采用復合內襯壁后注漿法加固既有線隧道施工

肖永忠

(南昌鐵路局工務檢測所，江西 南昌 330002)

1 病害隧道概況

峰福線K126+803黃土三號隧道，全長171 m，處在6‰的下坡直線上，洞身段圍巖主要為云母片巖。隧道建成于1996年，按“隧限－2A”設計施工，采用整體式襯砌，Ⅱ類圍巖曲墻結構，襯砌混凝土強度為C20，未設通風和照明設備。

隧道運營不久，襯砌滲漏及開裂現象就不斷出現，襯砌裂損劣化現象更為嚴重，尤其是拱部長大裂紋縱橫交錯，交織成網，幾乎自進口裂到出口;在距進口120～152 m處拱部略偏右部位的襯砌混凝土已開始壓潰掉塊，連續掉塊長度＞10 m，且仍在不斷發展。

根據2009年對該隧道進行無損檢測，發現隧道隱蔽部分存在缺陷:①襯砌壁后不密實和欠密實的情況較為普遍，拱頂不密實帶最大高度為290 mm，不密實區域最大連續長度為94 m;拱腰欠密實帶最大區域高度280 mm，欠密實區域最大連續長度為56 m。②襯砌厚度局部嚴重不足，特別是右拱腰部位厚度不足的長度占到隧道全長的43.9%;個別地段的襯砌厚度只有設計的40%。③襯砌結構強度檢測顯示襯砌混凝土局部存在較嚴重和輕微的強度弱化。

2 隧道襯砌病害分析

根據無損檢測報告提供的襯砌缺陷情況，分析隧道破壞原因是由于襯砌混凝土存在大量不密實、欠密實及局部空隙區域，在列車荷載振動下，破碎的云母片巖松動、移位，不斷垮塌，越來越多的巖石碎屑和小塊體，不斷堆積在拱部襯砌上，致使襯砌因不堪重負而變形、開裂直至潰塌。在這過程中，滲水會不斷帶走巖石碎屑，加大不密實空間，助長病害的發展;而施工缺陷造成的襯砌厚度不足和局部混凝土嚴重的強度弱化，降低了襯砌的承載力。

3 襯砌病害的整治措施

因峰福線電氣化改造在即，不能中斷運輸，置換襯砌施工中需保證運輸安全，對壓潰掉塊段襯砌病害只能進行加固。

3.1 增設嵌埋型鋼骨架網薄壁襯砌

增設嵌埋型鋼骨架網薄壁襯砌可以解決襯砌厚度不足的問題。“隧限 －2A”中規定Ⅱ類圍巖拱腰處的設計厚度約為60 cm，隧道個別地段的實測厚度只有24 cm，不足尺寸達36 cm。

黃土三號隧道為曲墻襯砌，未設通風和照明設備。利用曲墻寬出直墻的部分和未設通風和照明設備省出的空間來增設內襯，邊墻部分在高出軌面1.1 m處略加修鑿后，整個襯砌內輪廓理論上可以滿足增厚20 cm內襯厚度的要求。但因為需考慮施工誤差和列車運行時線路可能的微小位移，不能用足20 cm的空間，本隧道最終按增厚15 cm內襯施作，不足部分采用嵌埋Ⅰ16型鋼骨架網的辦法給予補強(墻高低于軌面以上1.1 m部分只原狀填埋，不增設內襯)。增設薄壁內襯如圖1所示。為滿足電氣化絕緣的要求，薄壁內襯的圬工材料可選用C25模筑混凝土或噴聚丙纖維混凝土。

3.2 襯砌后注漿

圖1 增設薄壁內襯(單位:cm)

用注漿填充圍巖不密實、欠密實的部分空隙和圍巖與襯砌間的空隙，使圍巖盡量恢復到原始狀態，實現圍巖與襯砌的緊密接觸，滿足“隧限－2A”對襯砌與圍巖共同作用的要求。

3.2.1 確定注漿深度

根據無損檢測報告，拱部襯砌后不密實程度最為嚴重，一般用拱部襯砌后圍巖的最大松散高度來代表圍巖的最大松散范圍，1.0 m3土體擴散后會形成1.3 m3的松散體，假定拱頂不密實高度290 mm全為空隙，則當它上懸的巖體坍落為松散體填滿它時，需要的巖體高度恰好接近一半，考慮到注進率難以達到100%，因此將拱部注漿眼的深度定為2.0 m(含襯砌厚度約0.60 m)。

