運營鐵路隧道病害檢測與整治現狀

馮海潮

（中鐵三局集團橋隧工程有限公司，四川 成都 610083）

1 工程概況

宜萬鐵路東起湖北宜昌市，西止重慶萬州區，全長377 km，是中國中長期鐵路網中沿長江、東中西部大通道的重要組成部分。全線共有159 座隧道（單線隧道105 座和雙線隧道54 座），其中左線為貫通線，共有隧道118 座，總長226 km，隧道長度占據線路總長60%。其地形、地質條件之復雜集中國西南山區鐵路之大成，建設條件之艱、難、險居中國鐵路之最，特別是長大深埋隧道穿越地區巖溶發育、規模多樣性，突水突泥風險性為國內外罕見。宜萬鐵路工程艱巨、施工風險大、環境壓力突出屬世界級難題，總體建設難度也超過了同處喀斯特（巖溶）地區的成昆、南昆、內昆和渝懷鐵路。

自2003-12-01 正式開工，2010-08-18 全線鋪通，實際建設歷時7年，比預計工期推遲2年，最終每年推進54 km 不到。建設效率是同期青藏鐵路的1/7，每千米造價約是青藏鐵路的2.5 倍。

總體設計單位鐵四院根據隧道所穿越的地層巖性、巖溶發育程度、地質構造、富水程度等因素將巖溶隧道劃分為I 級風險、Ⅱ級風險和一般風險。其中八字嶺、野三關、大支坪、云霧山、馬鹿箐、金子山、齊岳山、別巖槽8 座隧道為I 級風險隧道，高陽寨、魯竹壩二號、龍麟宮等26 座隧道為Ⅱ級風險隧道，其余隧道為一般風險。

2 隧道病害情況

在鐵路隧道運營過程中，部分線路隧道出現了不同類型的缺陷或病害[1]。隧道襯砌是承受地層壓力、防止圍巖變形坍落的主體建筑物。襯砌承受地層壓力的大小，主要取決于工程地質、水文地質條件和圍巖的物理力學特性，同時與設計方案、施工方法、支護襯砌是否及時和工程質量的好壞等因素有關[2]。以宜萬鐵路隧道情況為例，簡述如下。

2.1 隧道襯砌存在的缺陷

隧道襯砌存在的缺陷主要有襯砌厚度缺陷、襯砌混凝土質量缺陷、襯砌背后空洞或回填不密實[3]。

襯砌厚度缺陷的主要原因：巖體開挖不到位、模板支設出現偏差。

襯砌混凝土質量缺陷的主要原因：①麻面。模板內表面粗糙、未清理干凈、濕潤不足，模板拼縫不嚴密而漏漿，混凝土振搗不密實，氣泡未排出以及養護不規范。②露筋。綁扎鋼筋或安裝鋼筋骨架時未放墊塊或墊塊位移、鋼筋位移、結構斷面較小、鋼筋過密使鋼筋緊貼模板，導致混凝土保護層厚度不足。③蜂窩。混凝土配比不準（漿少石多）或攪拌不勻、澆筑方法不當、振搗不合理，造成砂漿與石子分離；模板嚴重漏漿等。④孔洞。骨料粒徑過大、鋼筋配置過密導致混凝土下料中被鋼筋擋住，混凝土流動性差、分層離析、振搗不實，混凝土受凍、混入泥塊雜物等。⑤縫隙及夾層。施工縫處理不當以及混凝土中含有垃圾雜物。⑥缺棱、掉角。澆筑前模板未充分濕潤，棱角過早拆模或拆模后保護不善。⑦裂縫。結構和地基產生不均勻沉降，水分蒸發過快，模板不牢固，混凝土內部和表面溫差過大，拆模時混凝土受到劇烈震動，混凝土養護不良。⑧強度不足。地下水影響，混凝土振搗難以按施工規程要求實施，混凝土直接養護濕度難以達標。

襯砌背后空洞的主要原因：①對超挖未按規范進行施工回填；②襯砌時拱頂灌注混凝土不飽滿，振搗不夠；③泵送混凝土在輸送管遠端由于壓力損失、坡度等原因造成空洞；④防水板掛設松弛度控制不到位。

2.2 隧道襯砌存在的病害

隧道襯砌存在的病害主要有襯砌裂損、滲漏水[4]。

襯砌裂損的類型主要有襯砌開裂、掉塊及組合工況。

襯砌裂損的主要原因：①灌注過快，混合料分散不均勻，振搗不充分，拌和時間過長；②使用條件和環境因素，如化學腐蝕環境、內外溫差環境；③水泥的水化熱發生熱脹開裂、水泥異常凝結發生不規則開裂、下沉開裂。

滲漏水病害類型有滴水、涌水、水蝕等。滲漏水病害的主要原因：①地質條件復雜，巖溶發育，水壓較大；②設計和施工水平達不到要求；③襯砌和防水材料存在一定不足；④排水系統堵塞。

3 隧道檢測技術

3.1 常規檢（監）測技術

運營鐵路隧道常規檢測技術主要有隧道拱部空洞敲擊法（聲波法）、雷達法（瑞雷波法）、襯砌表面攝像法、原位鉆孔檢測法和材料強度試驗法等。

3.2 存在問題

鐵路隧道工程結構復雜，影響因素較多，其檢（監）測特點、難點可概括如下：①工作時間短、檢測項目多、數據釆集難、信息傳輸量大；②從形變特點看，隧道工程往往同時包含累積性變形和突發性變形，需要綜合使用靜態監測和動態監測；③針對運營鐵路隧道，快速檢（監）測裝備的短缺，維修天窗時間短等是目前檢（監）測工作面臨的難點。

