鐵路隧道仰拱缺陷整治技術分析

翟春林

（中交一公局西北工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 研究背景

某隧道為單洞雙線鐵路曲線隧道，曲線半徑為6997.500m，設計時速為350km/h，進口里程為DK134+981，出口里程為DK136+037，隧道全長1056m。采用斜切式洞門（斜切面1∶1，仰坡1∶1.25）、斜切開孔式緩沖結構（L=24m）設計。DK136+001—DK136+013 段為隧道出口原洞門斜切段，由于隧道變更明洞延長DK136+001—DK136+013 段原斜切段采用鑿毛植筋工藝，與上部襯砌結構相接，DK136+013—DK136+025 段屬于明洞延長段。

工務段對隧道預介入檢查時，發現DK136+001—DK136+025 處出現裂縫，通過現場取芯查看，發現孔內裂縫呈偏線路左側發展趨勢。二次取芯后，取芯沿裂縫發展方向鉆孔至仰拱底部，其中，DK136+001—DK136+013 段仰拱裂縫處于中心靠左位置（無中心水溝）裂縫通長，裂縫寬6～8mm，裂縫呈現上部大、下部小的特征，且已基本貫穿仰拱結構。

同時經長軌精調對DK136+001—DK136+025 段檢測，數據結果顯示，實測軌頂高程低于設計，最大高差15.9mm。

原因分析：其一，仰拱及仰拱填厚度驗證。芯樣長度＞設計厚度，隧道仰拱及仰拱填厚度滿足設計要求。其二，仰拱施工質量驗證。根據混凝土試件抗壓強度試驗報告以及芯樣情況顯示，仰拱施工質量滿足設計要求。其三，CFG 樁施工資料驗證。CFG 樁基樁完整性檢測結果顯示，均為I 類樁。

經多家單位分析研討得出：

第一，根據沉降評估單位對冠梁、山體、隧道邊仰坡及洞內變形監控量測成果分析，確定冠梁、山體及隧道沉降變形均已呈穩定狀態。

第二，結合施工過程及結構受力特點，仰拱局部開裂的主要原因為：

原設計為斜切式洞門，通過斜切面植入接茬鋼筋與后續接長明洞結構相連接，受力體系由整體式環形結構轉換為非整體式橢圓環形結構，在相同荷載的作用下，仰拱底部彎矩大幅增大，導致仰拱局部變形、開裂。

2 隧道處理方案

對裂縫段落內板式無砟軌道、電纜溝槽進行填充拆除，對仰拱及拱墻進行鋼花管注漿、植筋、加設鋼筋混凝土填充。具體設計如下：

2.1 整治步驟

布置監控量測點位—鋸軌、運軌—CRTSIII 型板式無砟軌道揭板、運板—電纜溝槽鑿除—底座板鑿除—填充混凝土鑿除—雙側鋼花管鉆孔注漿—仰拱裂縫注射環氧樹脂—填充層植筋—填充層鋼筋綁扎—填充層混凝土澆筑—底座板施工—電纜溝槽施工—自密實混凝土施工—運軌、焊軌。

2.2 布設監控量測點位

在隧道DK136+010 兩側邊墻上30cm 處分別設置一個監測點，在DK136+002 布設三個點（隧道中設置一個，距隧道中左、右各2m 處分別設置一個）；動力學開口兩端各設置一個觀測點；DK136+025 位置布設三個點（隧道中設置一個，距隧道中左、右各2m 處分別設置一個）。

正常監測頻率為1 次/2 天，DK136+001—DK136+025 軌道板揭板前和揭板完成后各加測一次；DK136+001—DK136+025 底座板鑿除前及鑿除完成后各加測一次；仰拱填充表面處理前及處置完成后各加測一次。監測數據無突變時，監測頻率為1 次/2 天；監測數據出現明顯變化或出現突變時，按照現場情況分時段監測，直至穩定為止。

2.3 鋸軌

鋸軌隊伍由鋪軌單位協調提供，應為專業的施工隊伍。

2.4 揭板、運板

由于現場鋼軌已經鋪設、接觸網架線已經完成施工，致使揭運板施工條件受限，車輛無法通行，大型吊裝設備無法使用。因此，結合現場情況，采用工字鋼制作吊板臺架并在臺架底部設置鋼軌輪，在軌道板兩側設置臨時鋼軌，形成簡易的軌道板運輸系統。

吊板臺架上配置四個10t 手拉葫蘆，對稱分部在臺架上方四角處，用于揭軌道板。在揭板時，在軌道板四角各配置1 人拽動拉鏈，并保證四條拉鏈方向準確，力度、速度均勻、一致。

2.5 電纜溝槽混凝土鑿除

在混凝土鑿除前，用棉被覆蓋破除范圍外相鄰的軌道板及電纜槽，防止混凝土鑿除過程中混凝土塊飛濺砸傷軌道板；在距離電纜槽上方80～100cm 處植入膨脹螺栓，間距1m，長度范圍為電纜槽鑿除范圍前后各5m，用棉被將電纜溝槽內的電纜線進行全面包裹，再用膨脹螺栓固定在拱墻上，使電纜完全脫離電纜溝槽，并保持80～100cm 的距離。現場施工范圍前、后5m 進行封閉防護，非施工作業人員不得往來穿行。

