山區高鐵隧道養修理念探討與對策

陸亞峰 中國鐵路上海局集團有限公司蕪湖工務段

1 概述

2015年6月合福高鐵開通，我段接管第一條高速鐵路，隨著鐵路建設的蓬勃發展，截至2020年6月我段共接管合福、寧安、杭昌、合杭四條高鐵線。其中，包含隧道77座，大部分隧道位于山區和丘陵地帶。其中位于巖溶發育地段13座，斷層破碎帶地段13座，富水軟弱帶地段9座。

隨著高鐵的運營，受作業條件限制和外部環境等因素影響，高鐵隧道養護與維修作業變得越來越困難且工作量呈增長趨勢。日常檢查發現隧道常見的病害主要包括隧道滲漏水、拱頂掉塊脫空、調平層上拱和表面冒漿等。這些病害均對高速鐵路行車安全產生了不良影響。如何解決這些問題，成為了我國高鐵發展的關鍵性因素。

2 常見病害分析

2.1 隧道滲漏水

隧道滲漏水是最為常見的病害之一，包括孔洞滲漏、施工縫滲漏和大面積滲漏等類型。隧道滲漏水問題產生的危害影響可作用于多個方面。首先，對結構的耐久性會產生影響：如果隧道襯砌結構出現嚴重的滲漏水問題，會加大襯砌結構的裂縫范圍；與此同時，也會增加混凝土碳化程度，如果地下水在此時具備一定腐蝕性時，很容易使得原有混凝土襯砌結構出現不穩定的情況。其次，會造成行車中斷：當隧道拱頂滲漏水量較大時，形成滴水成線的現象，當水流滴落到電源設備上，會引發電氣設備跳閘，造成行車中斷，嚴重時甚至會燒損接觸網線路，影響高鐵鐵路運輸安全。總而言之，高鐵隧道滲漏水問題帶來的危害影響較多，必須針對具體的問題進行整治。

2.2 拱頂掉塊脫空

在鐵路隧道拱頂病害中，拱頂掉塊脫空是最常見的病害，大面積脫空易產生局部不穩定造成脫落風險。塊狀不穩定塊多出現在施工縫處，施工縫處的裂紋受外部環境影響隨時間發展變長變寬，當與施工縫閉合后就形成了不穩定塊。在列車振動荷載及空氣動力學效應作用下，不穩定塊可能會出現脫落，影響鐵路行車安全。

2.3 調平層上拱

常見的調平層上拱是由地下水壓力、不良地質條件、施工質量缺陷等因素造成的。當隧道內既有排水系統堵塞時，地下水不能及時排出，加上仰拱回填層施工質量缺陷，水流會進入仰拱回填層內的空隙中，形成較高的承壓水頭，導致調平層抬升。

2.4 調平層表面翻漿

調平層表面翻漿是隧道滲漏水與軌道板裂隙兩種病害綜合作用產生的。隧道內溫度較為恒定，而隧道外晝夜溫差大，導致軌道板與調平層在溫度應力下會產生錯動，形成內部應力，在列車振動荷載作用可形成裂隙。當地下水進入雜質及縫隙中，混凝土在列車荷載作用下磨損，產生細小顆粒，顆粒在列車動荷載作用下被帶出，導致調平層表面有白漿析出。

3 整治措施

3.1 巖溶發育地帶病害整治

隧道滲漏水作為最常見的隧道病害，近些年一直影響高鐵的安全運營。2016年7月2日因大暴雨天氣影響，合福高鐵子謙山隧道圍巖外部水壓急劇增大，隧道環縱向泄水管、孔排水能力不足，導致隧道周邊水位迅速提升，最終邊墻襯砌發生潰口水害，軌道板抬升，影響高速列車運行。

