高鐵隧道拱部防水板切割襯砌缺陷整治技術

樊永杰

（中國鐵路成都局集團有限公司，成都610081）

1 引言

近年來，國家高鐵事業飛速發展，隨著西部大開發等山區鐵路的建設，隧道所占其比例越來越高。因施工管理不善或工藝不到位，不可避免會形成一定的襯砌缺陷及病害，主要形式有：襯砌厚度不足、襯砌背后空洞或回填不密實、滲漏水、凍害、腐蝕[1～3]等；而防水板切割襯砌是一種易被人忽視的缺陷，嚴重影響隧道的正常運營。

國內外對運營隧道缺陷和病害的維護與整治開展了大量研究，整治方法主要有襯砌加固、注漿加固、套拱加固等[4]；劉學增等[5]通過荷載結構試驗研究了套拱加固帶裂縫隧道襯砌的修補性能；王英森[6]提出以“工字鋼+噴射混凝土”及“格柵拱架+噴射混凝土”2種主要的加固治理方案，并輔以鋼帶黏結等方式對隧道危險地段進行了有效加固；俞景文等學者[7，8]通過試驗和數值模擬的方法研究了板式短錨組合結構修補隧道二次襯砌裂縫的方法。雖國內外學者對隧道缺陷和病害整治開展了大量研究，但鮮見針對防水板切割襯砌的整治方案。

2 工程概述

2.1 隧道簡況

西南地區設計速度200km/h高鐵線路的某雙線隧道全長5 239m，最大埋深約160m。隧址屬丘陵地貌，地勢較緩，局部陡峻，區構造簡單，地層單斜。隧道處侏羅系陸相碎屑巖地層中，上覆第四系坡殘積層（Q4dl+el）粉質黏土、崩坡積層（Q4dl+col），下伏侏羅系中統沙溪廟組（J2s）泥巖夾砂巖、砂巖。區內地下水相對不發育，節理裂隙較發育。

2.2 隧道缺陷概況

該隧道K1 526+032～K1 526+036.5（洞身標3 227～3 231.5）段拱部存在防水板切割襯砌和鋼筋外露的缺陷，缺陷范圍：縱向長約4.5m、面積約8.5m2。如圖1和圖2所示。

圖1防水板切割襯砌和鋼筋外露

圖2缺陷部位

2.3 缺陷成因分析

因工藝及過程管控不到位，造成澆筑襯砌時混凝土流竄到局部未焊牢或破損的防水板外側，在自重和振搗作用下防水板和鋼筋被壓至襯砌臺車鋼模處，形成防水板切割襯砌和鋼筋外露。

3 整治原則及整治思路

3.1 整治原則

結合運營鐵路隧道天窗時間短的特點，在確保安全的前提下，在整治施工時，需盡量減少對鐵路運營的影響，須嚴格遵循以下原則：（1）整治后的使用功能與原設計相當；（2）避免大拆大換；（3）修補或加強結構可分步實施；（4）確保隧道整治結構的整體性及完整性；（5）工法和工藝具有較強的安全性和可操作性；（6）整治作業對運營安全和行車影響降至最低；（7）部分材料和工藝指標高于新建鐵路標準。

3.2 整治思路

本著安全實用、質量可靠、經濟合理、技術先進的思路開展隧道缺陷和病害整治，采用動態設計的方案。目的是在極其有限的天窗時間內，采用對結構進行微創修繕的理念，進行局部修補或加強，改善襯砌的受力狀態，可高效、可靠地消除可能存在的隱患，確保線路和隧道的運營安全。

4 整治方案

防水板切割襯砌使得隧道結構完整性遭受破壞，形成2層或多層疊合結構，嚴重時甚至形成“三截拱”的鉸接結構，且切割面為非徑向的受力弱面，極大地降低了結構的承載能力，一旦遭受外力或形變壓力，將可能造成結構破壞乃至崩坍。為消除此隱患，遵循整治原則和整治思路，從鑿除修補和結構補強兩方面介紹防水板切割襯砌的整治方案。

4.1 鑿除及修補

對防水板切割襯砌進行局部的鑿除修補，可以改善襯砌中斜面帶來的不利受力狀態。根據襯砌被防水板切割的環向長度不同而采取2種措施。

4.1.1 全部鑿除被切割混凝土后修補

當襯砌被防水板切割環向長度小于3m時，采取全部鑿除被切割混凝土后修補：在切割面兩外側完好襯砌上沿隧道縱向各打設2排長3m、間距1.0m×1.0m的徑向鎖定錨桿；然后鑿除被防水板切割的臨空側混凝土，直至襯砌被防水板切割的起點；拆除被防水板區隔的混凝土；密貼初期支護表面修補防水板，并將變形鋼筋按原設計恢復原位；鑿除范圍內分層掛鋼筋網、噴射纖維混凝土至與原襯砌齊平。整治橫斷面和細部結構如圖3和圖4所示。