電纜溝槽采用破碎錘進行破碎。鑿除前，先用風鎬將伸縮縫兩端位置鑿開50cm，切斷預留鋼筋，保證后續新、舊電纜槽的鋼筋搭接長度。

2.6 底座板混凝土鑿除

底座板混凝土采用機械鑿除，并按整單元進行鑿除。前、后相鄰單元底座相接位置的50cm 處，由人工使用風鎬進行鑿除。

2.7 填充混凝土鑿除

將仰拱填充全部鑿除，鑿除方式為機械鑿除。鑿除深度為距離仰拱頂面5～10cm，避免破碎深度過大，傷及仰拱。

仰拱頂面5～10cm 處，采用風鎬進行破碎并進行人工修整。

2.8 鋼花管鉆孔注漿

鋼花管鉆孔注漿的施工步驟為：鉆孔—清孔—加工、安裝鋼花管—再次清孔—注漿管路檢查—注漿。

填充層鑿除完成后，立即進行鋼花管鉆孔工作，鉆孔采用潛孔鉆，鉆孔為φ121 圓孔，鉆孔位置應避開鋼筋。共設置三類鋼花管注漿孔，邊墻側孔共3 排、斜孔2 排、垂直孔1 排，每排孔縱向間距1.5m，最外側孔深6m。在仰拱中部設置4 排鉆孔，每排孔間距3m，孔深12m：

1孔深6m，傾角60，每間距1.5m 設置1 根，布置于結構外側;

2孔深12m，傾角75，每間距1.5m 設置1 根，布置于結構外側,與1孔間隔布置;

3孔深12m，傾角90，每間距3m 設置1 根，布置于結構內側。

孔內設φ108 鋼花管，鋼花管內設置3 排φ25 鋼筋束，通長布設。

鉆進達到設計深度后，穩鉆1～2min，防止孔底尖滅、達不到設計孔徑。鉆孔孔壁必須清理干凈，不得有沉渣及水體黏滯。鉆孔完成后，使用高壓空氣（風壓0.2～0.4MPa）將孔內的土粉全部清除出孔外，以免降低水泥砂漿與孔壁的黏結強度，但不得采用高壓水沖洗。

鋼花管采用φ108mm×6mm 熱軋無縫鋼管，注漿孔為φ10 圓形孔，孔間距11cm，兩側邊墻鋼花管間1m 范圍內不設注漿孔，中間鋼花管間2m 范圍內不設注漿孔。由于隧道內接觸網架線已安裝，為避免穿管時空間受限，可采用4m/節的鋼管。

清孔完成后，根據孔深對照安裝對應尺寸的鋼花管，鋼花管的安裝位置為底部距離孔底10cm 處。

對完成鋼花管安裝的孔位再次進行清孔并對注漿管路進行檢查，清孔要求同成孔時的清孔要求。

檢查無誤后及時制漿、注漿。采用水泥漿，水灰比1∶1，初壓0.5MPa，終壓1～1.2MPa。

2.9 仰拱裂縫注環氧樹脂

2.9.1 工藝流程

打磨—沖洗—貼嘴—封縫—壓風檢查—灌漿—清理注漿嘴。

2.9.2 施工方法

（1）打磨

采用砂輪機沿裂縫的兩邊各打磨3cm 的寬度，除去混凝土表面的水泥漿皮、碳酸鈣沉淀物，以免影響注漿嘴的黏結及封縫效果。

（2）沖洗

打磨后，用沖毛機沿裂縫開口向兩側沖洗，以保證縫口敞開、無雜物，裂縫兩邊無粉塵和其他有損封蓋黏結的物質。

（3）安裝注漿嘴及封縫

按間距30cm 布嘴。貼嘴施工前，在裂縫處涂兩道快干型封縫膠，封縫膠固化后再拆除膠帶，安設注漿嘴。封縫完成后，按照灌漿的順序給每個孔編號。

（4）壓風檢查

封縫完成并養護2h 后即可進行壓風檢查各孔的貫通情況，壓風壓力小于0.3MPa。檢查前，先將各注漿嘴接上塑料軟管，檢查1孔時，將2孔軟管的另一端插入水中，其他孔封閉。

當對1孔壓風，插入2孔軟管的水中出現氣泡時，表示1孔是貫通的。按此方法檢查每一個孔的貫通情況。

（5）注漿

注漿的順序及原則：從一邊至另一邊，同步多點，逐步推進，以漿趕水，保持足夠的壓力和足夠的進漿時間，穩壓閉漿時間充分(裂縫越深，該時間越長)；灌漿壓力為0.5～0.8MPa。

開始注漿時，先將1孔接上灌漿管，打開2孔，其他孔封閉。當漿液從1孔灌入時，觀察從開啟的2孔流出的液體，同時測出進漿時的孔口壓力，調整空壓機的輸出壓力，直到孔口壓力達到要求。

