京原鐵路隧道襯砌滲漏水病害整治施工技術

張同保，王志剛

（1.中鐵電氣化局集團有限公司 鐵路工程公司，北京 100036；2.中國鐵路北京局集團有限公司 北京工程項目管理部，北京 100038）

1 病害成因

總結京原鐵路隧道病害缺陷主要有滲漏水、冬季掛冰、襯砌腐蝕、襯砌裂縫、襯砌空洞不密實、襯砌厚度及強度不足、基底翻漿冒泥等［1-2］：

（1）滲漏水。由于隧道防排水系統不完善、年久失修，且隧道所在區域地下水豐富，雨水或地下水滲進隧道裂縫，極易產生滲漏水。對京原鐵路隧道病害整治施工發現，襯砌腐蝕剝落、襯砌裂縫、襯砌背后空洞不密實、襯砌厚度及強度不足、襯砌結構及圍巖結構內部有裂縫病害等，都可造成滲漏水病害。

（2）冬季掛冰。由于隧道位于較寒冷地區，滲漏水若得不到有效整治，可能造成冬季隧道凍害，引發拱部掛冰、邊墻結冰、圍巖凍脹、襯砌漲裂、隧底冰錐等病害。

（3）襯砌腐蝕。該病害與地下水經地層的巖性及其所含侵蝕性物質有關。在某些環境地質條件下，溶于水中的侵蝕性介質沿襯砌施工縫、變形縫、裂縫、毛細孔等路徑，對襯砌混凝土產生物理、化學反應，機車長時間噴出的煤煙等也在襯砌內側留下腐蝕痕跡。

（4）襯砌裂縫。由于部分隧道襯砌厚度不足，且存在襯砌有空隙、不密實現象，使隧道襯砌產生受拉或受壓，導致襯砌裂縫。

（5）襯砌空洞不密實、襯砌厚度及強度不足。隧道超挖，塌方未及時回填、壓注漿，襯砌澆注局部脫空、振搗不密實，襯砌背后水土流失等，均易引發相關隧道缺陷。

（6）基底翻漿冒泥。由于隧道內滲漏水嚴重、排水不暢或地下水浸泡，導致隧道基底圍巖軟化，在列車動荷載反復作用下，引發翻漿冒泥病害。

2 病害分析

2.1 病害等級評定

滲漏水病害是影響京原鐵路電氣化開通的主要因素。基于京原鐵路電氣化改造工程存在的隧道滲漏水病害影響行車安全、結構安全、電化掛網等問題，對影響程度達一定等級的襯砌滲漏水病害進行綜合整治，對其他等級病害加強監測并結合日常養護維修解決。隧道設計建筑限界采用GB 146.2—2020《標準軌距鐵路限界：第2部分：建筑限界》“隧限-2A”，整治工程不得侵入隧道建筑限界［3］。

隧道襯砌狀態分為完好、缺陷和病害等3類。根據《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規定》（鐵運函〔2004〕174號），隧道襯砌滲漏水病害指隧道交付運營時已存在的或運營期間出現的影響襯砌使用壽命或行車安全的劣化狀態［4］。根據鐵運函〔2004〕174號，隧道襯砌滲漏水病害量化指標見表1；隧道襯砌安全等級評定標準見表2。根據TB/T 2820《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準》［5］，隧道結構滲漏水劣化等級評定標準見表3；隧道凍害劣化等級評定標準見表4。