4.1.2 部分鑿除被切割混凝土后修補

圖3全部鑿除修補整治橫斷面

圖4細部圖

當襯砌被防水板切割環向長度大于3m時，采取部分鑿除被切割混凝土后修補：在區隔混凝土和保留側襯砌上打設長3m、間距1.0m×1.0m的徑向鎖定錨桿；清除被防水板切割的臨空側混凝土，割除裸露防水板（若區隔混凝土不密實或松動也一并鑿除）；再鑿除被防水板切割長度不小于45cm的過渡區混凝土（縱向分段且兩側不能同時鑿除），縱、環向間距20cm植外側筋，分層噴纖維混凝土至與保留的區隔混凝土持平；視情況將整個鑿除范圍內原鋼筋重新定位，分層噴射纖維混凝土至與原襯砌齊平。整治橫斷面和細部結構如圖5和圖6所示。

圖5部分鑿除修補整治橫斷面

圖6細部圖

4.2 結構補強

在防水板切割襯砌范圍前后各延長1.0m區域全環拱墻襯砌進行結構植筋補強；通過植筋及錨桿尾部鋪設φ6mm雙層鋼筋網；分2層噴12cm厚C30纖維混凝土，對噴射混凝土表面收面后再噴涂一層高滲透性、耐久性環氧樹脂。

5 整治實施

5.1 施工組織

編制的實施性施工組織方案包括安排進度、各工序銜接、機具配置、場地布置等，并制定切實可行的安全防護措施，以確保施工及運營安全。

5.1.1 準備工作

根據作業點距隧道洞口的距離和隧道洞口外場地限制，本次整治不具備現場搭設臺架的作業條件，只能采用軌道車的作業模式。

5.1.2 作業計劃

作業軌道車出發的車站距作業點約46km，根據線路行車情況排出的天窗點，每天約有60min的施工作業時間，天窗點內主要計劃如表1所示。再根據整治工作量，共計劃需天窗點30個，根據作業內容分配天窗點，如表2所示。

表1天窗作業時間計劃（240mi n/天窗點）

表2作業計劃安排

5.1.3施工組織流程

現場成立施工小組，由設備單位施工負責人任組長，副組長由施工負責人擔任。在充分考慮各工序作業時間的基礎上，立足于合理化，仔細分析、精心安排各項工作的施工順序。

5.2 施工流程及工藝

5.2.1 施工流程

根據本次整治的工作內容及其相互關系，制定施工流程如圖7所示。

圖7施工流程圖

5.3 過程管控

5.3.1 原材料控制

嚴格所有入場材料的檢查和驗收制度，砂石骨料規格須滿足設計要求，水泥、鋼材、錨桿、環氧樹脂等必須檢查產品合格證、附件清單和有關材質報告單或檢查報告，并進行外觀檢查。杜絕檢查驗收不合格的材料、成品、半成品進場。

5.3.2 鐵路設備防護措施

停電作業完成后，用絕緣PVC管對接觸網線、承力索和邊墻上通信信號電纜等纜線進行包裹，用彩條布包裹綁扎接觸網吊柱等，側溝蓋板上鋪設一層木板后再用彩條布覆蓋，并用彩條布將受影響的線路覆蓋。

5.2.2 主要作業施工工藝

1）錨桿

本次采用附有球形螺母,碗形墊板的φ28mm中空注漿錨桿。其工藝流程為：施工準備→測量定位→鉆孔→清孔并檢查→安設中空錨桿→注漿。錨桿注漿采用雙球閥管路，體外注漿方式（漿液從孔口進入桿體與孔壁間空隙，從錨桿前端鉆頭孔進入中空錨桿體內，經桿體內中空返回至尾部，可保證完全充填錨桿周圍空隙）。

2）植筋和布置鋼筋束

按設計規格和相關規范要長沙市在鋼結構加工廠統一制作鋼筋，用軌道車運至作業點，現場由人工鉆孔、安裝、錨固、定位綁扎或焊接。

3）噴纖維混凝土

噴纖維混凝土根據實際情況采用潮噴工藝，噴纖維混凝土可保證分多次施作結構的整體性，并加快施工進度。

4）噴涂環氧樹脂

噴混凝土表面施作噴涂具有優良的耐老化性和抗腐蝕性環氧樹脂。

6 結論與建議

1）基于對襯砌進行微創修繕的理念，提出了一種充分利用既有結構承載能力、改造局部結構以改善隧道整體受力狀態、施作錨桿/植筋+鋼筋束+雙層鋼筋網+噴纖維混凝土補強的整治方法。

2）經工程實踐驗證，整治方案具有化易操作、安全、作業快、成本小和結構整體性好等特點，可有效消除隧道的安全隱患，保證隧道運營安全。

3）通過嚴密的施工組織、高標準的施工工藝和嚴格的過程管控，使得在高鐵運營有限的天窗點時間內達到了良好的整治效果，在確保隧道結構穩定性和安全性的基礎上取得了較好的經濟效益，可為隧道類似缺陷和病害整治提供借鑒。