（6）清除注漿嘴

灌漿結束48h 時后，鏟除注漿嘴，將不平整的部位及孔洞用環氧膠泥封堵平整。

2.10 仰拱植筋

仰拱填充鑿除完成后，開始進行仰拱植筋鉆孔，植筋采用風鎬鉆孔，鉆孔孔徑為φ32。利用空壓機進行風力清孔。仰拱結構位置采用φ25 鋼筋，植筋深度為0.35m，頂端與鋼筋網片相接；邊墻位置采用φ28鋼筋，植筋深度為0.35m，頂端與鋼筋網片相接。植筋間距為500mm×500mm。植筋前進行試驗孔施工，并對植入鋼筋進行拉拔試驗，滿足設計及規范要求后方可進行鉆孔植筋工作。

鉆孔完成之后，應及時清孔，將風力壓強控制在0.2～0.4MPa，清孔完成后，再次進行檢查，確認各項指標均合格后進行植筋，植筋采用A 級植筋膠，植筋用膠量應滿足設計規范要求。植筋完成后，與鋼花管相鄰的鋼筋用φ20 鋼筋進行連接。

2.11 仰拱填充處綁扎鋼筋

仰拱填充的鋼筋在綁扎前，先在仰拱頂面布設環縱向排水盲管（打孔外包土工布），環向管徑50mm，每間隔4m 一環，兩端設置于側溝內，中部與縱向盲管連接，縱向盲管管徑100mm，與中心水溝聯通。

對仰拱填充面進行綁扎鋼筋處理，采用3 排φ28鋼筋網片，均布置于上表面，最上排鋼筋間距100mm，其他2 排鋼筋間距200mm；縱向鋼筋采用φ16 鋼筋網片，均布置于上表面，最上排鋼筋間距100mm，其他2排鋼筋間距200mm，鋼筋網片上保護層為5cm。鋼筋連接方式為搭接焊。單面焊搭接尺寸不小于10d，要求焊縫飽滿，焊縫寬度滿足規范要求。

鋼筋安裝前，應對仰拱頂面進行清掃并用清水清洗，清洗后，仰拱面應清潔無雜物、無積水。混凝土墊塊設置不得少于4 個/m，且確保綁扎牢固，無脫落。

對電纜溝槽豎向鋼筋進行預埋，鋼筋型號為HRB400φ16 鋼筋，間距20cm。

在無砟軌道底座板位置預埋HRB400φ28 鋼筋，鋼筋長度40cm，埋入20cm,外漏20cm。根據現場情況，考慮超高段結構尺寸，保證底座板內軌側不得露筋。

2.12 仰拱填充混凝土澆筑

混凝土采用C35 混凝土一次澆筑成型；混凝土分層振搗，每層30cm 為宜，不得超過50cm，振搗時采取快插慢拔的方式進行。

混凝土拌和：混凝土采用自動計量攪拌站集中攪拌的方式。混凝土原材料嚴格按照施工配合比要求進行準確稱量。攪拌混凝土前，應嚴格測定粗、細骨料的含水率。攪拌時，先向攪拌機投入細骨料、水泥、礦物摻和料和專用復合外加劑，攪拌均勻后，再加入適量的水，待砂漿充分攪拌后再投入粗骨料，并繼續攪拌至均勻為止。上述每一階段的攪拌時間應不少于30s，總攪拌時間不少于2min，不超過3min。

采用6m混凝土運輸罐車運送混凝土。在運輸過程中應避免出現離析、漏漿，并在澆筑時具有良好的和易性，確保坍落度損失減至最小或損失不至于影響混凝土的澆筑與搗實。當有漏漿或離析發生時，在進入輸送泵前應啟動罐車重新拌和，確保入模混凝土的質量。

混凝土的澆筑采用混凝土輸送泵（地泵）。混凝土施工完成后，待混凝土初凝后，及時用土工布對其進行覆蓋和灑水養護。

2.13 電纜溝槽施工

仰拱填充混凝土強度達到75%后，方可進行電纜溝槽施工，電纜溝槽采用φ10 橫向鋼筋，豎向間距為20cm，共四層。鋼筋綁扎應牢固，墊塊數量不得少于4 個/m。

進行電纜溝槽模板安裝時，模板采用竹膠板裁剪，內設模板拉桿，保證模板的穩定性。

設計采用標號為C30 的混凝土一次澆筑成型，混凝土振搗應分層振搗，每層30cm，振搗時采取快插慢拔的方式進行，不得過振，振搗過程中應關注模板狀態，嚴禁發生脹模、爆模。

2.14 CRTSIII 型無砟軌道施工

無砟軌道施工參考原設計圖紙，本文不再贅述。當帶底座板強度達到100%后，利用軌道板吊裝臺架對軌道板進行運輸。

3 結語

在鐵路隧道仰拱裂縫、隧道施工局限性、鐵路通車壓力、運營安全等因素制約的情況下，本文提出了切實可行的施工方案，并在現場有效實施落地。在搶工期、保通車、戰高溫、抗酷暑的前提下，按照搶險施工性質進行施工，歷時38 天，圓滿完成克缺任務。可為同類型隧道整治問題提供參考。