新建高速鐵路隧道襯砌結構缺陷成因及整治

彭 勛

（中國鐵路南寧局集團有限公司 工電檢測所，高級工程師，廣西 南寧 530029）

1 引言

近年以來，全路高鐵因隧道襯砌結構掉塊導致險情的情況時有發生，對運營安全和運輸秩序造成較大干擾。為此，在新線建設階段，通過對隧道襯砌結構缺陷的成因分析和風險研判，采取有效的預防性整治措施，防范于未然，是確保運營后高鐵安全的重要環節。

2 主要缺陷及成因

在新建高速鐵路提前介入過程中，工務部門通過人工敲擊、第三方檢測數據分析等手段，發現隧道襯砌結構缺陷問題比較突出。根據分析，在建設期間，襯砌開裂、強度不足、欠厚、滲漏水等是造成后期襯砌結構掉塊的主要缺陷類型。

2.1 襯砌開裂

2.1.1 混凝土施工控制不良 由于二襯施工過程中，沉降、體系轉換產生的結構性裂縫；混凝土施工振搗不規范，導致混凝土離析、蜂窩麻面等?；炷翝仓^快，沖擊鋼筋、防水板、止水帶位移，對臺車承受壓力造成影響，導致出現變形、位移；混凝土澆筑不連續，澆筑間隔時間過長導致前后混凝土連接處出現一道軟弱結合面，形成冷縫；混凝土灌筑施工中，防水板脫落、位移，侵入襯砌切割二襯混凝土。2.1.2 混凝土養護不到位 由于襯砌混凝土養護不到位造成混凝土干縮，水化熱控制不當等引起的混凝土表面非結構性裂縫。

2.1.3 臺車清理、定位加固不到位 襯砌臺車表面污染未清理干凈，造成混凝土外觀質量不足；襯砌臺車定位時，液壓調整過快，搭接部位對上版混凝土造成擠壓，施工縫、變形縫易受損；搭接不到位造成施工縫錯臺。

2.2 強度不足

2.2.1 原材料進場檢驗控制不到位 砂、碎石中有機雜質、粉塵含量高，碎石壓碎值超標，碎石針片狀顆粒含量超標；粗、細骨料級配不良；外加劑因存儲不當造成質量不合格。

2.2.2 混凝土拌合質量控制不嚴 混凝土配合比是決定強度的重要因素，其中水灰比直接影響混凝土強度，其他如用水量、砂率、外加劑、骨灰比等也影響混凝土的各種性能；混凝土配合比選定不合理。

2.2.3 施工工藝不正確 攪拌不佳，時間過長或過短造成不均勻；澆筑時水泥漿漏失嚴重，造成混凝土離析；施工不連續，混凝土假凝、初凝，振搗時間不夠、振搗不實；養護不當，過早拆除臺車造成混凝土強度不足。

2.3 襯砌欠厚

2.3.1 初期支護變形過大 隧道施工技術管理人員對隧道地質情況認知不足，隧道預留變形量不足，初期支護變形過大，導致初期支護侵入隧道限界，未按設計斷面要求進行換拱處理直接施工二襯，造成襯砌厚度不足。

2.3.2 隧道斷面欠挖 由于隧道所在區域地質變化頻繁，經常出現地質突變的情況，按原設計要求進行Ⅲ級圍巖的斷面施工時，因隧道地質條件惡化需變更為Ⅳ級圍巖施工，現場施工人員為避免圍巖二次擾動而出現垮塌事故，未進行斷面擴挖就架立鋼拱架，事后也沒有進行換拱而直接施工二襯，造成2～4米范圍內全斷面欠挖，二襯欠厚在10cm之上。

2.3.3 襯砌背后脫空 施工過程中，由于初期支護的平整度達不到規范要求，防水板掛設后與初支不密貼并形成較大空腔；二襯混凝土澆筑不完全，造成襯砌厚度不足并形成空洞。

2.4 滲漏水

2.4.1 隧道防排水設計方案針對性不強 對于隧道地區地下水的賦存、運移和動態的特征缺乏深入、細致的認識，防排水設計方案針對性不強，導致部分富水地段相關設施的防排水能力不足。

2.4.2 襯砌施工工藝不規范 隧道開挖爆破施工，使圍巖受到震動，可能也會引起原地下水系的變化，同時襯砌背后回填存在空隙，巖層中的水聚集在襯砌背后，一旦混凝土澆筑出現振搗不密實、厚度不夠、強度不足等弊病，就會使襯砌混凝土抗滲能力下降，引發隧道滲漏水病害。

2.4.3 防排水系統施作不規范

1）防水板在鋪設過程中出現破損嚴重、焊接接頭不密實、鋪設過緊或過松，將極大影響防水功能。

2）排水盲管、盲溝堵塞，地下水不能順暢地排出，造成襯砌背后的水壓升高，從襯砌薄弱環節處滲漏。

3）未按設計進行排水設施施工，防水材料性能指標過低，不滿足隧道防水要求。

4）隧道防排水檢測技術落后，沒有系統的防排水檢測指標和手段，防水施工質量難以控制。

2.4.4 施工縫、變形縫未處理好 施工縫、變形縫作為隧道結構防水中最薄弱的環節，止水帶位移、混凝土振搗不密實、基礎不均勻沉降等極易使地下水從此處排出。

3 整治措施

3.1 襯砌裂縫整治

3.1.1 襯砌非結構性裂縫 整治前對裂縫進行觀察，裂縫發展穩定后，再對裂縫進行整治。對于寬度小于5mm的裂縫，采用沿縫鑿孔壓漿封堵處理，對寬度大于5mm的裂縫，采用騎縫錨桿處理后，沿縫鑿槽壓漿封堵。對于隧道襯砌混凝土灌筑施工中，防水板脫落、位移，侵入襯砌切割混凝土質量缺陷，采用拱墻整體拆換方式進行處理。裂縫嵌補圖如圖1所示。