至于邊墻部分注漿眼的深度，雖然其檢測厚度與設計值相差不大，且其后圍巖不密實及欠密實的程度也并不嚴重，但為了確保拱部的注漿效果，也將其深度定為2.0 m。

3.2.2 選用合適的注漿材料

質量穩定可靠的注漿材料，是所有松散圍巖都得到有效填充和增強的保證。它必須可注性好，而且強度要高，特別是早期強度要高。通過幾年的比對試驗，選擇了北京眷誠鐵道工程技術有限公司生產的特種灌漿料，超細早強，配制后的漿液，可注入孔徑0.02 mm的細小裂縫中，不但能對不密實和欠密實圍巖進行高效充填，而且還能大大提高圍巖的防水性能。特種灌漿料可根據使用方的需要將初凝時間在30～60 min內進行調節，并在注入圍巖后1 h內達到不小于8 MPa的強度，能盡快實現與襯砌共同作用的目的，達到盡快承重的要求。

該灌漿材料必須采用不小于1 200轉/min的高速制漿機制漿，否則會影響注入微裂縫的效果。

3.2.3 壁后注漿量的確定

邊墻和拱部襯砌后圍巖的不密實程度有明顯的差別，所以應分別確定它們的壁后注漿數量。

1)拱部所需壁后注漿量

拱部所需壁后注漿量，可以認為等于拱部圍巖松散體需要充填的數量。由于灌注拱圈混凝土時，起拱線上1 m高度內混凝土灌注得較為飽滿(無損檢測測出的不密實情況也主要在拱頂和拱腰)，因而可以認為，拱后松散范圍主要集中在除起拱線上1 m高度以外的其他部位。以拱圈內弧長約8 m計，松散體的最大體積約為每延米7.74(6×1.29)m3，需要充填的數量最多為每延米1.8 m3。可以據此確定拱部壁后注漿量，并可將其均攤到每個注漿孔上。

2)邊墻所需壁后注漿量

因邊墻病害較輕，且襯砌后圍巖密實度尚可，因而所需注漿量遠小于拱部。但為了保證拱部的注漿效果，邊墻注漿時，可以選用與拱部注漿相同眼深、相同注漿壓力，不進漿即止的辦法進行注漿。

3)水灰比及注漿壓力的選用

水灰比取0.42較為合適。因為根據特種灌漿料的試驗結果表明，當水灰比為0.42時，可灌性好，結石率高。

注漿壓力不可過大，也不可過小，過大使漿液流出加固范圍，造成浪費;過小則難以達到最佳充填效果。比照過去經驗，注漿壓力以0.4～0.5 MPa為宜。

3.2.4 注漿孔的排布

注漿孔可根據注漿范圍進行排布。本隧道壓潰掉塊段襯砌壁后注漿孔眼的排布如圖2所示。

圖2 壓潰掉塊段注漿孔排布(單位:cm)

3.2.5 注漿順序

本隧道的重點病害在拱部，因此應確保拱部的注漿效果，必須盡可能保證漿液不要流淌到別處。因此應先將邊墻襯砌后填充密實，再進行拱部壁后注漿。但無論是邊墻還是拱部，注漿時都應從低處向高處推進。

3.2.6 注漿作業安全措施

注漿前應先將注漿段的襯砌裂縫進行有效封堵，對滲漏水進行有效堵排。由于注漿會臨時增加襯砌上的荷載，因此，拱部注漿前應以鋼支架、長木板和木楔將拱部支頂牢固，壓注1 h強度超過8 MPa后，襯砌與圍巖已能共同作用，此時可拆除加固裝置;注漿時壓力不能太高，應在每孔達到設計注漿量即停止。

4 結語

本隧道壓潰掉塊段襯砌在采用薄壁內襯和壁后注漿法進行加固后，自維修以來，再未出現襯砌開裂和壓潰掉塊現象。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．TBJ3—96 鐵路隧道設計規范［S］．北京:中國鐵道出版社，1996．

［2］ 中華人民共和國鐵道部．鐵運［1999］146號 鐵路橋隧建筑物大修維修規則［S］．北京:中國鐵道出版社，2000．

［3］ 中華人民共和國鐵道部工務局．鐵路工務技術手冊—隧道［M］．北京:中國鐵道出版社，1997．

［4］ 王建亞．地表注漿在隧道破碎圍巖加固中的應用［D］．西安:長安大學，2007．

［5］ 高潔．雙層注漿小導管在軟弱地質隧道進洞施工中的應用［J］．鐵道建筑，2008(7):49-50．