運營鐵路隧道襯砌施工冷縫缺陷綜合整治技術

王 芳 張 磊 邸 成

(中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031)

隨著我國高速鐵路的快速發展，隧道病害問題日益突出。受施工條件和運營環境等因素的影響，一些隧道在投入運營后出現襯砌開裂、滲透水、背后空洞和鋼筋腐蝕等病害，給列車運行帶來安全隱患。針對不同的隧道病害，需根據成因采取對應的整治方案，同時應考慮施工周期、成本以及隧道凈空等因素。套襯加固是目前整治高速鐵路隧道病害的有效方案，國內外學者對套襯加固方案已進行了一定的研究，廖岳泰[1]從適用條件、施工難度、加固效果和經濟效益等方面對輕軌套襯與掛網噴混凝土加固方案在運營公路隧道的整治方面進行了對比；王蓉蓉[2]對大連華昌變電站電纜隧道的病害成因進行分析，介紹了加設鋼筋混凝土內襯的整治方案；趙學軍[3]研究了鋼拱架套襯補強技術在蘭海高速新七道梁隧道襯砌加固中的應用效果；李俊儒[4]分析了保溫鋼波紋板套襯整治季凍區既有隧道凍害的效果；張麒龍[5]探討了鋼筋混凝土二次套襯在引入大秦工程盤道嶺隧洞的應用；陳望祺[6]采用數值模擬方法分析了波紋鋼板套襯解決隧道襯砌掉落病害的效果等。本文依托某運營鐵路隧道冷縫病害整治案例，對鋼筋混凝土套襯加固的方案設計及施工關鍵技術進行了研究，為今后類似隧道病害整治工程提供借鑒。

1 概況

1.1 工程概況

某運營鐵路隧道為單洞雙線隧道，設計速度 250 km/h，凈空有效面積為92 m2。下伏巖層為寒武系清溪組下段(∈q1)砂巖夾頁巖、炭質頁巖，區內有1條區域性斷層與隧道并行通過，為正斷層，位于隧道右側，傾向右側，隧道在斷層下盤通過，斷層距隧道最近處位于進口端附近，進入洞身后漸漸遠離，但受構造影響后，巖體較為破碎，完整性較差。整個隧道均以砂巖為主，為富水性中等地段，雨期最大涌水量為 40 000 m3/d。

1.2 病害類型及原因分析

運營期間隧道內某段襯砌發現2道冷縫，分別位于拱頂及邊墻部分，縫內滲漏水現象嚴重且伴隨水溝結晶堵塞，危及行車安全。冷縫的形成一般為施工過程中由于澆筑中斷，前面澆筑混凝土已經初凝，但現場未采取相應的處理措施就進行后澆筑混凝土的灌筑，導致前后混凝土連接處出現一道軟弱的結合面。廣西地區降雨量豐富，4～10月均為雨季，該隧道位于富水砂巖地段，受構造影響，地下水沿薄弱環節施工縫及冷縫滲出。

該隧道以砂巖、頁巖為主，非巖溶隧道，病害原因可能與隧道施工過程中的噴混凝土、二襯混凝土、外加劑等不完全反應物有關?；炷潦撬淼澜Y構的主要受壓材料，冷縫對于混凝土本身的承載能力產生了負面的影響，對于結構的安全性和使用年限等也十分的不利，對運營安全造成較大隱患，尤其在地下水等不利因素耦合作用下，易產生掉塊風險。

1.3 整治方案選擇

考慮天窗時間的施工安全、錨桿的耐久性及對防水層的破壞，施工應避免大拆大建，故病害整治采用臨時鋼架加固+永久套襯補強的永臨結合方案，同時增設排水措施。具體為不拆除原有襯砌劣化構件，而利用限界內富裕的工程技術作業空間再施作一層鋼筋混凝土襯砌補強。采取套襯整治方案需要對病害段落圍巖級別與設計判定一致性、二次襯砌混凝土強度、耐久性、抗滲性滿足設計要求等基本條件進行確認。