針對此次水害，首先在上拱地段中心水溝、隧道襯砌邊墻腳打排水孔減壓，其中中心水溝需打穿仰拱，邊墻需打通縱向排水管。然后疏通既有邊墻泄水孔，加快水流排泄。其次，對潰口段采取砂漿錨桿、鋼筋砼封堵并對巖溶管道進行引排處理，潰口周邊加固采用φ22砂漿錨桿，錨桿長5.0 m，環向間距1.5 m。潰口采用C35鋼筋混凝土襯砌封堵，厚度60 cm，襯砌周圍設置30 cm寬暗梁。為確保新建混凝土二次襯砌安全，采用φ22砂漿錨桿對新建二次襯砌進行加固處理，φ22砂漿錨桿與襯砌鋼筋焊接牢固（見圖1）。

圖1 潰口封堵正面示意圖

經過此次搶險整治，隧道內未發生其他水害，潰口封堵效果良好。通過水流對比及軌道上拱對比顯示，中心水溝、隧道襯砌邊墻腳打排水孔疏通灰巖地段既有泄水孔減壓及潰口錨桿砼封堵的搶險方法非常有效。

3.2 襯砌內部注漿整治

對襯砌空洞和襯砌裂縫引起隧道滲漏水的可以采用襯砌內部注漿的方法進行整治。首先對混凝土進行鑿面，使用沖擊電鉆鉆注漿孔，注漿孔鉆完成后，采用高壓風將鉆孔內部的殘屑及時清理，然后安裝注漿管以及配套注漿嘴。注漿管在安裝過程中，應當使用環氧砂漿將孔管之問的間隙進行緊密填塞，并采用光滑的細木輥進行鼓搗密實。在注漿管的斷頭涂抹植筋膠，待注漿管縫固結后，對縫口縫隙質量進行檢查，滲漏水只能通過注漿管內流出來，其他部位不得出現滲漏水現象，否則重新進行封縫。注漿管錨固后，進行壓水試驗來確定注漿的參數，等待水壓、進水量及出水量都控制在合理的范圍之內，對數據進行統計分析。

在注漿施工中，應當先在滲漏水量比較小的地方進行注漿，然后在滲漏水量比較大的地方進行注漿。將注漿壓力控制在比較穩定的狀態下進行3 min-5 min的注漿工作。在注漿過程中還要對壓力的變化進行時刻觀察，當壓力迅猛升高時須停止注漿工作。

4 具體案例

日常檢查中發現寧安客專大學山隧道等4座隧道存在二次襯砌敲擊空響的現象，為確保高鐵行車安全，必須進行整治。

4.1 工藝流程

對現場檢查部位進行鉆孔檢查，若二次襯砌背后存在脫空時，采取對缺陷部位打設注漿孔進行水泥注漿處理[7]。具體措施為：組裝施工平臺→鉆孔→注漿→封堵。

4.2 施工措施

（1）組裝施工平臺

施工準備工作完成后，按照防護要求上道進入隧道內施工點，待隧道內接觸網徹底斷電并接地放電后，且接到供電段現場負責人停電通知單后，施工人員嚴格按照安全防護要求有序組裝施工平臺，做好平臺的穩定性加固，確保平臺不晃動、不失穩、不傾覆（見圖2）。

圖2 施工平臺架設

（2）鉆孔

在空洞及不密實位置按照環向×縱向間距為0.6 m設置鉆孔，每處不少于3個，注漿口應距離接觸網上方0.5 m以外，距離接觸網吊柱底座1 m以外，確保供電設備不被污染破壞。

安設注漿管，管頂端距空腔頂面不大于2 cm（見圖3、圖4）。

圖3 二襯不密實注漿處理示意圖

圖4 馬牙扣形注漿管示意圖

（3）注漿

在管口安設灌漿嘴，從低到高灌注注漿材料，灌注壓力為0.1 MPa～0.2 MPa，施工過程中應逐步增加注漿壓力，直至高端鉆孔冒漿為止，然后拆除灌漿嘴，封閉低端孔口，從相鄰高端鉆孔處繼續向內灌漿，直至所有鉆孔灌漿完成，最后一處灌漿時，應適當增加壓力至0.3 MPa~0.5 MPa（素砼0.3 MPa，鋼架砼0.5 MPa）左右，當繼續加壓不再進漿時結束注漿。