4 缺陷（病害）評定標準

缺陷（病害）評定標準具體如表1、表2 所示。

表1 襯砌厚度及砼強度缺陷的評定標準

表2 襯砌背后有空洞或回填不密實、基底不密實的評定標準

5 整治技術

5.1 襯砌滲漏水

在隧道穿越含水地層時，地層中的一些固有地下水通道被隧道截斷，地層中的滲流場也相應改變，隧道本身所擁有的空間就成了此處地下水匯集的良好場所，處于此種環境中的隧道極易出現滲漏水病害[5]。鐵路隧道襯砌滲漏水的整治方法如下。

鑿槽引排法。沿滲水裂縫處自上而下開鑿倒梯形引水槽，內置入半圓形排水管并固定，防水砂漿填充管外槽體；用水泥基滲透結晶型防水涂料封槽；引排水流統一通過引排管進入隧道內側溝，排出洞外。該方法適用于既有隧道邊墻豎向施工縫、變形縫及其他豎向裂縫出現“淌水”等嚴重滲漏水病害的部位。

高壓灌注法。以高壓灌注機注入單組份油溶性聚氨酯灌漿材料至發現發泡劑從結構表面滲出，該方法適用于隧道拱頂、拱腰及邊墻滲漏水裂縫。

錨固灌注法。通過裂縫打磨、裂縫封閉、布設錨桿、灌注聚氨酯材料等工序進行整治。該方法適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖，裂縫寬度在1～5 mm，且密度較小的混凝土裂縫。

鉆孔降壓法。通過降壓孔把隧道拱墻或隧底地下水的壓力釋放出來，達到降壓的效果，從而防止水壓過大造成隧道底板滲水或濕積。該方法適用于隧道內底板滲水，尤其對高壓富水區隧道道床板滲水整治效果十分明顯。

5.2 襯砌裂紋

針對襯砌施工縫等受到溫度應力等較小應力作用導致開裂的普通干裂縫的整治方法主要是注膠粘合法，注膠材料一般選擇環氧類材料。主要施工工藝流程為：襯砌表面清理—裂縫識別與標記—裂縫表面打磨—裂縫寬度量測—裂縫封閉—注膠孔成孔及注膠咀安裝—注膠—取芯抽檢—裂縫涂裝。

5.3 襯砌掉塊

近年來，運營鐵路隧道發生過多起由于施工縫錯臺、開裂、襯砌表面缺陷以及隧道滲漏水鑿槽修補方法不當，造成修補部分混凝土、砂漿塊脫落掉塊，影響行車安全。

襯砌掉塊的整治方法：①對襯砌裂縫周圍填充砂漿和浮漿進行鑿除；②注漿或注環氧樹脂進行嵌補；③對嚴重的襯砌裂紋進行套襯處理；④襯砌小范圍掉塊，采用“聚合物改性水泥基修補砂漿+掛網修補+玻璃纖維布”綜合處理措施進行處理；⑤襯砌較大范圍空洞掉塊，采用鑿除表層混凝土、重新施作二次襯砌的方法進行整治；⑥采用壓漿的方法進行整治，壓漿采用無收縮灌漿料；⑦“高強波紋板+錨桿”和“W 鋼帶+鋼絲網+平鋼帶+錨桿”。

高強波紋板是將2.0～7.0 mm 薄鋼板或鋁合金板板面壓成波紋（正弦形狀），經熱鍍鋅、絕緣處理后制成波紋板片，其抗彎剛度和抗壓強度較圓管大幅增加，具有較強的抗震能力，而且能適應較大的沉降與變形。建成后與襯砌結構形成一種組合結構共同受力，改善了結構的受力特性。

5.4 襯砌厚度不足及背后空洞

隧道襯砌厚度不足與背后空洞多為隧道施工時造成的，由施工單位管理水平和技術參差不齊，且有部分施工單位偷工減料或者不嚴格按照設計進行施工導致的。襯砌厚度不足與背后空洞整治方法襯砌補強技術，具體程序為襯砌鑿除→錨桿鉆孔→錨桿安裝→網片安裝→襯砌補強（噴混凝土）→空洞填充。圖1 為施工前，圖2 為施工后。“錨桿+高強波紋板+背后空洞填充”技術，如圖3 所示。

圖1 施工前

圖2 施工后

圖3 “錨桿+高強波紋板+背后空洞填充”技術

6 結語

通過對宜萬鐵路隧道病害進行檢測、梳理，部分隧道出現了不同類型的病害，其原因涉及到環境、設計、施工、運營維護、原材料及部件質量等多個方面。各種類型病害對隧道結構的穩定性、耐久性、線路平順度甚至運營安全產生了不同程度影響。

通過對鐵路隧道病害類型的歸納和原因分析，總結出針對鐵路隧道襯砌滲漏水、施工縫掉塊、襯砌裂縫、空洞與厚度不足等各類型病害特點且適用于鐵路隧道條件的襯砌整治方法和技術。