2 病害整治方案與施工

2.1 限界核對

施作套襯方案的前提為限界內有富裕的空間，按隧道建筑限界對既有襯砌內輪廓進行核實，該隧道襯砌內輪廓有效凈空面積為92 m2，凈空核查如圖1所示。

圖1 隧道限界核實圖(cm)

根據TB 10621-2014《高速鐵路設計規范》[7]條文解釋“救援通道地面以上的隧道襯砌內輪廓內側預留30 cm空間，用于設備安裝或加強襯砌以及安裝降噪聲護墻板，該部分空間亦稱為工程技術作業空間。工程技術作業空間在安全空間和救援通道之外，該空間允許在有限長度范圍內設置一些設備”。本次病害整治后限界內輪廓內軌以上凈空斷面積為86.8 m2。

經過現場對現有襯砌的凈空核對，現有襯砌凈空滿足設計要求。

2.2 臨時鋼架加固

為防止排查及整治期間拱部襯砌開裂、混凝土剝落影響列車運營安全，采用臨時鋼架加固的措施，鋼架可作為鋼骨架置于套襯中，實現永臨措施相結合。

鋼架縱向間距1 m，型鋼鋼架可根據實際情況調整單元長度及接頭位置。鋼架與原二襯混凝土采用“兩側錨固扣件+化學錨栓”的方式將鋼架錨固于二襯混凝土，“兩側錨固扣件+化學錨栓”環向間距1.2 m，施工中可根據現場實際情況進行適當調整，化學錨栓應按相關要求進行拉拔實驗。為保證鋼架基礎及套襯混凝土基礎穩固，需對既有二襯混凝土進行局部鑿槽。

2.3 永久套襯補強

通過對病害段落邊界條件確認，限界、襯砌厚度及強度均滿足設計要求，可實施套襯方案。

套襯采用自密實鋼筋混凝土，混凝土厚度25 cm，混凝土強度不低于既有襯砌混凝土強度，且不低于C35。套襯設置雙層鋼筋，采用構造配筋，主筋間距 20 cm，套襯結構如圖2所示。為保證套襯邊墻腳穩固，可對既有襯砌進行局部鑿除。對不滿足接觸網等相關專業要求的部分，應優先考慮遷改電化設施，特殊情況可局部預留孔洞，如圖3所示。

圖2 套襯結構示意圖(cm)

圖3 邊墻局部鑿除示意圖

2.3.1 與既有襯砌的連接

在邊墻腳與既有襯砌連接處，套襯主筋應伸入既有襯砌，主筋伸入長度按接茬鋼筋設計，伸入長度不小于30 cm，新舊混凝土連接如圖4所示。

圖4 新舊混凝土連接圖

為保證襯砌套襯與既有襯砌的整體連接，共同受力，對既有二襯混凝土表面進行鑿毛處理，鑿毛深度 20 mm。鑿毛后，原有襯砌植入F18定位鋼筋釬釘，釬釘長40 cm，釬釘間距0.5 m×0.5 m(環向×縱向)，交錯布置，伸入原有襯砌內20 cm，不得打穿防水板，并涂抹植筋膠，如圖5所示。

圖5 釬釘設計圖(cm)

2.3.2 套襯澆筑

套襯是對既有襯砌結構的補強，因此套襯澆筑前須對襯砌病害進行處理，盡量恢復既有襯砌的完整性和承載能力，套襯施工過程中可結合應急方案采用的鋼架作為立模臨時支架。套襯盡量一次性澆筑，若需設置接縫，接縫不能置于隧道拱部，并應做好接縫處理。套襯混凝土達到設計強度后，對襯砌拱頂進行充填注漿，防止拱頂脫空。

