蘭新線妖魔山隧道病害整治

危 強(qiáng)，舒中文

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550000;2.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730030)

1 工程概況

妖魔山隧道位于烏魯木齊西站至南站間，為曲線隧道，隧道最大埋深約45 m，隧道進(jìn)口里程為K1884+515，出口里程為 K1884+649，隧道全長134 m，于1958年開工修建，1960年底交付運(yùn)營。

隧道垂直于山脊通過，其延伸方向約與線路正交，山脊兩側(cè)為溝谷。區(qū)域出露巖性為砂質(zhì)頁巖互層，頁巖棕黃色，薄層。無不良地質(zhì)問題。隧道區(qū)域地下水不發(fā)育，該處為一狹長的分水嶺，匯水較少，雨水多自山脊兩側(cè)的溝谷排走，對隧道無影響。隧道內(nèi)溫度與洞外溫度相同，最大凍結(jié)深度0.5 m。

2 隧道病害情況

根據(jù)檢測分析隧道病害分為:影響電氣化掛網(wǎng)的病害、影響隧道結(jié)構(gòu)安全的病害和影響隧道內(nèi)接觸網(wǎng)運(yùn)營的病害。

2.1 影響電氣化掛網(wǎng)的病害

隧道襯砌內(nèi)部及襯砌背后若存在空洞，會給隧道結(jié)構(gòu)和運(yùn)營安全帶來隱患，更主要的是無法滿足電氣化改造時施工接觸網(wǎng)承載錨栓的要求，對電氣化掛網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

通過對該隧道拱、墻襯砌進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(采用OKO-2地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行測試，沿隧道延伸方向布置5條測線，異常區(qū)域加密測線，采用十字測線)，反映出全線隧道襯砌內(nèi)部及襯砌背后不存在空洞、不密實(shí)等異?，F(xiàn)象。

2.2 影響隧道結(jié)構(gòu)安全的病害

1)襯砌裂損較嚴(yán)重

該隧道襯砌均存在不同程度裂損，主要表現(xiàn)為襯砌出現(xiàn)裂紋、裂縫，對襯砌拱部結(jié)構(gòu)受力有一定影響。隧道裂損主要出現(xiàn)在隧道環(huán)向施工縫(環(huán)向間距1.2～1.5 m)、局部模板縱向拼縫(間距1.2～1.5 m)、局部隧道墻拱交界處以及邊墻2～3 m以上發(fā)育的斜向裂縫處等。

裂縫形狀主要表現(xiàn)為環(huán)向連續(xù)型、局部拱部縱向連續(xù)型以及斜向型。產(chǎn)生原因主要為襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不同程度缺失，強(qiáng)度儲備不同程度損失，致使墻拱銜接位置、邊墻腰部局部拉裂、錯動等。

2)襯砌材料劣化較重

通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該隧道存在局部混凝土剝落、襯砌蜂窩麻面等襯砌材料劣化現(xiàn)象。

對該隧道襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行超聲波—回彈綜合法檢測，并對襯砌裂損較重的部位進(jìn)行鉆芯法有損檢測，顯示該隧道局部存在襯砌強(qiáng)度弱化現(xiàn)象，其中最低抗壓強(qiáng)度為18.3 MPa，平均抗壓強(qiáng)度為19.8 MPa，基本滿足襯砌混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級。

3)襯砌厚度

針對襯砌裂損情況，對該隧道進(jìn)行了隧道襯砌厚度無損檢測。地質(zhì)雷達(dá)檢測成果顯示，該隧道襯砌厚度達(dá)到原設(shè)計(jì)厚度，邊墻厚度60～80 cm，拱部厚度40～60 cm。

2.3 影響隧道內(nèi)接觸網(wǎng)運(yùn)營的病害

該病害主要表現(xiàn)為隧道滲水、滴水。尤其是拱部滲漏水嚴(yán)重情況下，對電力牽引運(yùn)營線路會造成電力牽引器材絕緣性能降低、漏電，甚至引起牽引接觸網(wǎng)短路等事故，影響行車安全。

隧道裂縫滲漏水主要有環(huán)向裂縫滲漏水，縱向、斜向裂縫漏水，面漏三種類型，其中以環(huán)向裂縫滲漏水為主，滲漏水呈季節(jié)性變化。

1)環(huán)向裂縫滲漏水

大部分滲水裂縫呈環(huán)向分布，多位于環(huán)向施工縫處，裂縫寬度0.1～0.5 mm，占全部裂縫數(shù)的79.68%。自拱頂向墻腳散流，出水點(diǎn)呈環(huán)形點(diǎn)狀分布，以局部滲水為主，水量較小。

2)縱向、斜向裂縫漏水

裂縫多處于拱頂、拱腰與邊墻交界處，裂縫寬度0.3～0.5 mm，個別裂縫寬度達(dá)1～2 mm，占全部裂縫數(shù)的20.32%。出水點(diǎn)沿裂縫發(fā)育，呈線狀連續(xù)分布，以滲水為主，水量適中。

