施工中，應做好襯砌脫空預防工作。

2.3.4" "襯砌脫空的多種因素

形成襯砌脫空的因素比較復雜，由淺入深可分為3個層次：

其一，空洞是導致襯砌脫空的直接因素。只要隧道、圍巖、初始支護之間存在空洞，襯砌脫空必然產生。空洞產生的因素較多，例如：初支平整度差[2]、初支不密實、作業人員故意遮擋、二襯混凝土澆筑未沖頂等，都會產生襯砌空洞。

其二，襯砌空洞來源于隧道周邊圍巖及初始支護之間存在不連續接觸的關系。這種關系說明這兩者之間連接不緊密，在應力作用下會不斷擴張，由此產生空洞。

其三，隧道周邊圍巖及初始支護之間之所以會出現不連續接觸關系，其因素有于多個層面，例如，支護結構不當、支護施工有誤、地質災害影響、施工人員問題等。

總體而言，襯砌脫空成因復雜，影響重大。但是只要及時發現和治理，可以很好地控制襯砌脫空問題，可避免其影響力擴張，可避免造成嚴重后果。因此，施工人員應高度重視襯砌脫空問題，并采用鉆孔和雷達掃描等技術手段，對襯砌脫空早發現、早治理。

2.4" "隧道襯砌脫空的預防措施

一般情況下，鐵路隧道支撐脫空大致體現在以下3個方面：支撐空化、襯砌空化、支撐和襯砌同時空化，以下重點說明襯砌脫空的預防措施。

2.4.1" "嚴格規范開挖及支護施工

施工單位在施工前期，大都注重追求工程進度，容易帶來隧道成型質量較差、超挖現象嚴峻等問題。因此，需要采取以下措施：一是標出周邊孔和槽孔位置，加強放樣精度控制;二是根據實際地質條件，及時調整爆破參數;三是對超挖部位，通過網噴混凝土進行填充;四是對于欠挖部位，及時通過補炮來處置;五是認真按照分層操作步驟，施行從上到下噴注混凝土的施工工藝，并保持初始支撐表層的平滑度。

2.4.2" "防水層的鋪設

如果防水層的掛點不合適或預留松弛度不合規，初始支護與襯砌混凝土之間容易產生防水板與初始支護脫空、混凝土破壞防水層、由于防水層折疊導致結構混凝土集中切割等問題。因此，為了確保防水層的鋪設質量，務必布設合理的掛點，掌控好防水層的松弛度[3]。

2.4.3" "熱熔墊圈的布置

根據鐵路隧道施工工藝規定，熱熔墊圈需根據“梅花形”進行布設。按規范要求，在設置熱熔墊圈的過程中，禁止釘頭超出熱熔墊圈表面位置，這樣可以有效防止防水板被刺穿。

2.4.4" "對防水板松弛度的控制

懸掛防水板時，應根據設計和松弛度的相關要求，預留防水板的長度（防水板的長度應沿縱向預留）。一般情況下，初始支護的平整度是松弛度保留的主要依據。應防止將防水板本身的柔韌性作為其松弛標準。合理預留防水板，應保障基層表面與防水板滿足緊密結合的需要。根據初始支護的相關條件，本項目決定縱向預留≥15cm，順線路方≥60cm。

2.4.5" "混凝土澆筑和振搗

一是隧道墻體澆筑。澆筑隧道墻體混凝土時，要從觀察窗按順序進行澆筑，各層澆筑的厚度控制在1.0～1.5m，其余按設計要求進行。

二是隧道拱頂澆注。在澆筑拱頂混凝土過程中，檢驗排氣管的裝配狀況，保證裝配合格的排氣管安裝在拱頂上部。澆筑拱頂混凝土時，先清除泵送口的混凝土，然后封堵中央預留口，最后用遙控泵從拱頂進行澆筑。在澆筑過程中，一定要確保拱頂襯砌的密實度。

三是混凝土振搗。當墻體混凝土澆筑完畢后，應開啟隧道兩側底部的振搗設備進行振搗;當拱頂混凝土澆筑完畢后，應開啟拱頂振動設備進行振搗。經過振搗后，當混凝土表面的粉煤灰比例達到其表面的1/2時，表明振搗已滿足要求。

3" "隧道滲漏水原因和預防措施

我國的鐵路系統遍布全國，在富水路段發生漏水不可避免。因為水具有自然的流動性和水流壓力的傳遞性，在富水地區設計鐵路隧道時，襯砌結構的抗水壓能力通常會提高。如果富水地區的襯砌結構出現問題，將會引發鐵路隧道漏水病害。鐵路隧道發生滲漏水病害后，會對隧道襯砌結構帶來損壞。這種惡性循環將會嚴重影響鐵路隧道正常運營。

3.1" "隧道滲漏水原因

3.1.1" "客觀原因

鐵路隧道出現漏水的客觀因素，通常是鐵路隧道項目施工場地的自然條件。依據施工經驗，發現鐵路隧道漏水地層大多具有圍巖軟弱、裂隙發育、結構松散、圍巖滲透性強等地質特征，并且地下含水率較高，孔隙水、裂隙水、巖溶水等高水壓會破壞鐵路隧道的防水層，降低隧道接縫的有效性，從而產生鐵路隧道襯砌滲漏病害。