2.3.3 套襯施工縫處理

套襯施工縫的設置應結合洞內運輸距離、天窗時間、施工設備等由施工單位綜合確定。拱墻應一次灌注，不留縱向施工縫，特殊情況下產生的施工接縫，應按混凝土施工縫相關要求進行鑿毛、涂刷界面劑處理。施工縫應按要求設置防排水措施。

3 防排水措施

既有隧道有漏水時，應查明水源、漏水位置及漏水量，查閱原防水、排水系統的設計、施工、驗收資料，遵循“防、堵、截、排、因地制宜、綜合治理”的原則進行整治。東坡山隧道滲漏水表現為冷縫滲漏水及邊墻排水管堵塞，采用襯砌本體注漿、集中出水點鑿槽引排及增設邊墻防結晶大直徑泄水孔的綜合整治方案。

3.1 裂縫本體注漿

注漿管鉆孔宜交叉布置在裂縫兩側，鉆斜孔穿過裂縫，不得打破防水層。鉆孔間距宜為20～30 cm，斜孔傾角宜為45°～60°。裂縫兩側各20 cm范圍涂刷水泥基滲透結晶型防水涂料，如圖6所示。

圖6 注漿管示意圖

注漿管埋設封縫固定，其外露部分長8～10 cm，以便與注漿設備之管路連接。待封縫材料固結后，應對其進行質量檢查，滲漏水只能從注漿管內流出，其他部位不得有滲水現象，否則應重新封埋或采用涂刷環氧樹脂進行補救，待達到質量要求后，方可進行下步作業。

封縫材料達到一定強度后，進行壓水試驗，以檢查封縫質量及固管強度，疏通裂縫，確定壓漿參數。

漿液采用環氧樹脂漿液，注漿前對整個注漿系統進行全面檢查，在注漿機具運轉正常，管路暢通的條件下，方可注漿。注漿壓力為0.3～0.4 MPa，在正常情況下，一般注漿壓力不超過壓水試驗。點漏注漿應先注漏水量較小者，后注較大者。垂直裂縫、施工縫應由下向上依次注漿；水平或斜裂縫由水量較小端向較大端依次注漿。結束注漿后，用鐵絲將注漿管外露部分反轉綁扎，待漿液終凝后，割除外露部分，再以封縫材料將孔口補平抹光。

3.2 鑿槽埋管

裂縫經襯砌內部注漿，滲漏水集中于一點，形成一處線流、股流時，應進行引排。利用剖開的PVC管作為引排水通道，鑿槽應正對出水點，應盡可能通過較多的出水點或鉆孔引流點，鑿槽完畢應用高壓風、水清洗槽身，清除虛碴后安裝PVC管，用環氧砂漿填實壓漿，24 h后即可用環氧砂漿抹平封槽。

3.3 防結晶大直徑泄水孔

襯砌背后縱環向盲管堵塞，將引起排水不暢，長時間會造成水壓聚增，引起襯砌結構的破壞，導致運營事故，所以及時疏通排水管在運營維護中十分重要。疏通困難時，可增設新的泄水孔。本次整治采用增設防結晶大直徑泄水孔的方案。

在溝槽底部設大直徑泄水孔，管徑采用150 mm，泄水孔縱向沿邊墻兩側設置，內設排水盲管。泄水孔縱向間距2～4 m，原則上應遠離施工縫不小于1 m。泄水孔實施完成后，為避免側溝水通過側溝壁孔洞溢出，工后采取C30微膨脹細石混凝土回填密實。泄水孔示意如圖7所示。

圖7 增設大直徑泄水孔示意圖

4 結束語

隧道工程屬于半隱蔽工程，襯砌結構所處的工程地質和水文地質條件復雜，同時受建筑材料耐久性及施工工藝等影響，隧道病害難以避免。隧道運營維護中應避免素混凝土拱部的病害如脫空、防水板切割及冷縫等的發生。工程實踐證明套襯方案是目前高速鐵路隧道避免大拆大建的病害整治的有效措施之一，方案合理，可操作性強，對維護運營隧道結構安全起到了重要的作用。