3.1.2 襯砌結構性裂縫 整治前應對裂縫進行觀測，分析形成原因，待裂縫發展穩定后，再針對結構裂縫進行整治。因結構性裂縫形成原因復雜，應單獨提出，結合實際情況進行單獨設計。

3.1.3 施工冷縫應由參建各方現場核對，對冷縫綜合分析后，再進行缺陷整治。一般情況可按以下措施進行整治，復雜情況應進行單獨設計。

1）素混凝土襯砌：采用拆換措施整治，拱墻整體拆換。

2）鋼筋混凝土襯砌：采用騎縫錨桿處理后，壓漿封縫。

3.2 強度不足整治

二襯實際強度不足時，必須采用拆換措施徹底整治。

3.3 襯砌欠厚整治

3.3.1 二襯欠挖型欠厚

1）如果局部鑿除初支后，初支厚度仍滿足原設計的，可不拆除初支，否則，應視具體工點圍巖、地下水、施工過程初支圍巖變形情況，先采取如徑向注漿、長錨桿等必要輔助加固措施，在保證安全情況下，拆除初支及二襯，并擴挖至原設計輪廓后，按原設計重建初支及二襯。

2）隧道二襯實際強度、密實度滿足設計，但實際厚度與設計厚度比hi/h≥90%（檢測二襯厚度hi/設計二襯厚度h×100%）時，應結合缺陷段施工地質、襯砌表觀質量、滲水、裂紋及變形情況確定整治措施，原則上對圍巖較好、襯砌無裂紋及滲水、表觀質量良好的地段，可采取襯砌表面涂刷防碳化涂層處理。否則，對缺陷應采取局部補強加固措施。

3）隧道二襯實際強度、密實度滿足設計，但二襯實際厚度與設計厚度比hi/h＜90%時或隧道二次襯砌實際厚度、密實度滿足設計，但二襯實際強度不足時，均需采用拆換措施整治。

3.3.2 二襯脫空型欠厚

1）隧道二襯實際強度、密實度滿足設計，實際厚度與設計厚度比hi/h≥80%（檢測二襯厚度hi/設計二襯厚度h×100%）,缺陷部位環向長度或縱向長度均不大于3m時，應結合缺陷段施工地質、襯砌表觀質量、滲水、裂紋及變形情況確定整治措施，原則上對圍巖較好、襯砌無裂紋及滲水、表觀質量良好的地段，可鉆孔注微膨脹水泥砂漿或C35細石砼填充二襯空洞。

2）隧道二襯實際強度、密實度滿足設計，但二襯實際厚度與設計厚度比hi/h＜80%時，采用拆換措施整治，整治方案同二襯欠挖型欠厚hi/h＜90%。

3.3.3 隧道二襯同時存在實際厚度不足及強度不足時，均需采用拆換措施整治，拆換原則同二襯欠挖型欠厚hi/h＜90%。

3.3.4 當下錨段、預埋接觸網槽道位置或吊柱位置處存在局部二襯欠厚或強度不足時應采取拱墻拆換方式。

3.4 滲漏水整治

3.4.1 點漏：拱部單點漏水（點漏）為射流、股流、線流時，采用鑿槽嵌埋管（槽）直接引排至側溝；拱部單點漏水（點漏）為滴水時，采用襯砌內部注漿。圖2為注漿孔布置圖。

圖2 注漿孔布置圖

單獨點僅整治出水點，相鄰點視其距高、相對位置考慮是否合并整治；同一里程不同高程時，以較高位置點為起點；里程相差超過1m者，分別整治；介于兩者之間，可采用“Y”形省指理管處理，相鄰出水點者均采用壓漿封堵，應先壓進水量小的一點，另一點視其它點封堵成功后水量之變化確定采用引排，或壓漿封緒。

3.4.2 面漏：采用襯砌內部注漿，再檢查漏水范圍向四周外延1m，必要時在襯砌內表面噴涂水泥基滲透結晶涂層。

3.4.3 縫漏：對有股水，射流出現且縫寬較大（＞3mm）的漏水縫采用鑿槽埋管引排；對有股水，射流出現且縫寬較大（＜3mm）的漏水縫采用襯砌內部注漿，在注漿后的集中鑿槽引排；對于僅為滲水，水量較小的滴水縫，采用鑿槽嵌縫封堵。

拱部環狀裂縫向無滲漏方向延伸0.5m；水平裂縫、斜向裂縫向裂縫起，訖點以外延伸0.5m；拱腳施工縫向兩端無滲漏段各延伸1m。

4 結束語

高鐵隧道襯砌缺陷預防及整治是一項長期復雜的工作，受地質因素和運行條件影響，隨著時間的推移，病害還會不斷發展。實踐證明，高鐵開通運營后，病害整治難度和成本將急劇增加，一旦發生事故，后果不堪設想。因此，在新線建設階段的源頭質量把控尤為重要。項目管理機構要落實設計、施工、監理等參建單位的責任，堅持問題導向，加強鐵路建設工程質量管理，規范質量行為。提前介入單位對施工遺留問題，特別是可能影響運行安全的問題，要盯住源頭整治、嚴格把關、徹底解決，確保新線源頭質量。