表1 隧道襯砌滲漏水病害量化指標

表2 隧道襯砌安全等級評定標準

表4 隧道凍害劣化等級評定標準

根據TB/T 2820和鐵運函〔2004〕174號，對既有隧道劣化等級劃分：

（1）AA（極嚴重）。結構功能嚴重劣化，危及行車安全，應立即采取措施進行整治。

（2）A1（嚴重）。結構功能嚴重劣化，進一步發展危及行車安全，應盡快采取措施進行整治。

（3）B（較嚴重）。劣化繼續發展會升級至A級，應加強監視，必要時采取措施進行整治。

（4）C（輕微）、D（完好）。無需整治，但工務段應加強檢查及巡檢，正常維修保養。

2.2 重點病害整治

京原鐵路隧道襯砌滲漏水病害是根據病害等級分析、評定的結果，對需要整治的重點病害進行確定，具體如下：

（1）拱部滴水呈線、邊墻淌水流泥、隧底涌水、結冰侵限。

（2）拱部漏水直擊接觸網，影響正常運營。

（3）水、沙突然涌入隧道，淹沒軌面，危及行車安全。

（4）電力牽引區段，拱部漏水直滴接觸網。

（5）隧底冒水，拱部滴水成線，嚴寒地區邊墻淌水，造成嚴重翻漿冒泥，道床下沉，不能保持正常軌道幾何狀態，危及列車正常運行。

（6）冰溜、冰柱、冰錐等不斷發展，侵入限界，危及行車安全。

（7）接觸網及電力、通信、信號的架線掛冰，危及行車安全及洞內作業人員安全。

（8）道床結冰（冰柱、冰錐），覆蓋軌面，嚴重影響行車安全。

（9）冰楔和圍巖冰脹反復作用，使襯砌變形、開裂并構成縱橫交錯的裂縫。

3 病害整治技術

隧道滲漏水整治采取“拱部以堵為主、邊墻以排為主、堵排結合、因地制宜、多道設防、綜合治理”原則，針對襯砌滲漏水不嚴重（季節性滴水）或僅從單一裂縫滲水情況，可先進行襯砌裂縫滲水整治，而襯砌滲漏水嚴重部位（線狀或大面積滲漏），采用局部徑向注漿堵水。隧道滲漏水應結合隧道結構加固、襯砌背后回填注漿等措施進行綜合整治，確保電化掛網和運營安全［6-7］。

3.1 襯砌裂縫滲漏水處理流程

（1）壓漿孔沿滲漏水縫左右兩側交錯布置，偏移距離10～25 cm，傾角約45°，間距30～50 cm，長度應保證穿過滲水縫，鉆孔完成后清孔，確認是否有水從壓漿孔流出，流出即表明鉆孔合格（見圖1、圖2）。

圖1 滲漏水裂縫壓漿堵水平面圖

圖2 滲漏水裂縫壓漿堵水剖面圖

（2）安裝壓漿嘴，壓漿嘴為直徑20 mm的鋼管，前端為開孔花管。壓漿完成后，用水泥基修補砂漿封口，待砂漿凝固后，將壓漿嘴凸出部分切除，再用防水砂漿抹平。

（3）壓漿前應用環氧膠泥將滲水縫表面封堵，防止跑漿，封堵寬度5 cm。

（4）壓漿采用化學注漿堵漏材料丙烯酸鹽灌漿料，壓漿壓力為0.1～0.2 MPa，施工時應嚴格按照施工配合比及注漿壓力進行施工［8］。

（5）壓漿結束后，沿滲水縫刷涂1層水泥基結晶型防水涂料，再抹壓1層聚合物水泥防水砂漿，寬度為滲水縫兩側左右各20 cm。

（6）壓漿應連續作業，一次完成，并從低處向高處作業。

（7）單孔注漿結束標準。注壓力逐步升高、流量逐漸減少，至終壓0.2～0.4 MPa或至漿液不能注入，穩定10～15 min停止注漿，進行封孔作業。

（8）實際施工時，應先進行試驗，檢查效果，并作及時調整。

襯砌裂縫滲漏水處理流程見圖3。

圖3 襯砌裂縫滲漏水處理流程

3.2 襯砌滲漏水徑向注漿處理

針對襯砌滲漏水嚴重、個別襯砌裂縫滲漏水處理后整治效果不佳的位置，采用襯砌滲漏水局部徑向注漿堵水處理措施進行整治，從而將整個襯砌背后進行固結，實現防、堵水效果。具體如下：

（1）注漿采用徑向埋管注漿，注漿管采用鋼花管，即直徑42 mm、壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管（見圖4），注漿孔采用風鉆鉆孔，孔徑45～50 mm，注漿管長3 m，鉆孔后清孔，埋設注漿管。注漿鉆孔按梅花形布置，橫、縱向間距1～2 m。注漿孔平面布置示意見圖5，具體根據現場滲漏水情況及注漿效果調整。

圖4 鋼花管構造示意圖

圖5 注漿孔平面布置示意圖

（2）注漿時應設置排氣孔，分層注漿時在拱頂設觀察孔，以觀察空洞注漿情況，觀察孔間距2 m。襯砌滲漏水徑向注漿斷面示意見圖6。當3號孔注漿，1、5號孔有漿液冒出，即達到第1層注漿厚度，停止注漿、封堵注漿管；再進行第2層注漿，2、4號孔有漿液冒出，停止注漿、封堵注漿管；再進行最后1層注漿。每層注漿厚度依據現場情況而定，每層厚度基本相等為宜，第1層厚度≤50 cm。