3)面漏

裂縫多處于拱頂部位，發(fā)育在縱向、環(huán)向裂縫交界區(qū)域，滲水量較大，局部會出現(xiàn)滴水成線，襯砌壁面常年濕潤，水印痕面積較大。

綜合上述滲漏水情況分析，隧道滲漏水主要原因有:

1)本線修建于1958年，依照當(dāng)時的隧道規(guī)范設(shè)計(jì)修建，隧道建設(shè)所使用的標(biāo)準(zhǔn)較低，混凝土襯砌模板尺寸小，施工縫較多，且未設(shè)防水層，造成隧道襯砌裂縫沿施工縫發(fā)展，滲漏水嚴(yán)重。

2)混凝土的碳化，主要是由于空氣中的二氧化碳和混凝土的堿性成分氫氧化鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣等水化產(chǎn)物相互作用，形成碳酸鹽，降低混凝土堿度。同時碳化還會加劇混凝土的收縮，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫和破壞。

3)以塑性流變?yōu)橹鞯膹椝苄耘蛎浀貕汉妥灾貕毫π纬傻膫?cè)壓力作用在邊墻和拱腰上，很容易使混凝土質(zhì)量較差的邊墻開裂內(nèi)移，尤以拱頂為甚。所以拱頂及拱腰、邊墻接縫等部位承受著較大的圍巖壓力，最終使襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較多的裂縫。

3 隧道病害整治

該隧道病害整治總體原則:以滿足電氣化改造所必需的隧道內(nèi)電化掛網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施條件為主，兼顧其余，對隧道襯砌滲漏水及襯砌裂損劣化部位進(jìn)行徹底整治。

襯砌滲漏水應(yīng)與襯砌裂損一起進(jìn)行綜合治理，以滿足鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范。按照以下原則進(jìn)行:對無水裂縫以充填封閉為主，對滲水裂縫以堵為主，排堵結(jié)合。

3.1 無水裂縫的處理

1)環(huán)氧樹脂注膠法

針對寬度0.1～0.3 mm、數(shù)量較多的襯砌裂縫，可采用液態(tài)環(huán)氧樹脂注膠法進(jìn)行修補(bǔ)(圖1)。施工工藝流程:裂縫清理→密封膠配置→注入器底座安裝及裂縫密封→安設(shè)注入器→注膠→養(yǎng)護(hù)、漿液固化→清理、打磨作業(yè)面。

圖1 環(huán)氧樹脂注膠法立面(單位:mm)

2)鑿槽嵌補(bǔ)法

針對寬度0.3～0.5 mm、數(shù)量較少的襯砌裂縫，可采用鑿槽嵌補(bǔ)法修補(bǔ)(圖2)。施工工藝流程:鑿槽、清表→配置修補(bǔ)砂漿→嵌縫、封槽→養(yǎng)護(hù)。

圖2 鑿槽嵌補(bǔ)法示意(單位:mm)

3.2 滲水裂縫的處理

1)注漿封堵法

針對滲漏水明顯、位于拱腰以上不易引排地段的裂縫，采取注漿封堵措施(圖3)。在縫中心線兩側(cè)200 mm鉆斜孔，傾斜角度45°，鉆孔孔徑14 mm，孔距200～300 mm，孔深 200～250 mm，注漿材料采用PF900(單組分、親水性的低黏度聚氨酯)。

圖3 注漿封堵法立面(單位:mm)

施工工藝流程:裂縫清理→鉆孔→安裝注入器→清洗鉆孔→灌注樹脂→拆除注入器→表面處理。

2)鑿槽引排法

針對滲水明顯、位于邊墻豎向的裂縫，可采取引排水措施。根據(jù)邊墻豎向裂縫滲漏水嚴(yán)重程度和圍巖富水情況，依次在滲漏水裂縫的拱腳、邊墻中部、邊墻下部選擇性地鉆孔，安裝積水花管，并沿滲水裂縫處自上而下開鑿引水槽，內(nèi)置入半圓形PVC排水管并固定，用防水砂漿填充管外槽體，最后用防水涂料封槽，見圖4、圖5。

施工工藝流程:定槽位→開槽→鉆孔→埋管→槽身封堵→養(yǎng)護(hù)。

圖4 鑿槽引排縱視示意(單位:mm)

圖5 鑿槽引排俯視示意(單位:mm)

4 結(jié)語

妖魔山隧道病害整治是在不間斷運(yùn)營的情況下施工，要在每天3 h列車封鎖時間內(nèi)快速地完成施工，選擇合理可行的整治方案是關(guān)鍵。

［1］鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.高速鐵路隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］鐵道部第二勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程技術(shù)手冊:隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［3］關(guān)寶樹.隧道工程維修管理要點(diǎn)集［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］汪紅慶.中梁山隧道滲漏水整治方案及施工工藝［J］.公路交通技術(shù)，2009(2):134-136.