3.1.2" "設計原因

由于設計不合理導致鐵路隧道出現滲漏水。施工過程中發現，鐵路隧道項目排水工程設計不理想、排水系統布置不科學、防御線路設計參數設置不合理、鐵路隧道防滲指標設計不合理等，均會造成鐵路隧道出現漏水。總之，未選擇適宜的設計參數和措施，造成后續工程的直接誤差[4]。

3.2" "隧道滲漏水的預防措施

3.2.1" "調整平行導坑標高

用調整平行導坑標高的方法降低隧道水位。合理設計排水管道，可將隧道正洞流出的水順利流入排水管道。防止隧道漏水的最基本方法，是降低鐵路隧道的水位。通常情況下，降低鐵路隧道水位的方式是平行導坑高程法。這種方法的重點是為了保障排水管道的科學設計。科學設計排水管，可確保鐵路隧道內的正常排水。

3.2.2" "止水帶的施工方法

在進口工作區通常采取牽引法固定止水帶，在出口工作區采取懸掛法進行固定，在二襯接縫處采用背貼式橡膠止水帶[5]。這3種方式均具有良好的施工效果，具體施工方法可根據施工現場的實際情況進行確定。應將仰拱與混凝土施工縫錯位。為了避免隧道出現滲水問題，混凝土澆注應嚴格遵守相關施工工藝要求。

3.2.3" "鋼邊止水帶的鉚接

可使用搭接方法連接止水帶。在搭接止水帶的過程中，需將高出部分切除，并進行相應的粘接。鋼邊止水帶須采取鉚接工藝連接，必須嚴格執行鉚接工藝的技術要求。連接止鋼邊水帶時，應先進行相應的粘貼，再進行鉚接，其搭接長度務必滿足質量規定。該鉚接技術可有效預防止水帶在安裝過程中的質量缺陷，保障工程質量滿足設計要求。

3.2.4" "其他止水帶的施工

在背貼式止水帶施工過程中，先在防水板上明確其具體位置，然后通過膠帶將背貼式止水帶粘貼在防水層上。在中埋式止水帶入口處施工過程中，由于施工地形呈階梯狀，止水帶安裝難度較大;出口工作區應采取固定裝置進行固定。止水帶固定位置應精準，確保拆模后的施工質量。通過施工發現，該工藝方法操作相對簡單。

3.2.5" "排水盲管的施工

不同位置的積水，其排泄位置通常也不同。例如：隱蔽隧道段襯砌后的積水，通常需要引到中央溝進行合并后，一同排出隧道外。引出積水的管道有一定的標準，一般情況下暗孔段襯砌后的排水管直徑為50mm的圓形雙壁穿孔波紋管和直徑100mm的縱向雙壁穿孔波紋管。直徑為50mm的圓形雙壁穿孔波紋管之間的距離也有相應的標準，通常每隔10m設置一次。

4" "施工效果

改造后的成昆鐵路廣昆段擴能改良項目竣工后，通過第三方全方位檢查，發現隧道襯砌存在很多脫空缺陷，大部分襯砌脫空在工區出口的位置形成。

在基巖與二襯初始支護脫空部位注入水泥砂漿;初始支護與二襯脫空范圍較大部位，采取換襯或套襯方法進行處理;較小脫空部位采取注入化學水泥材料方法進行處理。

經上述修復施工后，進行復查的結果表明，隧道襯砌空化現象已經消除，襯里厚度完全滿足質量標準。然后對整體項目進行人工檢查，檢查結果是：施工縫位置無空隙，襯砌結構緊密無滲水情況。一年之后，對整體項目進行質量檢驗，檢驗結果是：運行中的隧道未發現顯著的工程缺陷，這說明本項目的施工質量滿足設計標準。

5" "結語

施工經驗說明，襯砌的縱向鋼筋在施工時從施工接縫處中斷，不但不會影響隧道結構的穩固性，而且便于環形止水帶的安裝，同時不影響工程質量。此外，初始支護的平整度是松弛度保留的重要基礎，因此要保證初始支護的平整度和松弛度的科學性。

本文所探討的隧道工程，在工程施工期間，通過改進開挖支護、鋪設防水層、安裝止水帶等施工工藝，防止隧道后期運營中出現漏水和襯砌脫空問題，獲得了良好的施工質量和可靠的鐵路運營效果。

參考文獻

[1] 王政.鐵路隧道襯砌脫空與滲漏水在施工階段的預防策略[J].建筑技術開發，2021（7）：107-109.

[2] 楊了.鐵路隧道二次襯砌脫空施工方案研究[J].工程建設與設計，2019（17）：173-175.

[3] 彭俊燕.鐵路隧道襯砌脫空與滲漏水的預防措施[J].工程建設與設計，2017（1）：105-107.

[4] 孫學超.鐵路隧道襯砌脫空與滲漏水的預防對策研究[J].建筑技術開發，2018（5）：103-104.

[5] 李筠，王立川，肖敏，等.楊家灣隧道襯砌脫空和滲漏水預防[J].隧道建設，2015（12）1331-1337.