注漿材料采用水泥漿，水灰比（重量比）1:1。水泥選用425號普通硅酸鹽水泥，注漿前進行配合比試驗，用秒表記下注入和流出時間，據此確定注漿量、注漿壓力，檢查管路設備運行情況。在未進行注漿試驗前，注漿壓力0.1 MPa～0.2 MPa，終壓為0.4 MPa~0.5 MPa。當空洞體積大于等于1.5m3時填充水泥砂漿，漿液膠凝時間：2 min～5 min，如不滿足，注漿過程中可適當添加一定數量的速凝劑。

注漿結束標準：注漿工作盡可能連續，直至排氣孔排出均勻漿液。注漿壓力達到設計終壓后穩定10 min，注漿孔不進漿或很少進漿，即可結束注漿。封孔作業：停泵后立即封閉孔口閥門，拆卸和清洗管路，割除外露鋼管，待漿液凝固后用塑膠泥封堵孔口，保證封孔后結構不滲水、漏水。

注漿施工完成后將混凝土表面清理干凈，用調和好的水泥基滲透結晶型防水涂料在注漿范圍及邊緣外不小于1.0 m范圍內刮涂兩層防水，用量不應小于1.5 kg/m3，且涂抹厚度不應小于2.0 mm。

4.3 注漿注意事項

隧道軸線分左右逐段壓注，由兩段向中央，由低處向高處依次注漿；注漿是一項連續作業，不得任意停泵，以防堵塞管路；注漿時應時刻注意注漿壓力、襯砌變形觀察和儲漿筒的漿液下降情況。若注漿時間較長而不升壓，可能漿液流竄太遠，應縮短漿液凝膠時間或停注，若跑漿嚴重，可間歇注漿。

開始鉆孔時采用不得大于20 cm長的鉆頭試鉆，鉆至20 cm后更換長30 cm鉆頭，放緩鉆速，減輕施鉆力度，主要避免鉆頭穿破背后的防水板。若鉆至背后空洞位置，立即停止施鉆，做好注漿的標識。

承力索、正饋線、絕緣子等設備上方0.5 m以內的作業，為了避免以上供電設備被水泥漿污染、破壞，采用彩條布覆蓋到接觸網、承力索及正饋線上，土工布等柔性材料包裹絕緣子，避免漿液對其造成污染，注漿完成后，彩條布及柔性材料必須清理帶出隧道外。同時彩條布對工作范圍內的電纜、道床、鋼軌等覆蓋防護，如發現污染及時清理干凈。

注漿施工嚴格按照試驗配比進行，充分掌握漿液的凝結時間，并使用機械攪拌，保證注漿材料的可灌性。注漿施工中應經常監視壓注量、控制注漿壓力，做好注漿記錄，注漿施工后，必須布設注漿檢查孔，檢測注漿回填的效果，未達到注漿要求的，應重新注漿。注漿期間應有專人記錄漿液消耗量，注漿時間及注漿壓力等數據。

若由于注漿量大，封鎖點無法全部施工完成，在當前施工任務結束前灌水關閉閥門，將注漿孔用水沖洗干凈，以便第二個天窗再次補灌。注漿過程中可能存在前后幾組二襯環向施工縫漏漿的問題，專人負責觀察，發現施工縫或冷縫有漏漿時，應及時調濃配合比，適當加入速凝劑，對漏漿點及時采用麻筋封堵，待停止漏漿后將其取出。如堵漏漿困難時，可采取間歇注漿或隔夜注漿方式處理，確保注漿效果。

通過對紅旗隧道等四座隧道進行鉆孔注漿，解決了二次襯砌內部空洞病害。

5 結束語

本文列舉了山區高鐵隧道在運營過程中出現的幾類常見病害并對病害進行了分析，針對隧道滲漏水分析病害產生的原因并提出對應的整治措施，以寧安客專大學山隧道整治具體事例介紹了隧道脫空的整治方案，為以后的高鐵隧道養修提供參考意見。但在隧道日常養修中，為解決好隧道盲管排水問題，進行結晶體疏通，目前來看不能從根本上解決隧道盲管結晶體堵塞問題，需定周期進行疏通養護，工作量較大，需要在后期工作中不斷總結和研究。