圖6 襯砌滲漏水徑向注漿斷面示意圖

（3）注漿材料采用水灰比為0.6∶1.0的水泥基特種灌漿材料，注漿壓力0.4～0.6 MPa，注漿前進行配合比試驗，強度、流動度及注漿堵漏效果合格后，方可進行施工。在注漿過程中，也可根據實際情況適當調整注漿參數［9］。

（4）單孔注漿結束標準：注壓力逐步升高、流量逐漸減少，至終壓0.2～0.4 MPa或漿液無法注入，穩定10～15 min，即可停止注漿，進行封孔作業。

（5）封孔作業：停泵后立即封閉孔口閥門，拆卸和清洗管路，待漿液凝固后（由于灌漿料配比不同，凝固時間應根據現場實際試驗進行確定）割掉注漿管外露部分，并采用水泥基修補砂漿進行注漿孔封堵。

（6）注漿施工注意事項：

①注漿鋼管及閥門不得脫落，外露總長度不超過10 cm，多余部分切除，以防侵限，該隧道設計建筑限界采用《標準軌距鐵路限界》［3］“隧限-2A”，整治工程不得侵入隧道建筑限界。

②沿隧道軸線分左右分層均衡注漿，由兩端向中央、低處向高處依次注漿。

③注漿是一項連續作業，不得任意停歇，以防堵塞管路。

④注漿時，應時刻注意注漿壓力、襯砌變形。若注漿時間較長且不升壓，可能為漿液流竄，應縮短漿液初凝時間或停注，若跑漿嚴重可間歇注漿。

⑤注漿期間，應有專人記錄漿液消耗量、注漿時間、注漿壓力等數據；注漿過程中，應密切注意襯砌情況，一旦出現變形，應立即停止注漿并采取相應措施。

襯砌滲漏水徑向注漿處理流程見圖7。

圖7 襯砌滲漏水徑向注漿處理流程

3.3 邊墻引排

在隧道病害整治施工中，邊墻滲漏水采取以排為主原則，通過環向施工縫鑿槽埋管進行引排，具體措施如下：

（1）以“先堵后排”為原則，先進行拱部襯砌滲漏水處理，拱部滲漏水處理完成后，往往將水引至邊墻拱腳處，因此需要檢查隧道邊墻滲漏水現象，再根據《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準》與《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規定》進行評定，評定結果達AA、A1級的位置，可進行下一步鑿槽埋管引排處理。

（2）排水槽一般設于邊墻環向施工縫處，對于邊墻單一里程點滲漏水病害，或滲漏水面積僅限于局部時，通過豎向排水槽將水流引入隧道內側溝，排出洞外（見圖8）。對單側無水溝的，通過直徑100 mm過軌鋼管將水引入另一側水溝。

圖8 邊墻局部滲漏水引排處理平面圖

（3）采用切割機，將排水槽切割為內寬外窄倒梯形結構，根據滲漏水的嚴重程度，在槽內斜向上45°鑿出φ40 mm引水孔，孔深3 m；將水引入排水槽，通過排水管引入水溝。

（4）在起拱線附近沿隧道方向漏水較嚴重處，按邊墻局部滲漏水T形方式進行引排處理（見圖9）。鑿槽埋設φ80 mm排水半管（PVC管），并與邊墻排水槽中φ80 mm排水半管連通，鑿槽引排措施與邊墻鑿槽埋管引排措施相同。排水槽內埋設φ80 mm排水半管，放置后用鋼絲加φ10 mm鋼釬釘固定安裝。

圖9 邊墻漏水T形引排示意圖

（5）排水半管安裝完成后用遇水膨脹膩子、防水砂漿、水泥基修補砂漿填縫、抹平，凍害段邊墻外層敷設保溫板，排水半管外加設地熱管［10］，以防止凍害。

邊墻引排處理流程見圖10。

圖10 邊墻引排處理流程

4 結束語

京原鐵路隧道襯砌滲漏水病害整治施工是該線路隧道病害整治的難點，也是其他病害劣化的誘因，因此，隧道襯砌滲漏水病害整治施工技術的應用成為該工程的重中之重。通過選定隧道進行對比試驗，得出最優施工技術，并成功整治了京原鐵路白澗站—大澗站54座隧道，包括曾經塌方滲漏水嚴重的“鐵嶺隧道”，且整治效果較優。目前，京原鐵路白澗站—大澗站所有隧道已無AA、A1級別的滲漏水病害，基本消除其結構自身與行車安全隱患，可確保京原鐵路電氣化正常開通。實踐表明，在鐵路隧道襯砌滲漏水病害整治施工中，只有選擇合理的施工技術，才能安全、高效、有針對性地整治病害，消除安全隱患。